CN110132080B - 一种露天矿高台阶孔内微差爆破方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种露天矿高台阶孔内微差爆破方法，包括以下步骤：第一步、在台阶面上钻炮孔；第二步、在第一步中炮孔中装填炸药形成药柱，药柱的总长度为炮孔的深度的53％‑60％，在药柱中不同的高度位置处设置起爆点；第三步、对不同的起爆点实施微差间隔起爆，微差间隔时间为t＝L/v；其中，L为药柱的总长度，单位为米；t为微差间隔时间，单位为毫秒；v为爆速，单位为米/毫秒。本发明的露天矿高台阶孔内微差爆破方法充分利用高台阶炮孔内药柱长度长的特点，通过炮孔内微差间隔爆破的方法，并合理设置孔内微差间隔时间、间隔装药结构、起爆点位置和起爆顺序，提高了爆破效果、降低了爆破振动有害效应。

Description

一种露天矿高台阶孔内微差爆破方法

技术领域

本发明属于采矿工程技术领域，具体涉及一种露天矿高台阶孔内微差爆破方法。

背景技术

随着现代社会对资源需求量的增加和采矿设备、工艺的进步，露天矿山开采规模进一步加大，爆破规模也随之扩大，需要露天矿开采效率进一步得到提高。台阶爆破指以台阶形式推进的石方爆破方式，即在露天台阶状的开挖面上进行钻孔爆破的作业。长期以来，我国大型露天矿多使用12-15m的台阶高度，高台阶爆破指台阶高度在18m以上，高台阶爆破使柱状装药长度增加，是提高露天矿爆破规模及开采效率的重要手段之一。

目前的露天矿开采方法受惯性思维、爆破技术理论滞后的影响，并受限于传统雷管精度低，没有充分利用高台阶炮孔内药柱长度长、炮孔间隔装药结构的特点进行科学合理的设置技术参数，通常的做法是采用普通雷管在炮孔内设置一个或两个起爆点同时起爆实现炮孔内炸药的爆轰，如中国专利文献CN108412495A中公开了一种露天采场台阶爆破方法，在台阶上钻凿预裂孔、主爆孔和爆破孔，先起爆预裂孔，其余孔间采用微差爆破，通过预裂孔先起爆形成预裂面促进爆破效果的提高，但其孔内采用同时起爆，不能产生高台阶炮孔内爆破应力场的叠加效应，而且爆炸应力波在岩体没作用时间也相对较短。

此外，由于露天矿山尤其金属露天矿的开采水平逐年下降，露天矿边坡高度随之增加，露天矿山边坡滑坡失稳造成重大地质灾害的风险也逐步增加。爆破规模的增大，不可避免的会增加炸药的使用量，爆破振动有害效应也会同时增加，而频繁的生产爆破产生的振动效应诱发了更多的边坡滑坡。

因此，提高露天矿开采爆破效果，降低生产爆破产生的振动有害效应是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种露天矿高台阶孔内微差爆破方法，充分利用高台阶炮孔内药柱长度长的特点，合理设置孔内微差间隔时间、间隔装药结构、起爆点位置和起爆顺序，达到改善爆破效果、降低爆破振动有害效应的目的。

为了解决上述问题，本发明提供一种露天矿高台阶孔内微差爆破方法，包括以下步骤：

第一步、在台阶面上钻炮孔；

第二步、在第一步中炮孔中装填炸药形成药柱，药柱的总长度为炮孔的深度的53％-60％，在药柱中沿药柱长度方向上设置两个或两个以上起爆点；

第三步、对不同的起爆点实施微差间隔起爆，微差间隔时间为t＝L/v；

其中，L为药柱的总长度，单位为米；t为微差间隔时间，单位为毫秒；v为爆速，单位为米/毫秒。

其中，药柱总长度指装填炸药段的总长度。

本发明充分利用了露天矿高台阶爆破台阶高度高、炮孔深度长的特点，通过在药柱中不同高度位置设置起爆点，不同起爆点短时差间隔起爆，实现孔内微差间隔起爆，先后相邻的药柱段爆破时间间隔极短，先起爆的炸药在岩石中已造成一定破坏，形成了一定宽的裂隙和附加自由面，为后起爆炸药提供了有利爆破条件，充分利用了柱状药包爆炸应力场叠加效应，且增加爆炸应力波在高台阶岩体内的作用时间，减小单次爆破药量，使爆破效果提高；并且将齐发大量药包产生的地震波变成一长串小幅值的地震波，同时各药包产生的地震波相互干涉，从而降低振动有害效应。其中，微差间隔时间是微差爆破技术的关键，微差时间过小，先爆破的炮孔未给后爆破的炮孔提供足够多的新的自由面，且不利于分散爆破能量，降低爆破震动；而微差时间过大则相当于分次起爆，易对爆破网路造成隐患，破碎效果不佳，本发明通过合理选择微差间隔时间，使达到形成新自由面的时间最合理，从而获得最佳的爆破质量和最好的减震效果。

