CN111473701A - 一种适于高应力矿体超前聚能致裂爆破的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适于高应力矿体超前聚能致裂爆破的方法，前排主爆破炮孔(2)与后排主爆破炮孔(4)之间的排距是常规后退式分段爆破方式排距的2.5～3.0倍，在前排主爆破炮孔(2)与后排主爆破炮孔(4)之间设有一排超前致裂孔(3)；在超前致裂孔(3)中装有双向聚能装药装置；双向聚能装药装置含有装药管，装药管上设有十字型聚能槽；超前致裂孔(3)比前排主爆破炮孔(2)超前15～17ms起爆，后排主爆破炮孔(4)相较于前排主爆破炮孔(2)延期17～25ms起爆。本发明方法降低了单耗15～20％，增加炮孔延米爆破量18.5～20.5％，并较大的改善爆破效果，降低大块率35.7％，解决了高应力矿井矿体回采过程中炸药单耗高、能量利用率低等问题。

Description

一种适于高应力矿体超前聚能致裂爆破的方法

技术领域

本发明属于矿山爆破开采技术领域，具体涉及一种矿山超前致裂爆破技术，对爆破夹制约束作用大、爆破质量差、爆破效果不理想的深部矿体或岩体的垂直下向孔爆破尤为适用，对浅部低应力矿体也同样可以改善爆破质量，降低爆破成本。

背景技术

随着浅部矿山资源的逐渐减少，深部开采已经成为未来矿业开发的必然趋势。澳大利亚、加拿大、南非等国深井开采深度一般为1000～2900m，最深达到4800m。据统计与预测，我国在2016-2020年期间有50余座金属矿山进入地下1000m以下开采，其中有近一半在未来 10～20年间开采深度将达到1500m以深。

深部金属矿床开采面临着高应力、高井温、高井深的特殊开采环境，采用传统的采矿模式难于实现深部资源的安全高效经济开采。在采场矿石回采过程中，高地应力环境带来的高围压对采场被爆矿(岩) 体夹制约束作用大，使炸药单耗增加，能量利用率降低，爆破块度大，大块率高，导致铲装效率降低，爆破成本增加。同时深部高应力条件下，易于诱发岩爆事故，对采场生产作业安全构成较大威胁。

发明专利“深部采场高应力诱导爆破崩矿方法”(申请号： 201610227099.8)提出了一种高应力下的诱导爆破方法，该专利是根据爆破数值模拟的地应力分布情况，划分爆破回采区域，采用不同的爆破参数进行爆破作业；但由于构造应力的复杂性，采场实际地应力分布难易掌握，故该专利的适用条件受到很大限制，只适用于初始构造应力理想分布的情况。

因此，如何有序释放深部采场高地应力，降低深部岩体中储存的高弹性能量的危害，对于降低爆破炸药单耗、改善爆破效果、提高生产作业安全具有重要意义。

发明内容

为解决深部金属矿床因高应力使被爆矿体夹制作用造成的炸药单耗高、能量利用率低、爆破效果差的问题，本发明提出了一种爆破效果好、大块率低、炸药单耗低、能量利用率高的适于高应力矿体超前聚能致裂爆破的方法。

研究表明，针对深部高应力环境下矿体回采，矿块垂直走向布置，矿块两侧均为矿体，矿块后退式推进方向以及上下方向因受采切工程布置地应力已发生转移，矿块仅在长度走向两侧受到较大的地应力，而矿块两侧较大的地应力限制爆破裂纹扩展，不利于爆破破岩。根据数值模拟以及水泥砂浆模型单孔试验研究，在主应力5MPa、10MPa、 15MPa和20MPa时，其主应力方向裂缝扩展的长度分别为炮孔直径的14.2倍、7.49倍、5.82倍和4.52倍，而其垂直主应力方向裂缝扩展的长度分别为炮孔直径的20倍、12.43倍、8.74倍和6.6倍，由此可见，主应力方向对单孔爆破裂隙扩展影响很大。

