CN113108657B - 一种金属矿山中深孔爆破参数优化 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属矿山中深孔爆破参数优化，属于井下深孔爆破参数优化技术领域，包括最小抵抗线优化和爆破方式优化，所述最小抵抗线优化通过利用三种抵抗线计算方式计算出最优的最小抵抗线，更为贴合矿山实际爆破作业的需要，所述爆破方式优化通过将现有同排同时起爆方式优化为孔间微差爆破方式，并利用确定的微差爆破间隔时间和起爆顺序，能够实现矿岩的均匀破碎，其有益效果在于：本发明通过对现有最小抵抗线和爆破方式进行优化，利用孔间微差爆破的作用机理，有效减少了中深孔工程量，降低了中深孔施工成本，降低了炸药成本，为矿山后续生产节约大量资金。

Description

一种金属矿山中深孔爆破参数优化

技术领域

本发明属于井下深孔爆破参数优化技术领域，具体涉及一种金属矿山中深孔爆破参数优化。

背景技术

爆破是目前采矿工程中破碎矿岩最主要的手段，而岩石破碎后的块度是衡量爆破质量的重要指标，其主要影响因素有岩体的性质与构造、炸药性能、装药结构、爆破参数、爆破工艺等。目前矿业公司采用的是垂直扇形中深孔落矿的无底柱分段崩落法；1989年以前，采用YGZ-90型凿岩机进行凿岩，孔径d＝60mm，爆破孔网参数按经验公式W＝(25～35)d和a＝(1.1～1.2)W选取，确定为最小抵抗线W＝1.5m，孔底距a＝1.6～1.8m，该孔网参数属于“大抵抗线小孔底距”参数。1990年下半年以后，改为“大孔底距小抵抗线”爆破，即抵抗线为1.2m(切槽1.0m)，孔底距增至为1.6～2.2m。经过26年的生产实践，已证明用“大孔底距小抵抗线”这种孔网参数爆破，大块率较低，很少出现悬顶、立槽。这说明“大孔底距小抵抗线”的孔网参数在当时使用孔口起爆的技术条件下是比较合理的，但随着炸药、起爆方式的变化，现用爆破参数依然停留在2000年以前，采用这种爆破参数时的炸药单耗为0.6kg/t，炸药单耗高于同类矿山(0.35～0.4kg/t)30％左右。这映证出现用的爆破参数是导致炸药单耗较高的原因之一，所以在目前技术条件下对使用的爆破参数进行优化是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种金属矿山中深孔爆破参数优化，能够减少中深孔工程量，降低中深孔施工成本，降低炸药成本，为矿山后续生产节约大量资金。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种金属矿山中深孔爆破参数优化，包括最小抵抗线优化和爆破方式优化，

所述最小抵抗线优化包括如下步骤：

S101：通过巴隆公式计算井下中深孔爆破最小抵抗线，计算公式为：

式中，W₁为最小抵抗线；d为炮孔直径，d＝0.6dm；ρ为装药密度，ρ＝0.85～1.05kg/dm³；λ为装药系数，λ＝0.7～0.85；m为密集系数；q为单位岩石炸药消耗量，q＝0.6kg/m³；

S102：根据岩石坚固性系数和孔径选取最小抵抗线，计算公式为：

W₂＝f d (2)

式中，W₂为最小抵抗线；f为岩石坚固性系数；d为炮孔直径；

S103：根据矿山实际炮孔直径选取最小抵抗线W₃；

S104：将得到的W₁、W₂和W₃进行比较分析，选择最优最小抵抗线W；

S105：根据得到的最优最小抵抗线W，计算减少的中孔凿岩量，计算公式为：

式中，Y为减少的中深孔凿岩比例；W₀为目前使用的最小抵抗线，W₀＝1.2m；W为最优最小抵抗线；

所述爆破方式优化包括如下步骤：

S201：所述爆破方式采用孔间微差爆破；

S202：根据孔间微差爆破的间隔时间T确定深孔装药结构及孔间微差爆破起爆顺序

所述步骤S202中孔间微差爆破的间隔时间T为：

式中，所述T为微差时间；C_p为爆速，C_p≥3400m/s；t_p为深孔内爆炸应力波在孔壁上的作用时间。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

通过对现有最小抵抗线和爆破方式进行优化，通过孔间微差爆破的作用机理，确定了中深孔装药结构及孔间微差爆破起爆顺序及毫秒延期导爆管雷管段数，有效减少了中深孔工程量，降低了中深孔施工成本，降低了炸药成本，为矿山后续生产节约大量资金。