其中，第一步中炮孔的钻孔形式可以采用垂直孔或倾斜孔，炮孔的孔径优选为0.2-0.31米；爆速优选为3-5米/毫秒；进一步优选的，微差间隔时间为3-8毫秒。

其中，第二步中装填炸药可以采用连续装药的方式，也可以采用间隔装药的方式，为节约炸药，提高爆破效率，最好采用间隔装药的方式；间隔装药可为二段间隔装药或三段间隔装药，优选二段间隔装药；进一步优选的，第二步中装填炸药采用间隔装药的方式，炮孔中从下至上依次设置为底部装药段、中间间隔段、顶部装药段和炮孔堵塞段；底部装药段设有第一起爆点，顶部装药段设有第二起爆点；底部装药段的长度为炮孔的深度的30％-35％；顶部装药段的长度为炮孔的深度的23％-25％。

其中，底部装药段和顶部装药段可以装填相同或不同类别的炸药，例如可选乳化炸药、重铵油炸药、多孔粒状铵油炸药等；优选的，底部装药段装填高威力炸药，例如可使用高威力的乳化炸药或重铵油炸药。炮孔堵塞段使用钻孔岩粉进行堵塞。

技术方案中，优选的，中间间隔段的长度为炮孔的深度的17％-23％。

技术方案中，优选的，炮孔堵塞段的长度为炮孔的深度的25％-30％。

技术方案中，优选的，第三步中微差间隔起爆的起爆顺序为底部装药段先起爆，顶部装药段后起爆。

技术方案中，优选的，第一起爆点位于底部装药段的由下至上的1/4-1/3处，第二起爆点位于顶部装药段的由下至上的2/3-3/4处。

本发明通过合理设置短时差孔内微差间隔时间，并合理匹配高台阶炮孔装药结构、孔内药柱起爆点位置和孔内起爆点起爆顺序，使孔内微差爆破过程中获得最佳的应力场叠加效应，增加爆炸应力波在高台阶岩体内的作用时间，从而大大改善了高台阶爆破的爆破效果，且降低了爆破有害振动效应。

技术方案中，优选的，中间间隔段的间隔介质为空气或者惰性材料。惰性材料可以选择钻孔岩粉、水、土等材料。

技术方案中，优选的，第一步中炮孔的孔径Φ为0.2-0.31米。

技术方案中，优选的，第二步中装填炸药的装药方式采用耦合装药。

技术方案中，优选的，第三步中微差间隔起爆采用数码电子雷管起爆。本发明充分利用数码电子雷管延期时间精度高的优势，精确控制孔内微差间隔起爆的微差间隔时间，实现了精确微差高台阶爆破。

技术方案中，优选的，整体爆区内的炮孔之间采用孔间微差顺序起爆。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本发明的露天矿高台阶孔内微差爆破方法，充分利用露天矿高台阶爆破台阶高度高、炮孔深度长的特点，在药柱内设置不同起爆点，不同起爆点短时差间隔起爆，实现炮孔内微差间隔起爆，前后相邻的药柱段爆破时间间隔极短，先起爆的炸药在岩石中已造成一定破坏，形成了一定宽的裂隙和附加自由面，为后起爆炸药提供了有利爆破条件，充分利用了柱状药包爆炸应力场叠加效应，且增加爆炸应力波在高台阶岩体内的作用时间，减小单次爆破药量，使爆破效果提高；

2.本发明的露天矿高台阶孔内微差爆破方法，通过炮孔内微差爆破，将大孔径炮孔内齐发大量药包产生的地震波变成一长串小幅值的地震波，同时各炮孔间药包产生的地震波相互干涉，从而降低振动有害效应；

3.微差间隔时间是微差爆破技术的关键，微差时间过小，先爆破的炮孔未给后爆破的炮孔提供足够多的新的自由面，且不利于分散爆破能量，降低爆破震动；而微差时间过大则相当于分次起爆，易对爆破网路造成隐患，破碎效果不佳，本发明的露天矿高台阶孔内微差爆破方法，通过合理选择微差间隔时间，使达到形成新自由面的时间最合理，从而获得最佳的爆破质量和最好的减震效果；

