CN113959284B - 一种降低砂石骨料矿山粉矿的台阶爆破方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及台阶爆破技术，具体是一种降低砂石骨料矿山粉矿的台阶爆破方法，其包括选定砂石骨料矿山的待爆破岩体区域，在该区域按设计要求进行布孔；采用输药装置先将大直径的下部药卷放置于每个炮孔的底部，再将小直径的上部药卷放置于对应的下部药卷上；每个下部药卷按加强抛掷爆破设计，每个上部药卷按弱松动爆破设计；封堵每个炮孔后起爆。本发明通过输药装置对炮孔进行装药，并采用不均匀不耦合装药结构，大大降低了炸药爆炸后作用在孔壁上初始冲击压力和拉应力，减少了粉碎圈半径，从而降低了粉矿率；同时，通过调整孔距、不耦合系数、装药线密度等参数，使得炮孔内壁最大应力减小，进一步降低了粉矿率和综合成本。

Description

一种降低砂石骨料矿山粉矿的台阶爆破方法

技术领域

本发明涉及台阶爆破技术，具体为一种降低砂石骨料矿山粉矿的台阶爆破方法。

背景技术

台阶爆破又称为阶梯爆破，是指以台阶形式推进的石方爆破方式。台阶爆破按照孔径、孔深的不同可分为深孔台阶爆破和浅孔台阶爆破，它是现代爆破工程应用最广的爆破方式，可以应用在露天矿开采、铁路公路路堑工程、水电工程、沟槽基坑开挖、地下硐室开挖等领域。在深孔台阶爆破过程中，炸药爆炸能量导致炮孔近区的岩石产生粉碎，由于将粉矿率控制在某一范围内是爆破的主要经济和技术指标之一，因此应尽量降低粉矿率。目前，控制粉矿率的方法大多从岩石特性、台阶高度、炸药特性等方面确定爆破参数，但采用这种方式确定的爆破参数进行爆破作业时，粉矿率仍然较高，一般在中块岩石区域（100kg-800kg）的粉矿率在40%以上，与预期的爆破效果还有一定的差距，导致爆破费用增加、开采成本上升。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种降低砂石骨料矿山粉矿的台阶爆破方法，该方法从装药结构、孔网参数等方面确定爆破参数。

本发明提供如下技术方案：一种降低砂石骨料矿山粉矿的台阶爆破方法，其包括以下步骤：

（1）选定砂石骨料矿山的待爆破岩体区域，在该区域按设计要求进行布孔；

（2）采用输药装置先将大直径的下部药卷放置于每个炮孔的底部，再将小直径的上部药卷放置于对应的下部药卷上；

（3）每个下部药卷按加强抛掷爆破设计，每个上部药卷按弱松动爆破设计；

（4）封堵每个炮孔后起爆。

作为优选，待爆破岩体区域的爆破台阶高度为15-20m。

作为优选，炮孔的孔径为12-15mm，孔距为4.5-5.5mm。

作为优选，炮孔采用不均匀不耦合装药结构，下部药卷不耦合系数为1.1-1.4，上部药卷不耦合系数为1.4-2.0。

作为优选，下部药卷装药线密度为9-14kg/m，上部药卷装药线密度为5-9kg/m。

作为优选，所述输药装置包括可置于炮孔内的输送筒，药卷放置于所述输送筒的内腔，所述输送筒外部套设有可夹紧药卷的夹持机构，该夹持机构上设置有外筒，该外筒将输送筒和夹紧的药卷推送至所述炮孔内，所述夹持机构通过外筒松开药卷后，该外筒将输送筒和夹持机构拉出所述炮孔。

作为优选，所述夹持机构包括与所述输送筒的外壁螺纹连接的旋套和固定套设在输送筒外壁的锥筒，在该锥筒内沿径向设有与所述输送筒的内腔连通的数个导向孔，每一个导向孔的外侧设有滚珠、内侧设有夹块，所述滚珠和夹块之间设有弹簧；所述旋套的下端成型有与所述锥筒配合的锥腔，每一个所述滚珠抵靠在该锥腔的内壁上；旋转所述旋套使其沿输送筒下移，所述锥腔下移过程中推动每一个滚珠沿对应的导向孔移动，数个滚珠在对应的弹簧的弹力作用下推动数个夹块伸入所述输送筒的内腔将药卷夹紧。

作为优选，所述输送筒上径向设有与所述导向孔连通的数个台阶孔，每一个台阶孔的大孔与所述导向孔的孔径相同，所述台阶孔的小孔与输送筒的内腔连通；所述夹块包括夹头和与该夹头固定连接的挡块，该挡块与所述弹簧连接，当所述夹头通过弹簧和挡块推动从所述小孔伸入输送筒的内腔后，所述挡块可抵靠在台阶孔的台阶面上。