为此，为实现本发明的上述目的，本发明一种适于高应力矿体超前聚能致裂爆破的方法通过以下技术方案实现：

本发明一种适于高应力矿体超前聚能致裂爆破的方法，在深部采场长度方向采用后退式分段爆破方式，在深部采场爆破矿体上设有前排主爆破炮孔、后排主爆破炮孔，其特点是：对深井高地应力环境下矿体进行爆破回采时，将前排主爆破炮孔与后排主爆破炮孔之间的排距加大到常规后退式分段爆破方式排距的2.5～3.0倍，并在前排主爆破炮孔与后排主爆破炮孔之间设有一排超前致裂孔；在超前致裂孔中装有双向聚能装药装置；所述的双向聚能装药装置含有装药管，装药管的左右两侧分别设有宽度方向聚能槽，装药管的前后两侧分别设有长度方向聚能槽，聚能槽方向分别指向采场宽度和采场长度方向，是考虑到在矿石回采过程中，由于采场的拉底、切顶以及切割槽，采场由三向受力状态变为单向受力状态，即采场宽度方向受力；装药管两端采用封堵盖封堵，封堵盖中间有预留孔，预留孔中穿导爆索或绳索，将双向聚能装药装置悬吊在超前致裂孔中间；超前致裂孔比前排主爆破炮孔超前15～17ms起爆，后排主爆破炮孔相较于前排主爆破炮孔延期17～25ms起爆，从而对前排主爆破炮孔与后排主爆破炮孔间的矿石进行提前致裂，使前排主爆破炮孔和后排主爆破炮孔之间区域范围内的高地应力得到提前释放。

为降低爆破大块率，提高能量利用率，所述的超前致裂孔与前排主爆破炮孔、后排主爆破炮孔在宽度方向错位布设，有利于超前爆破裂纹均匀扩展。

为方便制作和使用，所述的装药管和封堵盖均采用壁厚1.5～ 2mm塑料管制作，装药管和封堵盖通过内外螺丝相连；装药管的外径比前排主爆破炮孔、后排主爆破炮孔和超前致裂孔的孔径小14～ 18mm。所述装药管的长度一般为0.25m～0.5m，并通过导爆索将各装药管串联。

进一步地，所述的宽度方向聚能槽的开口指向为爆破矿体主应力方向，长度方向聚能槽的开口指向为爆破矿体主应力方向的垂直方向，宽度方向聚能槽、长度方向聚能槽的张开角为60～90°，以72～78 °为优。

当前排主爆破炮孔、后排主爆破炮孔和超前致裂孔的孔径为 76mm时，每排相邻孔的孔距为1.5～1.8m，前排主爆破炮孔与后排主爆破炮孔之间的排距为2.8m～3.0m；此时，装药管的外径为60mm，十字对称布置4个聚能槽，宽度方向聚能槽、长度方向聚能槽的张开角为75°，聚能槽张开角顶点距装药管中心距离20mm。本发明适用于垂直下向孔，将聚能槽方向对准采场爆破矿体的主应力方向。

本发明方法的作用原理是：在主爆破炮孔爆破的基础上增大排距，并在两排孔中间布置一排超前致裂孔，超前致裂孔与前排主爆破炮孔按照一定的延期时差优先于后主爆破炮孔起爆。超前致裂孔的优先起爆可利用爆区内主应力，促进主应力垂直方向爆破裂纹扩展，同时超前致裂孔采用双向聚能装药装置，更有利于炸药爆炸作用促进裂纹扩展，也可利用主应力促进破岩，同时也提前释放爆区两排主爆破炮孔区域范围内爆破岩体内部高应力，消除高应力对爆区的夹制作用，在主爆破炮孔单耗降低的情况下大幅改善爆破块度，降低大块率，改善爆破效果，提高能量利用率。