4.本发明的露天矿高台阶孔内微差爆破方法，发明人经数值模拟计算的分析结合实验研究，获得了最佳的短时差孔内微差起爆时间、炮孔装药结构、孔内药柱起爆位置和孔内起爆点起爆顺序，通过上述工艺参数之间的合理的配合获得了最优的爆破效果，并最大程度的降低了爆破有害震动效应。

附图说明

图1是本发明实施例1所述的露天矿高台阶孔内微差爆破方法中装药结构示意图；

图2是本发明实施例1的露天矿高台阶孔内微差爆破方法爆破后现场图；

图3是对比例1的露天矿高台阶爆破方法爆破后现场图；

图4是对比例2的露天矿高台阶爆破方法爆破后现场图。

其中：1-底部装药段；2-中间间隔段；3-顶部装药段；4-炮孔堵塞段。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明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。

实施例1

本实施例所述的一种露天矿高台阶孔内微差爆破方法，包括以下步骤：

第一步、在露天矿爆区台阶上按三角形布孔方式钻凿炮孔，台阶高度为24m，炮孔的孔径为310mm，炮孔的深度为26m；

第二步、在第一步中炮孔中装填炸药形成药柱，装药方式为耦合装药，药柱的总长度为14m，如图1所示，装填炸药采用间隔装药的方式，药柱从下至上依次为底部装药段1、中间间隔段2、顶部装药段3和炮孔堵塞段4；

其中，底部装药段1的长度为8m，装填的炸药为乳化炸药，顶部装药段3的长度为6m，装填的炸药为多孔粒状铵油炸药，中间间隔段2的长度为5m，中间间隔段2的间隔介质为空气，炮孔堵塞段4的长度为7m，堵塞填充物为钻孔岩粉；

在底部装药段1的由下至上2m位置处设置数码电子雷管作为起爆点；在顶部装药段3的由下至上4m位置处设置数码电子雷管作为另一个起爆点；

第三步、通过控制数码电子雷管的起爆对装填好的药柱进行孔内微差爆破，微差间隔起爆的起爆顺序为底部装药段先起爆，顶部装药段后起爆，爆速为4.7m/ms，微差间隔时间为3ms，不同孔间实施孔间微差爆破，微差间隔时间为17ms。

经本实施例的露天矿高台阶孔内微差爆破方法爆破后所得的岩石的大块率为0.6％，如图2所示为爆破后的现场图，采用TC-4850仪器对爆破过程进行数据搜集与分析,得到该台阶爆破振动监测振速最大值为6cm/s,爆破开挖对边坡的稳定性影响较小,根据现场巡查情况并未有块石滚落情形。

对比例1

本对比例的露天矿高台阶爆破采用在底部装药段和顶部装药段各设置一个起爆点，两个起爆点同时起爆实现炮孔内炸药的爆轰。

本对比例的露天矿高台阶爆破，包括以下步骤：

第一步、在露天矿爆区台阶上按三角形布孔方式钻凿炮孔，台阶高度为24m，炮孔的孔径为310mm，炮孔的深度为26m；

第二步、在第一步中炮孔中装填炸药形成药柱，装药方式为耦合装药，药柱的总长度为14m，装填炸药采用间隔装药的方式，药柱从下至上依次为底部装药段1、中间间隔段2、顶部装药段3和炮孔堵塞段4；

其中，底部装药段1的长度为8m，装填的炸药为乳化炸药，顶部装药段3的长度为6m，装填的炸药为多孔粒状铵油炸药，中间间隔段2的长度为5m，中间间隔段2的间隔介质为空气，炮孔堵塞段4的长度为7m，堵塞填充物为钻孔岩粉；

在底部装药段1的由下至上2m位置处设置普通雷管作为起爆点；在顶部装药段3的由下至上4m位置处设置普通雷管作为另一个起爆点；

第三步、控制两个起爆点处的雷管同时起爆，完成炮孔内炸药的爆轰，不同孔间实施孔间微差爆破，微差间隔时间为17ms。

经本对照例的露天矿台阶爆破方法爆破后所得的岩石的大块率为1.93％，如图3所示为爆破后的现场图，采用TC-4850仪器对爆破过程进行数据搜集与分析,得到该台阶爆破振动监测振速最大值为9cm/s,爆破开挖对边坡的稳定性有一定影响,且根据现场巡查情况有块石滚落情形。