作为优选，所述旋套外壁设有与所述输送筒的外壁的螺纹旋向相反的反螺纹，所述外筒通过该反螺纹与所述旋套螺纹连接；所述输送筒的筒壁沿轴向设有插槽，从所述外筒穿入的插杆可插入所述插槽；当固定插入所述插槽的插杆时，通过继续旋转旋紧在所述旋套上的外筒以带动该旋套相对所述输送筒旋转。

作为优选，所述旋套上设置有对所述输送筒定位的定位机构，该定位机构包括设置在所述旋套内可旋转的齿轮和从该齿轮四个象限点与其分别啮合的齿条，旋转所述齿轮时，四个齿条同时伸出或缩回所述旋套，该四个齿条的伸出端位于与所述齿轮同心的同一个圆上。

由以上技术方案可知，本发明通过输药装置对炮孔进行装药，并采用不均匀不耦合装药结构，大大降低了炸药爆炸后作用在孔壁上初始冲击压力和拉应力，减少了粉碎圈半径，从而降低了粉矿率；同时，通过调整孔距、不耦合系数、装药线密度等参数，使得炮孔内壁最大应力减小，进一步减少粉碎圈半径，不仅大大降低了粉矿率，而且降低了综合成本。

附图说明

图1为本发明的装药结构示意图。

图2为本发明的输药装置的结构示意图。

图3为图2中定位机构的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细介绍本发明，其中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。附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制。

本发明提供了一种可降低砂石骨料矿山粉矿的台阶爆破方法，其包括以下步骤：首先，选定砂石骨料矿山的待爆破岩体区域，在该区域按设计要求进行布孔。在实施过程中，选定待爆破岩体区域的爆破台阶高度为15-20m， 其中孔距最好不大于5.8m，炮孔密集系数最好小于1.5，具体是炮孔的孔径为12-15mm，孔距为4.5-5.5mm。接着，通过输药装置先将大直径的下部药卷放置于每个炮孔的底部，再将小直径的上部药卷放置于对应的下部药卷上。具体来说，如图1，在待爆破岩体9上钻出炮孔1，炮孔内通过输药装置安装药卷8，该药卷分为小直径的上部药卷81和大直径的上部药卷82，上部药卷和下部药卷均与所述炮孔之间留有间隙83，且在上部药卷81的上端采封堵段84对炮孔进行封堵，最后进行起爆。由此，本发明采用不均匀不耦合装药技术，大大降低了炸药爆炸后作用在孔壁上的初始冲击压力和拉应力，减少了粉碎圈半径，增加了能量的利用率，降低了粉矿率。

本发明的每个下部药卷按加强抛掷爆破设计，每个上部药卷按弱松动爆破设计，由此上部爆后岩块可在自重及其后排爆破推力的作用下自动滚落，节约了炸药用量；而下部可最大程度地将爆后岩块抛掷，可显著降低台阶堆渣率，具有施工便捷、高效经济的优势。作为优选，下部药卷不耦合系数为1.1-1.4，上部药卷不耦合系数为1.4-2.0；同时，下部药卷装药线密度为9-14kg/m，上部药卷装药线密度为5-9kg/m，且保证上、下部药卷装药线密度最好相差一倍以上，不仅可以减少单耗、减少后冲，而且由于爆生气体在上、下两段炸药部分作用时间不同程度地延长，使孔间裂隙形成更完全，能量的利用更充分，块度更均匀，从而提高了炸药能量的有效利用率，改善了爆破效果，大大降低了粉矿率。

参阅图2和图3，本发明采用输药装置进行装药，以提高药卷安装位置的准确性，具体的输药装置包括可置于炮孔1内的输送筒2，药卷放置于所述输送筒的内腔，所述输送筒外部套设有可夹紧药卷的夹持机构3，为了保证药卷的平稳，夹持机构可夹持药卷的中部。本发明的夹持机构上设置有外筒4，该外筒将输送筒和夹紧的药卷推送至所述炮孔内，所述夹持机构通过外筒松开药卷后，该外筒将输送筒和夹持机构拉出所述炮孔，由此完成药卷的安装。本发明通过外筒推送和拉出输送筒，使得药卷的安装方便、快捷，安全系数较高。

