CN109798813B - 一种侧向崩矿炮孔结构以及侧向崩矿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种侧向崩矿炮孔结构以及侧向崩矿方法，该侧向崩矿炮孔结构包括在崩矿自由面内布置的若干侧崩炮孔，所述侧崩炮孔内部分段填装有若干段炸药，所述炸药均通过导爆索引出到炮孔外部连接起爆网络，同一侧崩炮孔内的炸药之间通过水柱间隔隔开，不同侧崩炮孔内的炸药在炮孔方向错位分布。采用本发明崩矿炮孔的侧向崩矿方法有效控制了粉矿率，降低了爆破产生的粉尘和有害气体，有效利用了炸药能量，降低了炸药单耗和爆破振动，有效改善了岩石的块度分布，有效控制了爆破边壁的稳定性，是一种粉矿率低、粉尘污染小、爆炸能量利用率高、单耗低、爆破振动小、爆破块度均匀、爆破边壁稳定性高的大规模侧向爆破崩矿技术方法。

Description

一种侧向崩矿炮孔结构以及侧向崩矿方法

技术领域

本发明属于矿山开采爆破技术，具体涉及一种粉矿控制方法，特别是一种深孔爆破中实现粉矿控制的侧向崩矿炮孔结构及其侧向崩矿方法。

背景技术

随着现代工业的发展，采矿工业作为基础产业，由于其资源条件和开采条件的不断恶化，采矿逐渐向高效率、低成本、大规模的技术方向转变。深孔采矿作为地下采矿生产中最流行的一种安全、高效、低成本和大规模的采矿方法，在许多低品位矿山和厚大矿体中被采用，然而这种采矿方法所采用的爆破技术却始终被爆破破岩和防止爆破过度粉碎两个对立面所困绕。特别是深孔爆破侧向崩矿中，装药量较大且相对集中，这造成爆炸能量的分配不合理，有的区域能量集中，有的区域又比较稀疏，最后结果是能量集中区域爆破过度粉碎，能量稀疏的区域又会产生较大块度的岩体。因此，上述矛盾在生产实践中表现出来的对立性比较突出，特别是在大规模的矿山爆破中。

由于较大块度的破碎岩体会影响矿山出矿、机械破碎和矿石提升等正常的作业工序。因此，以往研究往往将关注点投向能量稀疏区域产生的较大块度的破碎岩体。一般情况下，大块率通过减少炮孔孔网参数和进一步增加装药量进行解决，然而，这也增加了爆破后的粉矿率。诸多实测数据表明，深孔侧向爆破崩矿中粉矿率一般为15～30％，有时甚至高达50％。因此，探索合理的大规模深孔爆破粉矿控制的侧向崩矿方法尤为重要。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有大规模深孔侧向崩矿中存在的粉矿率高、单耗高、振动大的缺陷，提供一种粉矿得以控制，单耗低，爆破振动小的侧向崩矿炮孔结构及其侧向崩矿方法。

本发明采用如下技术方案实现：

一种侧向崩矿炮孔结构，包括在崩矿自由面内布置的若干侧崩炮孔，所述侧崩炮孔内部分段填装有若干段炸药，所述炸药均通过导爆索引出到炮孔外部连接起爆网络，同一侧崩炮孔内的炸药之间通过水柱间隔隔开，不同侧崩炮孔内的炸药在炮孔方向错位分布。

