CN106560671A - 一种高寒露天矿山冻土层爆破方法 - Google Patents
一种高寒露天矿山冻土层爆破方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高寒露天矿山冻土层爆破方法,采用潜孔钻机、乳化炸药,在高纬度高寒气候的露天矿山开采台阶,通过破漏斗试验对漏斗直径、深度以及体积与药包的重量以及埋深进行分析,得出最佳药包比值深度;经过冻土层爆破试验,根据冻土层的厚度及含水情况的不同,采用主爆孔参数调整、设置辅助孔、加密辅助孔、辅助孔与主爆孔堵塞段加药包相结合的四种方案,以解决上部冻层问题。本发明方法能使高寒地区冻土层爆破爆堆,满足铲装设备的块度的要求,铲装效率提高了20%以上;有效避免铲装作业大块滑落砸坏铲装设备和卸车时石料集体滑落导致车辆翻车的现象,减少由于冻块较大造成的安全隐患;降低了粗碎站旋回破碎机的堵塞率,提高了作业效率。
Description
技术领域
本发明涉及露天矿爆破领域,具体是一种高寒露天矿山冻土层爆破方法。
背景技术
冻土层是指零摄氏度以下,并含有冰的各种岩石和土壤层,冻土层是由固体矿物颗粒、粘塑性冰包裹体、未冻水和强结合水以及气体包裹体组成的复杂四相体,其物理性质的指标包括密度、容重、含水量(水与原状土之比)、相对含水量和饱和系数,冻土的破坏强度除取决于骨架矿物颗粒间的分子和结构粘聚力外,还取决于冰的胶结粘聚力。冻土具有流变性、冻胀性和融沉性,其长期强度远低于瞬时强度。如按照普通爆破,爆破后易产生根底、空间未爆破隔墙、高大块率。
冻土层爆破属于矿山稀有技术,爆破方法也比较少总结一下主要分几类:(1)冻土层深孔爆破,通过增加深孔装药量,提高爆破释放的能量破碎冻土层,但是这种方法存在炸药单耗高、飞石多、爆堆散步空间大、破坏周边爆区、效果差的问题。(2)药壶爆破法,钻好浅眼,在其底用少量炸药进行多次爆破,使底部扩大形成壶状,再装入大量炸药进行爆破破碎冻土层,但是这种方法存工序复杂、工程进度慢、成本高的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高寒露天矿山冻土层爆破方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种高寒露天矿山冻土层爆破方法,步骤如下:
(1)采用潜孔钻机、乳化炸药,在高纬度高寒气候的露天矿山开采台阶,通过破漏斗试验对漏斗直径、深度以及体积与药包的重量以及埋深进行分析,得出最佳药包比值深度;
(2)经过大于三百次的冻土层爆破试验,根据冻土层的厚度及含水情况的不同,确定相应冻土层的爆破方案,采用主爆孔参数调整、设置辅助孔、加密辅助孔、辅助孔与主爆孔堵塞段加药包相结合的四种方案,,以解决上部冻层问题。
作为本发明进一步的方案:通过冻土层爆破漏斗试验确定辅助孔深度与装药量的比值为0.795~0.805 m/kg1/3。
作为本发明进一步的方案:在冻土层0.5~1m时,不增加辅助孔,不改变孔网参数,通过减小堵塞来提高装药高度,以解决上部冻层问题。
作为本发明进一步的方案:在初冻期冻土层2m以下时,主爆孔间增加辅助浅孔,通过辅助浅孔以解决上部冻层问题。
作为本发明进一步的方案:在冻土层2m以上时,增加辅助孔,同时还加密辅助孔,以解决冻层大块问题。
作为本发明再进一步的方案:在冻层极厚且时,采用辅助孔与主爆孔堵塞段加药包相结合的方式,以解决冻层大块问题。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本高寒露天矿冻土层爆破方法,可以达到冻土层爆破大块率(大块标准为1m)低于5块/万t;