附图说明

图1是本发明最小抵抗线与减少的中深孔凿岩比例关系曲线图；

图2是本发明孔间微差爆破作用机理示意图；

图3是本发明中深孔装药结构及孔间微差爆破布置图。

具体实施方式

下面将结合具体附图及实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

为了更好地理解本发明的实质性内容，进行以下说明：

矿区岩石主要为火山岩和沉积变质岩两大类。火山岩类含有石英角斑凝灰岩(Mπ3)、石英角斑岩(Mπ1)、石英角斑熔岩(Mπ2)、石英钠长斑岩(Mπ0)、细碧岩(Mβ)及细碧玢岩(Mφ)；沉积变质岩类含有凝灰质千枚岩(Mρπ)、黑色及碳质千枚岩(MPC)、矽质千枚岩(MPS)、硅质岩(GT)、MC大理岩。矿床范围内除次火山岩和火山熔岩外，其它岩石均强烈片理化；矿床中劈理出现在矿体上、下盘的千枚岩中。矿体围岩主要是粗粒石英角斑凝灰岩，片理与节理较发育，一般中等稳固，但在强片理化部分则不稳固。

矿岩的物理力学指标如表1所示。

表1 矿岩物理力学指标

本发明公开了一种金属矿山中深孔爆破参数优化，包括最小抵抗线优化和爆破方式优化，其具体包括如下内容：

1.最小抵抗线的优化

1989年以前，采用YGZ-90型凿岩机进行凿岩，孔径d＝60mm，爆破孔网参数按经验公式W＝(25～35)d和a＝(1.1～1.2)W选取，确定为最小抵抗线W＝1.5m，孔底距a＝1.6～1.8m，炮孔密集系数1.14～1.29，该孔网参数属于“大抵抗线小孔底距”参数，其大块率高达28％，主要原因是由于孔底距过小、抵抗线过大、爆破时沿炮孔联心线方向的裂隙迅速扩展接通，孔间首先穿透形成切缝，岩体内的径向裂隙和环向裂隙还没有得到充分发育就被拉开，爆轰气体从切缝泄出造成的。1990年下半年以后，改为“大孔底距小抵抗线”爆破，即抵抗线为1.2m(切槽1.0m)，孔底距增至为1.7～2.2m炮孔密集系数1.5～1.8。加之起爆方式改为孔底起爆，使孔间首先穿透的情况得到了解决。但同排同段、孔底起爆的方式会使起爆时应力波最先作用在孔底，在孔底距增至为1.6～2.2m最小抵抗线为1.2m时应力波过早击穿抵抗线导致爆轰气体作用时间变短，致使出现大块的条件增多，炸药单耗高于同类矿山，因此现有的最小抵抗线并不是最优。

目前，井下中深孔爆破确定最小抵抗线主要有三种方法，在延用目前凿岩设备的情况下，通过以下三种不同的方法确定井下中深孔爆破最小抵抗线。

1.1通过巴隆公式计算井下中深孔爆破最小抵抗线，计算公式为：

式中，W—最小抵抗线(m)；

d—炮孔直径(dm)，d＝0.6dm；

ρ—装药密度(kg/dm³)，ρ＝0.85～1.05kg/dm³(BQF-100型装药器说明书)；

λ—装药系数，λ＝0.7～0.85(爆破班组实际装药量)；

m—密集系数，扇形布孔取平均密集系数一般为1～1.25；

q—单位岩石炸药消耗量(kg/m³)，q＝0.6kg/m³。

利用式(6)计算最小抵抗线如下：

矿中深孔采用BQF-100型装药器装药，利用式(6)计算最小抵抗线，装药器的装药密度是影响计算结果最主要的因素，由此计算出最小抵抗线W＝1.8～2.0m。

1.2根据岩石坚固性系数和孔径选取最小抵抗线，计算公式为：

W₂＝f d (7)

式中，W₂为最小抵抗线；f为岩石坚固性系数；d为炮孔直径；

实际资料表明，最小抵抗线和孔径的比值，一般在下列范围：

坚硬的矿石W/d＝(23～30)

中等坚硬的矿石W/d＝(30～35)

较软的矿石W/d＝(35～40)