对比例2

本实施例所述的一种露天矿高台阶孔内微差爆破方法，包括以下步骤：

第一步、在露天矿爆区台阶上按三角形布孔方式钻凿炮孔，台阶高度为24m，炮孔的孔径为310mm，炮孔的深度为26m；

第二步、在第一步中炮孔中装填炸药形成药柱，装药方式为耦合装药，药柱的总长度为12m，装填炸药采用间隔装药的方式，药柱从下至上依次为底部装药段1、中间间隔段2、顶部装药段3和炮孔堵塞段4；

其中，底部装药段1的长度为7m，装填的炸药为乳化炸药，顶部装药段3的长度为5m，装填的炸药为多孔粒状铵油炸药，中间间隔段2的长度为7m，中间间隔段2的间隔介质为空气，炮孔堵塞段4的长度为7m，堵塞填充物为钻孔岩粉；

在底部装药段1的由下至上1m位置处设置数码电子雷管作为起爆点；在顶部装药段3的由下至上1m位置处设置数码电子雷管作为另一个起爆点；

第三步、通过控制数码电子雷管的起爆对装填好的药柱进行孔内微差爆破，微差间隔起爆的起爆顺序为底部装药段先起爆，顶部装药段后起爆，爆速为3.2m/ms，微差间隔时间为3ms，不同孔间实施孔间微差爆破，微差间隔时间为17m。

经本实施例的露天矿高台阶孔内微差爆破方法爆破后所得的岩石的大块率为0.95％，如图4所示为爆破后的现场图，采用TC-4850仪器对爆破过程进行数据搜集与分析,得到该台阶爆破振动监测振速最大值为8cm/s,爆破开挖对边坡的稳定性影响较小,根据现场巡查情况有轻微块石滚落情形。

由以上实施例和对比例的实验结果可以看出，本发明实施例的露天矿高台阶孔内微差爆破方法与对比例的炮孔内不同起爆点同时起爆的爆破方法相比，爆破效果得到很大程度的改善，且爆破振动有害效应降低；并且必须采用本发明的微差起爆时间、炮孔装药结构、孔内药柱起爆位置和孔内起爆点起爆顺序，通过上述工艺参数之间的合理的配合才可获得最优的爆破效果，并最大程度的降低爆破有害震动效应。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种露天矿高台阶孔内微差爆破方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、在露天矿的台阶面上钻炮孔；

第二步、在第一步中的所述炮孔中装填炸药形成药柱，所述药柱的总长度为所述炮孔的深度的53%-60%，在所述药柱中沿所述药柱长度方向上设置两个或两个以上起爆点；装填炸药采用间隔装药的方式，所述炮孔中从下至上依次设置为底部装药段、中间间隔段、顶部装药段和炮孔堵塞段；所述底部装药段的长度为所述炮孔的深度的30%-35%；所述顶部装药段的长度为所述炮孔的深度的23%-25%；所述中间间隔段的长度为所述炮孔的深度的17%-23%；所述炮孔堵塞段的长度为所述炮孔的深度的25%-30%；所述底部装药段设有第一起爆点，所述顶部装药段设有第二起爆点；所述第一起爆点位于所述底部装药段的由下至上的1/4-1/3处，所述第二起爆点位于所述顶部装药段的由下至上的2/3-3/4处；

第三步、对所述第一起爆点、所述第二起爆点实施微差间隔起爆，微差间隔时间为t=L/v；

其中，L为所述药柱的总长度，单位为米；t为微差间隔时间，单位为毫秒；v为爆速，单位为米/毫秒。

2.根据权利要求1所述的露天矿高台阶孔内微差爆破方法，其特征在于：第三步中所述微差间隔起爆的起爆顺序为所述底部装药段先起爆，所述顶部装药段后起爆。

3.根据权利要求1或2所述的露天矿高台阶孔内微差爆破方法，其特征在于：所述中间间隔段的间隔介质为空气或惰性材料。

4.根据权利要求1或2所述的露天矿高台阶孔内微差爆破方法，其特征在于：第一步中所述炮孔的孔径为0.2-0.31米。

5.根据权利要求1或2所述的露天矿高台阶孔内微差爆破方法，其特征在于：第二步中装填炸药的装药方式采用耦合装药。

6.根据权利要求1或2所述的露天矿高台阶孔内微差爆破方法，其特征在于：第三步中所述微差间隔起爆采用数码电子雷管起爆。

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