本发明一种适于高应力矿体超前聚能致裂爆破的方法采用以上技术方案后，具有下列积极效果：通过在高应力采场主爆破炮孔排间布置采用双向聚能装药装置装药的超前致裂孔并按照17ms延期时差优先于前排主爆破炮孔起爆，利用采场高地应力促进高地应力垂直方向上裂纹的扩展，同时也利用聚能作用促进高应力方向裂纹的扩展，大大增加致裂范围，产生超前裂隙，同时使采场两排主爆破炮孔区域范围内岩体内部高应力得到提前释放，消除主应力的夹制作用，并将主爆破炮孔排距增大150％～200％。试验研究结果表明，采用本发明方法，爆破单耗降低了15～20％，增加炮孔延米爆破量18.5～20.5％，并大大改善了爆破效果，降低大块率35.7％，解决了深部矿井高应力环境造成矿石回采过程中炸药单耗高、能量利用率低等问题。

附图说明

图1是本发明一种适于高应力矿体超前聚能致裂爆破的方法采场炮孔布置俯视图；

图2是本发明方法采用的双向聚能装药装置示意图；

图3是本发明方法采用的双向聚能装药装置之装药管纵向布置图；

图4是本发明方法采用的双向聚能装药装置之装药管封堵盖俯视图；

图5是本发明方法采用的双向聚能装药装置之装药管封堵盖主视图。

附图标记为：1-深部采场；2-前排主爆破炮孔；3-超前致裂孔； 4-后排主爆破炮孔；5-双向聚能装药装置；6-宽度方向聚能槽；7-长度方向聚能槽；8-装药管；9-封堵盖，10-预留孔，a-采场宽度，b-前排主爆破炮孔与超前致裂孔排距；c-超前致裂孔与后排主爆破炮孔排距；R-装药管外径；α-宽度方向聚能槽张开角度；β-长度方向聚能槽张开角度；d-聚能槽张开角顶点距装药管中心距离。

具体实施方式

为更好地描述本发明，下面结合附图对本发明一种适于高应力矿体超前聚能致裂爆破的方法做进一步详细描述。

由图1所示的本发明一种适于高应力矿体超前聚能致裂爆破的方法采场炮孔布置俯视图并结合图2看出，本发明一种适于高应力矿体超前聚能致裂爆破的方法，深部采场1的宽度为a，在深部采场1长度方向采用后退式分段爆破方式，在深部采场1爆破矿体上设有前排主爆破炮孔2、后排主爆破炮孔4，所述的前排主爆破炮孔2与后排主爆破炮孔4之间的排距是常规后退式分段爆破方式排距的2.5～3.0倍，在前排主爆破炮孔2与后排主爆破炮孔4之间设有一排超前致裂孔3，超前致裂孔3与前排主爆破炮孔2、后排主爆破炮孔4在宽度方向错位布设；在超前致裂孔3中装有双向聚能装药装置5。

在现场实际操作中，超前致裂孔3、的孔距根据深部采场1的宽度方向主应力、矿体性质以及待爆破矿体的方量确定，针对76mm孔径的孔距一般为1.5～1.8m，前排主爆破炮孔2、后排主爆破炮孔4之间的排距(c+b)一般为2.8m～3.0m，原则是使超前致裂孔3对前排主爆破炮孔2、后排主爆破炮孔4间的矿体进行提前致裂，而不对临近主爆破炮孔造成影响。

由图2所示的本发明方法采用的双向聚能装药装置示意图并结合图3、图4、图5看出，所述的双向聚能装药装置5含有装药管8，装药管8的左右两侧分别设有宽度方向聚能槽6，装药管8的前后两侧分别设有长度方向聚能槽7，宽度方向聚能槽6的开口指向为爆破矿体主应力方向，长度方向聚能槽7的开口指向为爆破矿体主应力方向的垂直方向；装药管8两端采用封堵盖9封堵，封堵盖9中间有预留孔10，预留孔10中穿导爆索将双向聚能装药装置5悬吊在超前致裂孔3中间；所述的装药管8和封堵盖9均采用壁厚1.5～2mm塑料管制作，装药管8和封堵盖9通过内外螺丝相连。装药管8的长度为 0.25m～0.5m，并通过导爆索将各装药管8串联。

针对孔径为76mm炮孔，装药管8的外径R为60mm，装药管8 采用十字对称布置4个聚能槽，即两个宽度方向聚能槽6、2个长度方向聚能槽7，宽度方向聚能槽张开角度α、长度方向聚能槽张开角、β皆为75°，聚能槽张开角顶点距装药管8中心距离d为20mm。