由表1中岩石坚固性系数可也判断矿岩和围岩均属于中等坚硬矿石，因此最小抵抗线W＝1.8～2.1m。

1.3根据矿山实际资料选取。目前，矿山采用的最小抵抗线数值如表2所示。

表2 最小抵抗线与炮孔直径关系

d(mm)	W(m)	d(mm)	W(m)
				50～60	1.2～1.6	70～80	1.8～2.5
60～70	1.5～2.0	90～120	2.5～4

炮孔直径为50～60mm，由表2确定最小抵抗线W＝1.2～1.6m。

用以上三种方法所确定的最小抵抗线分别为：1.8～2.0m、1.8～2.1m和1.2～1.6m，通过对这三组数据进行比较和分析可得到以下两点结论：

1)通过巴隆公式计算的结果和利用最小抵抗线与孔径的比值关系计算的结果基本一致，而根据矿山实际资料直接选取的结果比另外两种计算结果都偏小。

2)根据矿山实际资料选取的最小抵抗线偏小是因为矿山开采技术条件存在差异性，影响爆破作用的因素多且杂，实际生产中为了达到预期的爆破效果，适度地减小了最小抵抗线，所以根据矿山实际资料直接选取的最小抵抗线并不一定是最优的最小抵抗线，因此在经过计算后再与矿山实际资料进行对比是较为合理的。

经过比较和分析以上三种不同方法确定的最小抵抗线，考虑到矿山爆破作业实际经验的重要性，综合考虑选取相对保守的最小抵抗线为W＝1.6m。

最小抵抗线优化后，中孔凿岩量减少，计算方法如下：

式中：Y—减少的中深孔凿岩比例(％)；

W₀—目前使用的最小抵抗线(m)，W₀＝1.2m；

W—改变后的最小抵抗线(m)。

根据式(8)绘制出如图1所示的最小抵抗线与减少的中深孔凿岩比例关系曲线图，由图1可以看出适当的加大最小抵抗线能够减少中深孔凿岩量，此次选取的1.6m最小抵抗线减少了25％的中深孔凿岩量。

2.爆破方式优化

2.1微差爆破(毫秒爆破)的作用机理

为了解决无底柱分段崩落法扇形中深孔爆破存在的问题，将原来的同排同时起爆方式优化为同排各孔间采用不同段别的微差爆破，即孔间微差爆破，如图2所示，图2中1、2、3为起爆顺序。该爆破方式的作用原理是：由于爆破时矿岩的破坏是爆炸气体和冲击波共同作用的结果，他们各自在矿岩破坏过程中的不同阶段起重要作用。即爆炸后的爆轰波传播到装药空间岩壁时，在岩石表层中迅即衰减为应力波，这股强烈压缩应力波在药包近区造成矿岩的“压碎”，而在压碎区域之外造成径向裂隙。爆炸气体产生的“气楔作用”使开始发生的裂隙继续向前延伸和进一步张开，直到能量的消耗和衰减使矿岩停止开裂。但在排间微差爆破时，则因同排孔间应力叠加过大，孔与孔之间裂隙过早形成而造成爆破膨胀气体产物迅即由裂隙泄出，导致爆炸能量过早衰减。而同排孔间微差爆破则由于先起爆的炮孔相当于单个爆破漏斗在爆破作用下，沿漏斗周边形成通达自由面的主裂隙，使漏斗跟原岩分离，且在漏斗内产生较多的交叉裂隙。随后的第二组微差炮孔紧接起爆，新形成的破裂漏斗的侧边及漏斗体外的细微裂隙对后起爆的炮孔来说,相当于新增自由面，后起爆的炮孔的最小抵抗线和爆破作用方向都有所改变，加强了入射压缩波和反射拉伸波在自由面之间破碎矿岩的作用。随着自由面数的增加和夹制性的减少，炸药能量可充分利用。在前一组炮孔爆破的矿岩明显移动的瞬间，后一组炮孔爆下的矿岩朝新形成的补充自由面飞散，造成相互碰撞、挤压、利用动能产生补充破碎作用，进而达到矿岩均匀破碎的效果。

2.2微差爆破(毫秒爆破)参数的确定

目前所使用的中深孔爆破参数中，孔底距小于抵抗线的2倍，既(d＜2W)同段起爆时，炮孔之间爆破应力波先期相遇，具备最先击穿的条件，当其它条件适宜时，便会产生立槽势态，同时由于沿抵抗线方向爆破能量利用率低，也会导致大块率增高。

在分析了爆破能利用关系后。以同段爆破的两个炮孔，爆破应力波最先到达爆破自由面(最先击穿抵抗线方向)的原则，按d≥2W的关系设计了图3所示的同排孔间微差爆破方案，图3中炮孔总长度110m，装药长度88m，炮孔利用率80％，单排总装药量240kg；炮孔装药结构：1段炮孔孔口堵塞长度1～1.5m，2段炮孔孔口2～3m，3段炮孔孔口堵塞长度1.5～2m；起爆方法孔底起爆，起爆顺序如图2所示(1、2、3—起爆雷管段数)。