进一步的，所述侧崩炮孔为矿体顶部硐室向下钻凿的下向炮孔。

进一步的，所有侧崩炮孔底部固定吊装有不同高度的定位块，所述炸药以及水柱间隔分布在定位块上方，通过不同高度的定位块实现不同侧崩炮孔内的炸药在炮孔方向错位分布。

进一步的，所述侧崩炮孔内部最底端的炸药与定位块之间通过固体堵塞物隔开，所述侧崩炮孔内部最顶端的炸药上方通过固定堵塞物封堵。

进一步的，所述侧崩炮孔内部最顶端填装水柱。

在本发明的侧向崩矿炮孔结构中，所述水柱为填装有液体的密封水柱袋。

本发明还公开了采用上述侧向崩矿炮孔结构的侧向崩矿方法，包括如下步骤：

步骤一、完成拉槽爆破落矿后，在侧向矿区的顶部硐室钻凿下向炮孔，形成侧崩炮孔；

步骤二、利用绳索将定位块吊装到各个侧崩炮孔的底部固定，相邻炮孔之间的定位块吊装高度错位分布，然后向侧崩炮孔内部的定位块上方填装固体粒状堵塞物；

步骤三、铺设导爆索，并将炸药和水柱依次间隔填装到侧崩炮孔内；

步骤四、将各个侧崩炮孔内的导爆索引出孔外与导爆雷管连接，并将所有导爆雷管连接至起爆网络；

步骤五、起爆。

具体的，所述步骤五中，采用延时起爆，起爆顺序为靠近侧崩自由面的炮孔到靠近采场边界的侧边炮孔，相邻炮孔的起爆间隔时间为17-100ms。

具体的，所述步骤三中，所述侧崩炮孔内的水柱长度根据炸药量按照以下公式计算得出：

H＝mKLr/R

其中，H为水柱长度,m为边壁炮孔修正系数，根据矿石岩性分类一般取m＝1.8～3.5，当侧崩炮孔为非边壁炮孔时，m＝1。K为综合不耦合系数评估值，根据矿石岩性与炸药性能，取值范围为K＝1.3～2.5，L为炸药长度，r为炸药直径，R为炮孔直径。

具体的，不同侧崩炮孔内的炸药之间的错位深度为(L+H)/2。

本发明具有如下有益效果：

(1)有效控制了粉矿率，降低了爆破产生的粉尘和有害气体。

本发明采用炸药间隔水柱的装药结构，相比传统的空气间隔装药结构，水柱间隔装药结构具有更高的能量传递效率以及更好的能量分布均匀性，再加上相邻炮孔中炸药位置错位布置，避免了药包的集中分布，从而大大减少了爆炸能量的集中作用，减少了爆破过度粉碎，有效控制了粉矿率，减少了矿石损失；另外，炮孔使用水柱间隔，在受到爆破冲击作用后，水袋破裂形成的水珠能够吸附爆炸粉尘和有害气体，具有一定的环保作用。

(2)炸药能量的有效利用。

本发明采用水柱间隔装药的方式，水具有不可压缩、较大密度以及流动粘度的特点，减少了冲击波在传播过程中的衰减，对于爆炸产物的膨胀具有一定的延缓作用，可以将爆炸能量更加均匀、高效、持久地传递给矿岩，进而提高了炸药能量的有效利用率；而且相邻炮孔药包错位布置，可以将炸药在三维空间内均匀分散布置，大大避免了爆炸能量过多地作用于装药段对应高度位置的岩体，有利于爆炸能量均匀作用于开挖区岩体，提高了能量有效利用率。

(3)降低了炸药单耗和爆破振动。

本发明采用炸药间隔水柱的装药结构，相比传统的空气间隔装药结构，水柱间隔装药结构具有更高的能量传递效率以及更好的能量分布均匀性，因此水柱长度较空气柱长度可适当加大，进而增大了不耦合装药系数，减少了炸药用量，降低了爆破振动；孔口采用固体堵塞物加水柱的堵塞形式，可以对炸药的爆炸冲击波以及固体抛掷物形成一定压制、缓冲作用，从而实现降振作用。

(4)有效改善了岩石的块度分布。

本发明采用水柱作为装药间隔物，相比传统的空气柱间隔装药，可以使得爆炸应力波更加均匀、高效地作用于岩体，同时可以延长爆生气体的作用时间，减少了能量的集中、稀疏分布，提高了岩体的爆破破碎程度以及爆破块度的均匀性；另外，相邻炮孔药包错位布置，提高了药包在三维空间分布的均匀性，使得药包爆炸能量更加均匀地分布于周围岩体，进而进一步改善了岩石的块度分布。