(2)满足了铲装设备的块度的要求,据乌努格土山铜钼露天矿统计铲装效率提高了20%以上;
(3)爆堆大块的减少,有效避免铲装作业大块滑落砸坏铲装设备和卸车时石料集体滑落导致车辆翻车的现象,减少了由于冻块较大造成的安全隐患;
(4)供矿时降低了粗碎站旋回破碎机的堵塞率,提高了作业效率。
附图说明
图1为可见漏斗比值深度与药包比值深度关系曲线图。
图2为可见漏斗比值直径与药包比值深度关系曲线图。
图3为可见漏斗比值体积与药包比值深度关系曲线图。
图4为实际漏斗比值深度与药包比值深度关系曲线图。
图5为实际漏斗比值直径与药包比值深度关系曲线图。
图6为实际漏斗比值体积与药包比值深度关系曲线图。
图7 为实施例2爆区布孔、联线图;
图8为实施例2Φ140mm爬山虎CM351钻机无水孔装药结构图;
图9为实施例2Φ140mm爬山虎CM351钻机有水孔装药结构图;
图10为实施例2Φ250mm牙轮钻机无水孔装药结构图;
图11为实施例2Φ250mm牙轮钻机有水孔装药结构图;
图12为实施例3爆区布孔、联线图;
图13为实施例3不同深度辅助孔装药结构图
图14为实施例4爆区布孔、联线图
图15为实施例5爆区布孔、联线图
图16为实施例5主爆孔(无水孔)与辅助孔装药结构图
图17为实施例5主爆孔(有水孔)与辅助孔装药结构图
图中:1-主爆孔;2-起爆点;3-堵塞;4-炸药;5-起爆弹;6-空气间隔;7-导爆管雷管;8-辅助孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
高寒露天矿山冻土层爆破步骤如下:
(1)采用CM351潜孔钻机、乳化炸药,在高纬度高寒气候的露天矿山开采台阶,通过破漏斗试验对漏斗直径、深度和体积的大小与药包的重量和埋深的分析,得出最佳药包比值深度为0.80 m/kg1/3;
(2)高寒露天矿山冻土层爆破方法的实施时根据冻土层厚薄及含水情况的不同,确定了相应的冻土层爆破方案,主要采用主爆孔参数调整、设置辅助孔、加密辅助孔、辅助孔与主爆孔堵塞段加药包相结合的四种方案。
冬季冻土层爆破漏斗试验
1、试验目的
在乌山冬季日常生产中,由于高纬度高寒气候影响,露天矿山开采台阶表面存在大量冻结层区域,该区域按照夏季爆破参数设计易产生大块,严重影响铲装和供矿安全,需要对该区域进行专项爆破设计,然而目前乌山针对冻土爆破的试验研究处于空白状态,解决目前存在的问题主要依靠爆破队的现场施工经验。项目组通过对乌努格吐山铜钼矿采场不同区域进行冻土爆破漏斗试验和爆破试验研究,结合本矿山冻土层特性、装药量和爆破深度之间的关系,得出单位药包的最佳埋深、最大漏斗体积,进而推导出最佳爆破参数。
2试验内容
2.1试验区冻土物理性质的测定
2.1.1冻土密度和含水量
冻土密度和含水量是研究冻土爆破机理的主要物理力学指标,在试验区钻1.5m左右探孔,测定冻土的密度和含水量。试验结果列于表1中:
表1 试验区冻土密度和含水量的测定结果
由于测定仪器和试验条件的局限,可根据现场钻孔情况和日常现场爆破经验,将爆区分为富水冻土、微含水冻土两个区域,采取不同的爆破方案。由于微含水区域冻层较薄,对爆破效果影响不大,上层少量大块可以用破碎锤直接破碎,可以不做爆破漏斗实验。本次实验只对810台阶富水冻土区域做爆破漏斗实验。乌山地质条件变化不大,本次漏斗实验对乌山采矿场的富水冻土区域冻土性质具有很强的代表性。
2.1.2冻土温度
