CN110986706A - 岩石钻孔可爆性能检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种岩石钻孔可爆性能检测方法，包括以下步骤：1)对待测岩石采用钻机进行开孔，对钻机开孔过程进行全程在线监测，收集以下数据：钻头上的轴压力、钻具回转速度、钻具扭矩、钻孔速度、钻孔时间、孔径大小；2)计算待测岩石的破碎比能值a：

3)以岩石的破碎比能值a为纵轴，以所开孔的孔深值为横轴，绘制岩石可爆性能曲线；4)根据岩石可爆性能曲线，采取相应爆破措施对岩石进行爆破。该检测方法通过对钻机在钻孔过程中各项施工数据的收集、整理和综合分析，建立岩石可爆性指标参考坐标系，从而实现准确合理的实施爆破措施，为设计与装炸药提供较科学的依据。

Description

岩石钻孔可爆性能检测方法

技术领域

本发明属于矿石爆破技术领域，具体是指一种岩石钻孔可爆性能检测方法。

背景技术

采矿工作需要把矿石从岩体中破碎下来。目前，破碎岩石主要采用钻机钻孔后炸药爆破的方法，即岩石在钻机钻孔完成后，经测量炮孔深度数据，再装炸药进行爆破，得到较碎并可铲运的矿石。但是岩层的结构往往非常复杂，即使在同一钻孔中，岩石的软硬度也有所不同，岩层爆破的难度也不相同，对其爆破所需单位炸药用药量的要求也有所不同。因而在爆破过程中，需要根据岩层爆破难度的不同，来确定炸药用量。如果单凭人工经验或平均用药，这样导致爆破后产生的散碎矿石粒度大小不一，甚至产生过大矿石需进行二次爆破才能铲运，从而增加了生产成本，降低了生产效率。

俄国的普洛托吉雅柯诺夫教授于1907年首先提出了岩石坚固性系数——普氏系数(f值)的概念。岩石普氏系数f表征的是岩石抵抗破碎的相对值。因为岩石的抗压能力最强，故把岩石单轴抗压强度极限的1/10作为岩石的坚固性系数，即f＝R_b/10，式中：R_b是岩石的单轴抗压强度(MPa)。依据岩石坚固性系数，普氏分级法将岩石划分为15级，等级越高的岩石越容易破碎，普实系数越小。具体的如下表表1所示：

这种方法至今仍在矿山开采业和勘探掘进中得到广范应用。应用中工人们还推衍出了岩石坚固性系数f与单位炸药消耗量之间的关系，普实系数越高，单位炸药消耗量也就越高，需要释放的能量也就越大。但是，普氏分级法采用实验室测定来代替现场测定，这就不可避免地带来因应力状态的改变而造成的坚固程度上的误差，因此该方法包含了更多经验推断的因素，其结论仍然缺乏科学的依据来支撑，应用中甚至出现爆破失败的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩石钻孔可爆性能检测方法，该检测方法通过对钻机在钻孔过程中各项施工数据的收集、整理和综合分析，建立岩石可爆性指标参考坐标系，从而实现准确合理的实施爆破措施。

为实现上述目的，本发明岩石钻孔可爆性能检测方法，具体包括以下步骤：

1)对待测岩石采用钻机进行开孔，对钻机开孔过程进行全程在线监测，收集以下数据：钻头上的轴压力、钻具回转速度、钻具扭矩、钻孔速度、钻孔时间、孔径大小；

2)计算待测岩石的破碎比能值a：

其中：n为钻具回转速度，单位为r/min；

M为钻具扭矩，单位为N·m；

t为钻孔时间，单位为min；

F为钻头上的轴压力，单位为N；

D为孔径，单位为m；

v为钻孔速度，单位为m/min；

所得a值的单位为N·m/m³(即J/m³)；

钻机钻孔时采用旋转加压的工作制，破碎岩石时一部分功耗为旋转运动产生，另外一部分功耗由加压力产生，体现在公式上2πnMt为旋转运动产生的功，Fvt为加压运动产生的功，(D/2)²πvt为破碎岩石的体积；