(5)有效控制了爆破边壁的稳定性。

本发明的边壁炮孔采用了炸药与更长的水柱间隔的装药结构，进一步增大了不耦合装药系数，减少了炸药用量，进而减少了爆破冲击、振动对边壁的破坏作用，有效控制了边壁稳定性。

综上所述，本发明是一种粉矿率低、粉尘污染小、爆炸能量利用率高、单耗低、爆破振动小、爆破块度均匀、爆破边壁稳定性高的大规模侧向爆破崩矿技术方法。

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的矿区平面示意图。

图2为实施例中的侧向崩矿爆破区域的炮孔立体分布示意图。

图3为实施例中的边壁炮孔和非边壁炮孔的对比示意图。

图中标号：1-侧向崩矿爆破区域，11-侧向崩矿自由面，2-拉槽空区，3-采场边界，4-侧崩炮孔，41-边壁炮孔，42-非边壁炮孔，401-炸药，402-水柱，403-定位块，404-固体堵塞物，405-导爆索，406-绳索，407-固定条，5-顶部硐室，6-底部溜矿空间。

具体实施方式

实施例

本实施例适用于大规模深孔爆破中的侧向崩矿爆破，如图1所示，在对矿区划分为拉槽区和侧向崩矿区后，完成拉槽区爆破落矿后，利用本实施例中的侧向崩矿炮孔结构对侧向崩矿爆破区域1内的矿体进行侧向崩矿，利用拉槽空区2形成侧向崩矿自由面11。拉槽区的爆破为常规爆破技术，本实施例在此不做赘述。

结合参见图2和图3，图示中的侧崩炮孔4针对图1中的侧向崩矿爆破区域1内的矿体进行侧向崩矿爆破，在侧向崩矿自由面11内的矿体布置有若干排侧崩炮孔4，其中临近采场边界3的一排炮孔为边壁炮孔41，其他为非边壁炮孔42。所有的侧崩炮孔4内部均分段填装有若干段炸药401，炸药401均通过导爆索405引出到炮孔外部连接起爆网络，同一侧崩炮孔4内的炸药401之间通过水柱402间隔隔开，不同侧崩炮孔内的炸药401在炮孔方向错位分布。

本实施例中的所有侧崩炮孔4均为采用潜孔钻机在矿体顶部硐室5向下钻凿的下向炮孔，炮孔的直径为165mm，孔深为50-60m，炮孔孔距为2.8-3.2m，排距为2.8-3.2m，边壁炮孔41距离采场边界3的最短直线距离为0.5-1.0m，炸药401采用直径为140mm、长度为0.5m的炸药卷，利用本发明中的计算公式

H＝mKLr/R

可以计算得到设置在非边壁炮孔42内的水柱长度为0.5-1.1m，边壁炮孔41内的水柱袋长度为0.9-1.8m，边壁炮孔41内选用的水柱长度应该要大于非边壁炮孔42内选用的水柱长度。

在实际施工过程中，由于侧向崩矿爆破区域1的底部还会形成底部溜矿空间6，在钻凿下向的侧崩炮孔4时，会存在将炮孔下向打穿到底部溜矿空间6或者侧崩炮孔4的深度和方向可能会存在偏差，本实施例为了保证填装在侧崩炮孔4内的炸药401能够按照既定的方案实现错位分布，在所有侧崩炮孔4的底部通过吊装定位有不同高度的定位块403，将炸药401以及水柱402间隔分布在定位块403上方，不同侧崩炮孔通过不同高度的定位块403实现各个侧崩炮孔内的炸药401在炮孔方向的定位。

在实际操作中，采用略小于侧崩炮孔4内径的柱形水泥块作为定位块403，水泥块内固定有金属丝作为固定吊装水泥块的绳索406，在填装侧崩炮孔时，先通过金属丝将水泥块从孔口悬吊至侧崩炮孔底部进行堵塞，根据金属丝的长度来确定水泥块的深度，水泥块所在的位置即侧崩炮孔设计的填装炸药的最低位置。定位水泥块在侧崩炮孔内的堵塞高度低于设计炮孔抵抗线高度0.5m，其中相邻侧崩炮孔孔底的设计抵抗线高度相差0.5-0.8m，以保证相邻侧崩炮孔中炸药22位置错位布置。