当冻土条件特别是诸如温度等气候条件变化时,冻土的强度变化较大,从而会引起冻土可爆性变化。为此,进行冻土爆破时,必须高度重视冻土环境及气候条件的变化。在冬季温度降低时,应酌情增大炸药单耗,同时适当减小孔网参数,反之则应减小炸药单耗并适当增大孔网参数。
试验区为季节性冻土层,试验期间应对冻土层进行多次测温,根据炮孔深度,温度计分别在孔口、孔中部和孔底进行测温。
2.2冻土层爆破漏斗的试验
钻孔采用爬山虎钻机,孔径150mm,起爆器材采用易普力现场混装炸药,奥瑞凯高精度非电导爆管雷管。试验区共布置9个钻孔,一字排开形式布置,钻孔间距10m,钻孔参数见表2:
表4-2 爆破漏斗试验钻孔参数
2.3冻土层爆破漏斗试验数据分析
漏斗的直径、深度和体积的大小与药包的重量和埋置深度有关系,要对同一地点进行不同药量和不同埋置深度的漏斗试验进行比较,必须对数据进行整理使其具有可比性(见表5)。通常用比值深度即药包埋置深度与药量立方根的比值表示深度;用漏斗比值半径即漏斗半径与药量立方根的比值来表示漏斗半径;用漏斗比值深度即漏斗深度与药量立方根的比值来表示漏斗半径;用漏斗比值体积即漏斗体积与药量的比值来表示体积。
2.3.1可见漏斗数据分析
(1)可见漏斗深度与药包位置的关系。
以药包比值深度为横坐标,可见漏斗比值深度为纵坐标,绘制二者关系曲线图(图1),由图1可以看出,可见漏斗比值深度(Ha)开始随着药包比值深度的增加而增加,达到最大值开始减小,回归结果为:
式中:Ha为可见漏斗比值深度,h为药包比值深度,R为相关系数;由回归公式求得该类冻土层可见漏斗最佳比值深度为0.17 m/kg1/3,对应的药包比值深度为0.82 m/kg1/3。
(2)可见漏斗直径与药包位置的关系
以药包比值深度为横坐标,可见漏斗比值直径为纵坐标,绘制二者关系曲线图(图2),由图2可以看出,可见漏斗比值直径(Ra)开始随着药包比值深度的增加而增加,达到最大值开始减小,回归结果为:
式中:Ra为可见漏斗比值直径,有回归公式可得出该类冻土层可见漏斗最佳比值直径为2.05 m/kg1/3,对应的药包比值深度为0.77 m/kg1/3。
(3)可见漏斗体积与药包位置的关系
以药包比值深度为横坐标,可见漏斗比值体积为纵坐标,绘制二者关系曲线图(图3),由图3可以看出,可见漏斗比值体积(Va)开始随着药包比值深度的增加而增加,达到最大值开始减小,回归结果为:
式中:Va为可见漏斗比值体积。由以上公式可以得出该类冻土层可见漏斗最佳比值体积为1.33m3/kg,药包比值深度为0.76 m/kg1/3,此时可见漏斗的比值深度(Ha)和可见漏斗的比值直径(Ra)均接近最大值,因此可确定最佳药包比值深度为0.76 m/kg1/3。
2.3.2实际漏斗数据分析
(1)实际漏斗深度与药包位置的关系
以药包比值深度为横坐标,实际漏斗比值深度为纵坐标,绘制二者关系曲线图(图4),由图4可以看出,实际漏斗比值深度(Ht)开始随着药包比值深度的增加而增加,达到最大值开始减小,回归结果为:
式中:Ht为实际漏斗比值深度,h为药包比值深度,R为相关系数;由回归公式求得该类冻土层实际漏斗最佳比值深度为0.79 m/kg1/3,对应的药包比值深度为0.81 m/kg1/3。
(2)实际漏斗直径与药包位置的关系
以药包比值深度为横坐标,实际漏斗比值直径为纵坐标,绘制二者关系曲线图(图5),由图5可以看出,可见漏斗比值直径(Rt)开始随着药包比值深度的增加而增加,达到最大值开始减小,回归结果为:
式中:Rt为实际漏斗比值直径,有回归公式可得出该类冻土层实际漏斗最佳比值直径为2.06m/kg1/3,对应的药包比值深度为0.79 m/kg1/3。