公式简化后为：

3)以岩石的破碎比能值a为纵轴，以所开孔的孔深值为横轴，绘制岩石可爆性能曲线；

4)根据岩石可爆性能曲线，采取相应爆破措施对岩石进行爆破。

由于牙轮钻机在钻孔工作时，采用旋转和加压工作制，其旋转和加压钻孔单位体积所消耗的能量可直观的得出，因此岩石破碎过程中所耗的能量是岩石对外界作用的阻力的最好量度。本发明岩石钻孔可爆性能检测方法，通过连续不断检测和收集钻机钻孔过程中的作业参数，并对所述检测的数据进行分析和计算，得出钻孔中单位岩石体积所消耗的能量，该能量即为岩石的破碎比能。该破碎比能作为岩石的可钻性的综合评价指标，对岩层的爆破难易程度进行综合判断，然后根据孔深与岩石破碎比能值间的关系绘制出钻孔可爆性能曲线，从而直观的表述了岩石可爆性能。

具体爆破时即可根据该曲线数据作参考，针对不同岩层选取合理的单位炸药用量值，为钻孔爆破精准使用炸药设计提供了科学的依据，能提高爆破效果，减少炸药消耗量，而且能实现爆堆块小且均匀，为后续的工序，如装载、运输、破碎以及磨矿等都带来较大好处。同时，利用本发明的钻孔可爆性能检测方法，可对于某一片区岩石，将孔网所有炮孔都钻完之后，绘制出本次孔网可爆性三维图，为设计与装炸药提供较科学的依据。

附图说明

图1为实施例1的岩石可爆性能曲线图。

图2为实施例2的岩石可爆性能曲线图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的岩石钻孔可爆性能检测方法作进一步详细说明。

实施例1

对位于内蒙古长山壕位置的露天矿进行爆破。采用传统方法测得矿区某岩石的普氏系数f值＝8―10，属于表1中的Ⅲ岩层。

爆破前采用本发明方法对该处岩石钻孔可爆性能进行检测，具体包括以下步骤：

1)对待测岩石采用钻机进行开孔，对钻机开孔过程进行全程在线监测，实时收集以下数据：钻头上的轴压力、钻具回转速度、钻具扭矩、钻孔速度、钻孔时间、孔径大小，根据孔的进给速度，依据距离和提供的数据相对应，记录相关数据如表2所示(以每三米示例)。

2)利用公式计算待测岩石的破碎比能值a：

所得a值单位为J/m³。

具体数据如下表表2所示：

深度(m)	0.1	3	6	9	12	15
							轴压力F(N)×10<sup>3</sup>	301	306	309	369	306	305
回转速度n(r/min)	60	60	60	59	60	60
							钻具扭矩M(Nm)	11000	10500	12700	14900	11800	10600
钻孔速度v(m/min)	0.5	0.5	0.51	0.49	0.49	0.5
							钻孔时间t(min)	0.1	6	12	18	24	30
孔径D(m)	0.25	0.25	0.25	0.25	0.25	0.25
							比能值a(J/m<sup>3</sup>)×10<sup>8</sup>	1.75	1.67	1.97	2.37	1.83	1.69

以岩石的破碎比能值a为纵轴，以所开孔的孔深值为横轴，绘制岩石可爆性能曲线(以进给深度取连续数据)，根据岩石可爆性能曲线走势判断出岩石可爆性能曲线如附图1所示。

钻孔完毕后保存坐标系。所有钻孔工作完成后在炮孔装药前可调取每个成孔数据坐标系，人工可进行分析对后序工作提供参考，因而在不同深度处，根据其破碎比能值a的大小有针对性设计装炸药量，能有效地将其爆破，使整个爆堆块小且均匀。

对该岩石的普氏系数f值进行测试：

测试方法为：在穿孔台阶的断面，沿台阶面向下到底端分别在4米、8米、12米处取样，取样岩石使用接近7×7×7cm³的立方体或与其高度相等的圆柱体，然后采用压力试验机的承压平板加载。