水泥块吊装到位后，将金属丝的另一头栓接在一根搭放在侧崩炮孔孔口位置的固定条407上，固定条407的长度应超过侧崩炮孔的直径，保证固定条407能够横向搭放在侧崩炮孔4的孔口位置不会横向进入到孔内，利用固定条407将水泥块固定吊装在侧崩炮孔底部。

水泥块的上方炮孔内填塞0.5m厚的固体堵塞物404，该固体堵塞物404可采用粒状的岩粉或黄沙，再在该层固体填塞物404上进行装药。先将炸药连接的导爆索405沿侧崩炮孔4的铺设，然后将最底端的炸药401布置在侧崩炮孔内，水柱402采用填装水的密封柱状水柱袋实现，将水柱放入最底端炸药的上部炮孔内，然后再依次交替放入炸药401和水柱402，在侧崩炮孔内放入最顶端炸药401后，在最顶端炸药上方炮孔内再填塞1.0m厚的粒状固体堵塞物404，在填塞完毕后，在侧崩炮孔4的最顶端位置再填装一个水柱402。

以下以一个划分阶段高度为60-70m，矿块的长度为80-100m，宽度为30～35m的采场进行本发明的侧向崩矿方法的具体步骤说明。

步骤一、将爆破区域划分为拉槽区与侧向崩矿区，在完成拉槽区爆破落矿后，在侧向崩矿爆破区域1的顶部硐室5采用T-150型潜孔钻机钻凿下向炮孔，形成侧崩炮孔4，侧崩炮孔4的直径为165mm，孔深为50-60m，炮孔孔距为2.8-3.2m，排距为2.8-3.2m，并且要保证边壁炮孔距离采场边界为0.5-1.0m。

步骤二、利用绳索406将定位块403吊装到各个侧崩炮孔4的底部固定，相邻炮孔之间的定位块403的吊装高度错位分布，然后向侧崩炮孔内部的定位块403上方填装粒状固体堵塞物404。具体做法是；通过铁丝或其他金属丝悬吊水泥块的方式将水泥块从孔口下放到侧崩炮孔的底部适当位置进行堵塞，以炮孔孔底的设计抵抗线高度为零基准，将第一个侧崩炮孔堵塞高度控制在0.5m，相邻炮孔堵塞高度则交替在0.5m和1.0-1.3m的高度设置，依次类推，完成所有侧崩炮孔的水泥块定位堵塞工作，然后将铁丝固定栓接于搭放在孔口的固定条上，对各个堵塞后的侧崩炮孔内填塞0.5m的粒状固体堵塞物。

步骤三、铺设导爆索405，并将炸药401和水柱402依次间隔填装到侧崩炮孔4内。具体做法是：装入孔内的首个炸药药包为孔内最底端的炸药，将该药包与对折后的导爆索进行缠绕绑定，并通过吊绳将其一同下放至孔底的固体堵塞物上，导爆索沿炮孔全长铺设，然后将孔口多余的导爆索固定在孔口的固定条上，以防止导爆索滑落，然后依次对所有爆破炮孔完成导爆索铺设，从而为后续爆破连线提供便利。炸药采用直径为140mm、长度为0.5m的药包，按照侧崩炮孔中的非边壁炮孔和边壁炮孔计算不同的水柱长度，其中非边壁炮孔水袋长度为0.5-1.1m，边壁炮孔水袋长度为0.9-1.8m，分别按照炸药与水柱袋的间隔装药结构进行装填，在装填至孔口附近时，在最顶端的炸药顶部填塞1.0m后的粒状固体堵塞物，并在该固体堵塞物的顶部填塞水柱袋至炮孔孔口