(3)实际漏斗体积与药包位置的关系
以药包比值深度为横坐标,实际漏斗比值体积为纵坐标,绘制二者关系曲线图(图6),由图6可以看出,实际漏斗比值体积(Vt)开始随着药包比值深度的增加而增加,达到最大值开始减小,回归结果为:
式中:Vt为实际漏斗比值体积。由以上公式可以得出该类冻土层实际漏斗最佳比值体积为1.25m3/kg,药包比值深度为0.79 m/kg1/3,此时实际漏斗的比值深度(Ht)和可见漏斗的比值直径(Rt)均基本为最大值,因此可确定最佳药包比值深度为0.79 m/kg1/3,单位炸药消耗量为0.8kg/m3。
表3 冻土爆破中药包最佳比值深度
冻土爆破漏斗中,药包最佳比值深度随着漏斗形状和漏斗参数而变化。由表3可见,根据可见漏斗确定的最佳比值深度在0.76~0.82 m/kg1/3,变化率为7%;由实际漏斗确定的最佳比值深度在0.79~0.81 m/kg1/3,变化率为2%,试验结果取定最佳药包比值深度为0.78~0.80 m/kg1/3;总结常用钻孔数据见表4。
表4 常用钻孔数据试验结果
冻土层爆破的具体实施例
实施例1:钻孔采用CM351潜孔钻机,孔径150mm,起爆器材采用易普力现场混装炸药,奥瑞凯高精度非电导爆管雷管,进行漏斗爆破,根据漏斗直径、深度和体积的大小与药包的重量和埋深的分析得出:可见漏斗确定的最佳比值深度在0.76~0.82 ,变化率为7%;由实际漏斗确定的最佳比值深度在0.79~0.81 ,变化率为2%,试验结果取定最佳药包比值深度为0.78~0.80。
实施例2:冻土层厚度为0.5~1m时,不改变孔排距,减少堵塞高度,提高药柱高度。冻土区主爆孔的孔网参数设计,见表5,表6,平面布置图见图7。炮孔装药结构图见图8,图9,图10,图11。
表5 Φ140mm爬山虎CM351钻机台阶参数设计
项目 | 单位 | 正常参数 | 调整参数一 | 调整参数二 |
梯段高度 | m | 15 | 15 | 15 |
钻孔倾角 | 度 | 90 | 90 | 90 |
炮孔直径 | mm | 140 | 140 | 140 |
钻孔深度 | m | 16.5 | 16.5 | 16.5 |
孔距×排距 | m2 | 6×4.5 | 6×4.5 | 6×4.5 |
装药长度 | m | 10.5 | 11 | 13 |
间隔长度 | m | 2 | 2 | 0 |
堵塞长度 | m | 4 | 3.5 | 3.5 |
单孔装药量 | kg | 210 | 220 | 260 |
单孔爆破量 | m3 | 405 | 405 | 405 |
延米爆破量 | m3/m | 24.5 | 24.5 | 24.5 |
平均雷管单耗 | 发/ m3 | 0.0074 | 0.0074 | 0.0074 |
平均炸药单耗 | kg/m3 | 0.52 | 0.54 | 0.64 |
单耗增加率 | % | 0 | 0.04 | 0.23 |
表6 Φ250mm牙轮钻机台阶参数设计
项目 | 单位 | 正常参数 | 调整参数一 | 调整参数二 |
梯段高度 | m | 15 | 15 | 15 |
钻孔倾角 | 度 | 90 | 90 | 90 |
炮孔直径 | mm | 250 | 250 | 250 |
钻孔深度 | m | 17 | 17 | 17 |
孔距×排距 | m2 | 8×7 | 8×7 | 8×7 |
装药长度 | m | 8.5 | 9 | 11 |
间隔长度 | m | 2 | 2 | 0 |