合理微差爆破间隔时间的确定。由拉应力波叠加作用确定微差时间。若相邻两装药间隔一定时间起爆，当先爆破炮孔产生压缩波，使自由面方向的岩石或邻近炮孔间岩石产生拉应力，拉应力波从先爆破炮孔传播至后爆破炮孔时，后爆破炮孔立即起爆，这时可达到良好的爆破效果。因此微差爆破间隔时间T为：

式中：T—微差时间(ms)；

C_p—爆速(m/s)，C_p≥3400m/s(2号粉状乳化炸药说明书)；

t_p—深孔内爆炸应力波在孔壁上的作用时间(ms)，按式(10)确定出t_p＝10ms。

根据式(9)计算出微差时间为10.47ms。由于岩石条件的复杂性，爆破孔网参数的不均匀性，实施毫秒爆破器材的局限性，毫秒爆破中的最优时间间隔应是一个区间或范围，而不应是一个固定值。在挤压条件下，爆破间隔时间应大于此值，又根据选用的微差毫秒管的实际微差条件，所取微差间隔时间为25ms。

3.实验场地的确定

考虑试验周期实验数据周期，结合我矿具有代表性地质岩组特征，选择975#矿体进行作业，该区域基岩总体上相对较完整，矿体直接围岩主要是中粗粒石英角斑凝灰岩，片理及节理较发育，一般中等稳固。矿区根据现有开拓开采中段的地质观察，工程地质条件简单，性质比较稳定，在现阶段开采区域内涌水量较小，矿区水文地质属简单类型，有利于矿体的回收。该矿体使用空场采矿法，矿石的损失、贫化均较小，对爆破产生的大块能够很好的观察，该法对于大块的处理相对较简单。施工灵活，不影响矿山正常生产。

该矿体厚度≥5m，倾角70°～75°，属于急倾斜中厚矿体，围岩中等稳固等产状特征，结合矿山已形成的分段采准工程、中段开拓工程及回采队伍的装备水平，确定采用沿走向垂直深孔阶段空场法，并在1535水平矿体下部布置底部结构。该方法分段高10～12m，相邻进路间距10m，主要采切工程包括：脉外分段平巷、回采进路、切割平巷、切割天井等，回采采用YGZ-90钻机打垂直上向扇形孔，逐排或多排爆破。

4.结论

1)最小抵抗线优化为1.6m，孔底距1.6～2m，孔底密集系数1～1.3，孔口距0.6～1m，孔口密集系数0.4～0.7；

2)通过微差爆破(毫秒爆破)的作用机理，确定了中深孔装药结构及孔间微差爆破起爆顺序及毫秒延期导爆管雷管段数；

3)使用优化的爆破参数后，中深孔凿岩量减少25％，减少了中深孔工程量，降低中深孔施工成本，降低炸药成本，为矿山后续生产节约大量资金。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理。

Claims (1)

1.一种金属矿山中深孔爆破参数优化，包括最小抵抗线优化和爆破方式优化，其特征在于：

所述最小抵抗线优化包括如下步骤：

S101：通过巴隆公式计算井下中深孔爆破最小抵抗线，计算公式为：

式中，W₁为最小抵抗线；d为炮孔直径，d＝0.6dm；ρ为装药密度，ρ＝0.85～1.05kg/dm³；λ为装药系数，λ＝0.7～0.85；m为密集系数；q为单位岩石炸药消耗量，q＝0.6kg/m³；

S102：根据岩石坚固性系数和孔径选取最小抵抗线，计算公式为：

W₂＝f d (2)

式中，W₂为最小抵抗线；f为岩石坚固性系数；d为炮孔直径；

S103：根据矿山实际炮孔直径选取最小抵抗线W₃；

S104：将得到的W₁、W₂和W₃进行比较分析，选择最优最小抵抗线W；

S105：根据得到的最优最小抵抗线W，计算减少的中孔凿岩量，计算公式为：

式中，Y为减少的中深孔凿岩比例；W₀为目前使用的最小抵抗线，W₀＝1.2m；W为最优最小抵抗线；

所述爆破方式优化包括如下步骤：

S201：所述爆破方式采用孔间微差爆破；

S202：根据孔间微差爆破的间隔时间T确定深孔装药结构及孔间微差爆破起爆顺序；

所述步骤S202中孔间微差爆破的间隔时间T为：

式中，所述T为微差时间；C_p为爆速，C_p≥3400m/s；t_p为深孔内爆炸应力波在孔壁上的作用时间。

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