步骤四、将各个侧崩炮孔4内的导爆索405引出孔外与导爆雷管连接，并将所有导爆雷管连接至起爆网络。具体的做法是：在侧崩炮孔的孔口将各孔延伸出来的5-20m的导爆管雷管分别捆绑在各炮孔孔内的导爆索上，并将所有炮孔导爆管雷管的脚线连接至起爆网络，

步骤五、起爆。采用延时起爆，起爆顺序为靠近侧崩自由面的非边壁炮孔42到靠近采场边界的边壁炮孔41，每排相邻炮孔的起爆间隔时间为17-100ms。在确认连线无误后进行起爆。具体关于雷管的起爆控制为爆破常用技术，本实施例在此不做赘述。

本实施中的侧崩炮孔具体参数如下：侧崩炮孔直径为165mm，孔深为50m，炮孔孔距为2.8m，排距为3.0m，边壁炮孔距离采场边界为0.8m。爆破器材采用条状乳化炸药和普通导爆管雷管，药包直径为140mm，长度为0.5m，重量为9.0kg，非边壁炮孔水柱袋长度为1.0m，边壁炮孔水柱袋长度为1.5m，相邻炮孔孔底水泥块堵塞高度分别为0.5m、1.3m，非边壁炮孔单孔装药量为288kg，边壁炮孔单孔装药量为216kg。起爆后的效果表明，爆破工艺达到了设计要求，粉矿控制在侧向崩矿爆破矿石总量的3-10％，且边壁排面光滑，相比传统方法，大大减少了凿岩成本和炸药量，简化了操作流程和工艺，弱化了爆破振动效应。

需要明确的是，以上描述的仅是本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡是基于本发明的技术方案和原则之内，所作任何修改、等同替换、改进等，均属于本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种侧向崩矿炮孔结构的侧向崩矿方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、完成拉槽爆破落矿后，在侧向矿区的顶部硐室钻凿下向炮孔，形成侧崩炮孔，所有侧崩炮孔在崩矿自由面内布置；

步骤二、利用绳索将定位块吊装到各个侧崩炮孔的底部固定，相邻炮孔之间的定位块吊装高度错位分布，然后向侧崩炮孔内部的定位块上方填装固体粒状堵塞物；

步骤三、在所述侧崩炮孔内部分段填装有若干段炸药，铺设导爆索，并将炸药和水柱依次间隔填装到侧崩炮孔内，所述炸药均通过导爆索引出到炮孔外部连接起爆网络，同一侧崩炮孔内的炸药之间通过水柱间隔隔开，所述侧崩炮孔内的水柱长度根据炸药量按照以下公式计算得出：

其中，H为水柱长度,m为边壁炮孔修正系数，根据矿石岩性分类一般取m=1.8～3.5，当侧崩炮孔为非边壁炮孔时，m=1，K为综合不耦合系数评估值，根据矿石岩性与炸药性能，取值范围为K=1.3～2.5，L为炸药长度，r为炸药直径，R为炮孔直径；

步骤四、将各个侧崩炮孔内的导爆索引出孔外与导爆雷管连接，并将所有导爆雷管连接至起爆网络；

步骤五、起爆。

2.根据权利要求1所述的侧向崩矿方法，所述步骤三中，所有侧崩炮孔底部固定吊装有不同高度的定位块，所述炸药以及水柱间隔分布在定位块上方，通过不同高度的定位块实现不同侧崩炮孔内的炸药在炮孔方向错位分布。

3.根据权利要求2所述的侧向崩矿方法，所述步骤三中，所述侧崩炮孔内部最顶端的炸药上方通过固体堵塞物封堵，所述侧崩炮孔内部最顶端填装水柱。

4.根据权利要求3所述的侧向崩矿方法，所述水柱为填装有液体的密封水柱袋。

5.根据权利要求1所述的侧向崩矿方法，所述步骤五中，采用延时起爆，起爆顺序为靠近侧崩自由面的炮孔到靠近采场边界的侧边炮孔，相邻炮孔的起爆间隔时间为17-100ms。

6.根据权利要求2所述的侧向崩矿方法，不同侧崩炮孔内的炸药之间的错位深度为(L+H)/2。

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