堵塞长度 | m | 6.5 | 6 | 6 |
单孔装药量 | kg | 550 | 580 | 710 |
单孔爆破量 | m3 | 840 | 840 | 840 |
延米爆破量 | m3/m | 49.4 | 49.4 | 49.4 |
平均雷管单耗 | 发/ m3 | 0.0036 | 0.0036 | 0.0036 |
平均炸药单耗 | kg/m3 | 0.65 | 0.69 | 0.85 |
单耗增加率 | % | 0 | 0.06 | 0.31 |
实施例3:冻土层厚度1-2m时,辅助孔使用Φ140mm CM351迁孔钻机穿孔,主爆孔孔网参数、装药结构为正常参数实施例2,辅助孔孔深:H= ( 2.0~4.0m ),孔深主要跟冻土厚度有关,不同深度辅助孔装药结构见图13;钻孔直径:d = 140/150mm,取定最佳药包比值深度0.80 m/kg1/3,布孔、联线图见12。
实施例4:冻土层厚度超过2m时,破坏冻土内部粘结力需要的爆破能力大大增加,需要根据爆破漏斗试验结果,保证相邻辅助孔爆破能力完全破坏冻土的表面介质,需要在实施例3的基础上加密辅助孔,装药结构与实施例2相同,爆区布孔、联线图见图14。
实施例5:冻层极厚且时时辅助孔与主爆孔堵塞段加药包相结合设计方案,其中爆区布孔、联线图见图15,装药结构见图16、17。
本发明的优点:
(1)通过冬季冻土层爆破试验的开展,满足了乌山铲装设备的块度的要求,铲装效率提高了20%以上,块度符合要求,不会出现大块滑落砸坏铲装设备和卸车时集体滑落导致车辆翻车的现象。
(2)采用爆破效果分析和经济效益比较,选择不同冻区和不同气候阶段最佳爆破施工方案。
(3)通过冬季冻土层爆破试验的开展和铲装设备将其余的冻块和大块铲装时甩出的生产实际,更容易人眼识别区分,利于铲装时将其甩出。
(4)通过冬季冻土层爆破试验的开展,已经从根本上解决了乌山冻土层产生大块对供矿的影响。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (6)
1.一种高寒露天矿山冻土层爆破方法,其特征在于,步骤如下:
(1)采用潜孔钻机、乳化炸药,在高纬度高寒气候的露天矿山开采台阶,通过破漏斗试验对漏斗直径、深度以及体积与药包的重量以及埋深进行分析,得出最佳药包比值深度;
(2)经过大于三百次的冻土层爆破试验,根据冻土层的厚度及含水情况的不同,确定相应冻土层的爆破方案,采用主爆孔参数调整、设置辅助孔、加密辅助孔、辅助孔与主爆孔堵塞段加药包相结合的四种方案,,以解决上部冻层问题。
2.根据权利要求1所述的高寒露天矿山冻土层爆破方法,其特征在于,通过冻土层爆破漏斗试验确定辅助孔深度与装药量的比值为0.795~0.805 m/kg1/3。
3.根据权利要求1所述的高寒露天矿山冻土层爆破方法,其特征在于,在冻土层0.5~1m时,不增加辅助孔,不改变孔网参数,通过减小堵塞来提高装药高度,以解决上部冻层问题。
4.根据权利要求1所述的高寒露天矿山冻土层爆破方法,其特征在于,在初冻期冻土层2m以下时,主爆孔间增加辅助浅孔,通过辅助浅孔以解决上部冻层问题。
5.根据权利要求1所述的高寒露天矿山冻土层爆破方法,其特征在于,在冻土层2m以上时,增加辅助孔,同时还加密辅助孔,以解决冻层大块问题。
6.根据权利要求1所述的高寒露天矿山冻土层爆破方法,其特征在于,在冻层极厚且时,采用辅助孔与主爆孔堵塞段加药包相结合的方式,以解决冻层大块问题。
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