测得压力分别为：R_b＝82.5Mp、100.4Mp、83.2Mp

根据f＝R_b/10可以确定8米处位置坚固性最强

将本实施例a值与f值的测定方法和测试结果进行对比可知：

1)本实施例检测的方法更简便，能实现在钻孔时实时监控岩石的比能值大小；

2)本实施例方法得到的a值与采用传统方法测得的f值的变化关系可以看出：f值较大的岩层，其a也相应较大，f值较小的岩层，其a也相应较大；f值相等的岩层，a值略有不同。

实施例2

对位于湖北大冶铜山口位置的露天矿进行爆破，采用传统方法测得矿区某岩石的普氏坚固性系数f＝10―12。

爆破前对该处岩石钻孔可爆性能进行检测，具体包括以下步骤：

1)对待测岩石采用钻机进行开孔，对钻机开孔过程进行全程在线监测，收集以下数据：钻头上的轴压力、钻具回转速度、钻具扭矩、钻孔速度、钻孔时间、孔径大小，根据孔的进给速度，依据距离和提供的数据相对应，记录相关数据如表3所示(以每三米示例)。

2)计算待测岩石的破碎比能值a：

所得a值单位为J/m³。

具体数据如下表表3所示：

深度(m)	0.1	3	6	9	12	15
							轴压力(N)×10<sup>3</sup>	350	344	355	345	388	385
回转速度(r/min)	60	60	60	59	60	60
							钻具扭矩(Nm)	10900	11200	10800	12700	14500	14400
钻孔速度(m/min)	0.38	0.38	0.38	0.38	0.38	0.38
							钻孔时间(min)	0.1	8	16	24	32	40
孔径(m)	0.25	0.25	0.25	0.25	0.25	0.25
							比能值(J/m3)×10<sup>8</sup>	2.27	2.33	2.25	2.64	3.01	2.99

以岩石的破碎比能值a为纵轴，以所开孔的孔深值为横轴，绘制岩石可爆性能曲线(以进给深度取连续数据)，根据岩石可爆性能曲线走势判断出岩石可爆性能。

钻孔完毕后保存坐标系。所有钻孔工作完成后，在炮孔装药前可调取每个成孔数据坐标系对后序工作提供参考，

通过对每一个孔的记录，调出每一个孔的数据，人工可进行分析。孔网中可能有硬岩层，有针对性设计装炸药能有效地将其爆破，使整个爆堆块小且均匀

对该岩石的普氏坚固性系数f值进行测试：

测试方法为：在穿孔台阶的断面，沿台阶面向下到底端分别在4米、8米、12米处取样，取样岩石使用接近7×7×7cm³的立方体或与其高度相等的圆柱体，然后采用压力试验机的承压平板加载。

测得压力分别为：R_b＝99.2Mp、102.3Mp、119.8Mp

根据f＝R_b/10可以确定12米处位置坚固性最强

将本实施例a值与f值，的测定方法和测试结果进行对比可知：

1)本实施例方法更简便、能实时监控岩石的比能值大小；

2)本实施例方法得到的a值与采用传统方法测得的f值的变化关系可以看出：f值较大的岩层，其a也相应较大，f值较小的岩层，其a也相应较大；f值相等的岩层，a值略有不同。

从实例1和实例2可以看出，f值越大的矿山消耗的破碎比能值a越大，破碎比能值a数据更能较为准确的反映出钻孔实际消耗单位能量，为下一步爆破提供可靠的参考数据进行安排更合理的炸药量需求。

Claims (1)

1.一种岩石钻孔可爆性能检测方法，具体包括以下步骤：

1)对待测岩石进行开孔，对钻机开孔过程进行全程在线监测，收集以下数据：钻头上的轴压力、钻具回转速度、钻具扭矩、钻孔速度、钻孔时间、孔径大小；

2)计算待测岩石的破碎比能值a：

其中：n为钻具回转速度，单位为r/min；

M为钻具扭矩，单位为N·m；

t为钻孔时间，单位为min；

F为钻头上的轴压力，单位为N；

D为孔径，单位为m；

v为钻孔速度，单位为m/min；

3)以岩石的破碎比能值a为纵轴，以所开孔的孔深值为横轴，绘制岩石可爆性能曲线；

4)根据岩石可爆性能曲线，采取相应爆破措施对岩石进行爆破。

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