具体来说，所述夹持机构3包括与所述输送筒的外壁螺纹连接的旋套31和固定套设在输送筒外壁的锥筒32，在该锥筒内沿径向设有与所述输送筒的内腔连通的数个导向孔33，每一个导向孔的外侧设有滚珠34、内侧设有夹块35，所述滚珠和夹块之间设有弹簧36；所述旋套的下端成型有与所述锥筒配合的锥腔37，每一个所述滚珠抵靠在该锥腔的内壁上，保证旋套在上、下移动过程中，滚珠不会脱落；在实施过程中，旋转所述旋套使其沿输送筒下移，锥腔随着下移，锥腔与锥筒之间的间隔变小，因此锥腔下移过程中会推动每一个滚珠沿对应的导向孔移动，数个滚珠在对应的弹簧的弹力作用下推动数个夹块伸入所述输送筒的内腔，从而将药卷从外周夹紧。本发明由于采用了弹簧，夹块作用在药卷上是柔性的，安全性较高；且数个夹块同步移动，确保药卷位于输送筒中心轴线位置。

作为优选，所述输送筒上径向设有与所述导向孔连通的数个台阶孔21，每一个台阶孔的大孔与所述导向孔的孔径相同，以便挡块无障碍地移动；所述台阶孔的小孔与输送筒的内腔连通；所述夹块包括夹头351和与该夹头固定连接的挡块352，该挡块与所述弹簧一端连接，弹簧另一端接触滚珠，不与滚珠固定连接，这样使得旋套在旋转下移或上移过程中，滚珠能够滚动，一方面减少摩擦，另一方面可避免因固定连接而损坏弹簧；当所述夹头通过弹簧和挡块推动从所述小孔伸入输送筒的内腔后，所述挡块可抵靠在台阶孔的台阶面上。具体来说，在旋套旋转下移过程中，由于锥筒与锥腔之间的间隔变小，滚珠在压力作用下沿着导向孔移动，从而压缩弹簧产生弹力以推动挡块移动，夹头随着沿台阶孔移动，并从所述小孔逐渐伸入输送筒的内腔，直至挡块抵靠在台阶孔的台阶面上。本发明设置台阶孔和挡块，可防止夹头掉落入输送筒的内腔。

在实施过程中，所述旋套外壁设有与所述输送筒的外壁的螺纹旋向相反的反螺纹，所述外筒通过该反螺纹与所述旋套螺纹连接；所述输送筒的筒壁沿轴向设有插槽22，从所述外筒穿入的插杆5可插入所述插槽；当固定插入所述插槽的插杆时，通过继续旋转旋紧在所述旋套上的外筒以带动该旋套相对所述输送筒旋转，从而使夹头回缩至台阶孔内，进而松开药卷。如旋套顺时针旋合在输送筒上，旋套旋转下移推动滚珠移动而夹紧药卷；外筒则逆时针旋紧在旋套上，当继续逆时针转动外筒时，在插杆固定输送筒的情况下，旋套会随着外筒逆时针旋转，即旋套旋转上移，锥筒与锥腔之间的间隔变大，滚珠在弹力作用下外移，挡块与夹头随着外移，从而松开药卷。在实施过程中，可在外筒、内筒的端部设置手柄，方便旋转，还可在插杆的端部设置手柄，以便固定输送筒。

本发明的所述旋套上设置有对所述输送筒定位的定位机构6，该定位机构通过输送筒将药卷位置调整到炮孔的中心轴线上。具体来说，所述定位机构6包括设置在所述旋套内可旋转的齿轮61和从该齿轮四个象限点与其分别啮合的齿条62，即一个齿轮带动四个齿条同步移动，确保移动的距离一致。在实施过程中，旋转所述齿轮时，四个齿条同时伸出或缩回所述旋套，该四个齿条的伸出端位于与所述齿轮同心的同一个圆上，由此，在齿轮套设在药卷外侧且与药卷的中心轴线重合的前提下，四个齿条的伸出端所在圆的圆心也在药卷的中心轴线上。随着四个齿条同时伸出旋套，齿条的伸出端会逐渐接近炮孔的孔壁，通过调整输送筒的位置使四个齿条的伸出端均抵靠在炮孔壁上，此时炮孔内壁所在圆与四个齿条的伸出端所在圆重合，则药卷的中心轴线与炮孔的中心轴线重合，从而将药卷安装在炮孔的中心轴线上，确保安装的准确性。

为了实现齿轮的旋转，在所述齿轮的上端面设有环槽63，该环槽内径向设有数个卡销64，从所述外筒穿入的内筒7伸入所述环槽；旋转内筒时，该内筒通过设置在其底壁的数个卡槽71卡入对应的卡销64以带动所述齿轮旋转，即内筒通过卡槽和卡销带动齿轮旋转。作为优选，所述齿轮的下端面设有周向的上导槽65，所述旋套上对应设有下导槽66，在下导槽内设有数个伸入所述上导槽的钢珠67，以对齿轮进行定位，防止齿轮移动；在实施过程中，旋套与齿轮的上端面应预留较小的间隙，避免干涉齿轮的转动；本发明的数个钢珠可支撑齿轮下端面，并在齿轮旋转时，数个钢珠在上导槽和下导槽内滚动，可减少齿轮下端面的摩擦。