按照规范流程对孔口进行填塞后，采用导爆管雷管起爆网路进行连线起爆。在实际应用中，本发明方法超前致裂孔3比前排主爆破炮孔2超前17ms起爆，后排主爆破炮孔4相较于前排主爆破炮孔2延期 17～25ms起爆，原则是超前致裂孔3对前排主爆破炮孔2与后排主爆破炮孔4间的矿石进行提前致裂，而不对临近主爆破炮孔造成影响，从而使前排主爆破炮孔2和后排主爆破炮孔4之间区域范围内的高地应力得到提前释放。

Claims (7)

1.一种适于高应力矿体超前聚能致裂爆破的方法，在深部采场(1)长度方向采用后退式分段爆破方式，在深部采场(1)爆破矿体上设有前排主爆破炮孔(2)、后排主爆破炮孔(4)，其特征在于：所述的前排主爆破炮孔(2)与后排主爆破炮孔(4)之间的排距是常规后退式分段爆破方式排距的2.5～3.0倍，在前排主爆破炮孔(2)与后排主爆破炮孔(4)之间设有一排超前致裂孔(3)；在超前致裂孔(3)中装有双向聚能装药装置(5)；所述的双向聚能装药装置(5)含有装药管(8)，装药管(8)的左右两侧分别设有宽度方向聚能槽(6)，装药管(8)的前后两侧分别设有长度方向聚能槽(7)，装药管(8)两端采用封堵盖(9)封堵，封堵盖(9)中间有预留孔(10)，预留孔(10)中穿导爆索或绳索，将双向聚能装药装置(5)悬吊在超前致裂孔(3)中间；超前致裂孔(3)比前排主爆破炮孔(2)超前15～17ms起爆，后排主爆破炮孔(4)相较于前排主爆破炮孔(2)延期17～25ms起爆，从而对前排主爆破炮孔(2)与后排主爆破炮孔(4)间的矿石进行提前致裂，使前排主爆破炮孔(2)和后排主爆破炮孔(4)之间区域范围内的高地应力得到提前释放。

2.如权利要求1所述的一种适于高应力矿体超前聚能致裂爆破的方法，其特征在于：所述的超前致裂孔(3)与前排主爆破炮孔(2)、后排主爆破炮孔(4)在宽度方向错位布设。

3.如权利要求2所述的一种适于高应力矿体超前聚能致裂爆破的方法，其特征在于：所述的装药管(8)和封堵盖(9)均采用壁厚1.5～2mm塑料管制作，装药管(8)和封堵盖(9)通过内外螺丝相连；装药管(8)的外径比前排主爆破炮孔(2)、后排主爆破炮孔(4)和超前致裂孔(3)的孔径小14～18mm。

4.如权利要求1、2或3所述的一种适于高应力矿体超前聚能致裂爆破的方法，其特征在于：装药管(8)的长度为0.25m～0.5m，并通过导爆索将各装药管(8)串联。

5.如权利要求4所述的一种适于高应力矿体超前聚能致裂爆破的方法，其特征在于：所述的宽度方向聚能槽(6)的开口指向为爆破矿体主应力方向，长度方向聚能槽(7)的开口指向为爆破矿体主应力方向的垂直方向，宽度方向聚能槽(6)、长度方向聚能槽(7)的张开角为60～90o。

6.如权利要求5所述的一种适于高应力矿体超前聚能致裂爆破的方法，其特征在于：当前排主爆破炮孔(2)、后排主爆破炮孔(4)和超前致裂孔(3)的孔径为76mm时，每排相邻孔的孔距为1.5～1.8m，前排主爆破炮孔(2)与后排主爆破炮孔(4)之间的排距为2.8m～3.0m。

7.如权利要求6所述的一种适于高应力矿体超前聚能致裂爆破的方法，其特征在于：所述的装药管(8)的外径为60mm，宽度方向聚能槽(6)、长度方向聚能槽(7)的张开角为75o，聚能槽张开角顶点距装药管(8)中心距离20mm。

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