本发明的输药装置的使用方法是：首先，准备好药卷，根据设计需要将药卷分为小直径的上部药卷和大直径的下部药卷，旋套旋合在输送筒上，旋套与输送筒连在一起，两者不能脱离，且两者的初始状态是旋套的锥腔与锥筒之间的间隔最大，滚珠夹在该间隔之中，不会脱落；然后，将输送筒套在准备好的药卷的外周，即将药卷穿过输送筒，使药卷中部对准旋套；接着旋转旋套，旋套下移使数个夹块柔性夹紧药卷的中部位置，保证夹持药卷较为平稳。

接着，取出外筒，将其套在旋套外周，然后固定旋套，并采用与旋套相对输送筒旋转下移方向相反的反螺纹旋向旋转外筒，以将外筒旋紧在旋套外周上；再提起外筒，通过该外筒将输送筒连同夹紧的药卷一起推送入炮孔，直至药卷置于炮孔的孔底；然后，将内筒从外筒的内腔插入环槽，并使卡槽卡入卡销；再旋转内筒带动齿轮旋转，齿轮带动四个齿条伸出旋套，直至四个齿条的伸出端均抵靠在炮孔的孔壁上后停止旋转，从而将输送筒调整在炮孔的中心轴线位置，由此，药卷的位置也随之调整到炮孔的中心轴线上；接着，反向旋转内筒以带动齿轮反向旋转，使四个齿条缩入旋套，以便取出输送筒，然后将内筒从外筒的内腔取出。

之后，将插杆插入插槽，并按住插杆固定不动，以保证输送筒不旋转；再按旋紧外筒的方向继续旋转外筒，由于外筒旋紧后，与旋套不再发生相对运动，因此在输送筒不旋转的情况下，继续旋转的外筒带动旋套旋转，使旋套相对输送筒转动，即旋套旋转并上移，从而使夹块回缩以松开药卷；至此，先松开了定位机构，再松开了夹持机构，此时只需取出插杆后提起外筒，将输送筒从炮孔取出，从而实现了药卷的安装定位。由此可见，本发明通过旋转内筒和外筒就可将药卷安装调整到准确位置，其操作方便、实用，安全系数较高。

在实施过程中，通过输药装置安装大直径的下部药卷以后，再采用上述同样的方法在下部药卷上安装小直径的上部药卷，使上部药卷底部抵靠在下部药卷顶部，从而实现不均匀不耦合的装药结构。本发明的夹持机构夹紧药卷并通过定位机构将药卷的位置调整到炮孔的中心轴线上，使药卷不会偏离炮孔的中心轴线，确保炮孔与药卷周壁与之间的径向间隙一致，从而提高了不耦合安装的效果，可达到预期的破岩效果。

实施例

在某大型砂石骨料矿山的岩体上，选定中块岩石区域（100kg-800kg），其爆破台阶高度为15m，钻孔36个，孔超深1m，其中孔径140mm，孔距5.5m；然后通过输药装置分别安装下部药卷和上部药卷，采用不均匀不耦合装药结构；且每个下部药卷按加强抛掷爆破设计，每个上部药卷按弱松动爆破设计，其中下部药卷装药长度为4.5m，药卷直径为110mm，不耦合系数为1.28，装药量64.8kg，装药线密度为14.4kg/m；上部药卷装药长度为8.5m，药卷直径为90mm，不耦合系数为1.56，装药量53.55kg，装药线密度为6.3kg/m。然后，采用3m的封堵段对炮孔进行封堵，并做好各项准备工作后进行起爆。本次爆破作业在中块岩石区域中进行，炸药单耗0.34kg/m³，符合爆破参数设计要求。爆破后，爆堆表面岩块均匀、眉线整齐、无后冲、爆堆高度12m，爆破效果理想。经人工统计每天的石料、弃渣情况后，得到平均粉矿率为30.16%，且分析认为，爆堆挖运的实际情况符合爆破设计原则。

Claims (9)

1.一种降低砂石骨料矿山粉矿的台阶爆破方法，其特征包括以下步骤：

（1）选定砂石骨料矿山的待爆破岩体区域，在该区域按设计要求进行布孔；

（2）采用输药装置先将大直径的下部药卷放置于每个炮孔的底部，再将小直径的上部药卷放置于对应的下部药卷上；

（3）每个下部药卷按加强抛掷爆破设计，每个上部药卷按弱松动爆破设计；

（4）封堵每个炮孔后起爆；

所述输药装置包括可置于炮孔内的输送筒，药卷放置于所述输送筒的内腔，所述输送筒外部套设有可夹紧药卷的夹持机构，该夹持机构上设置有外筒，该外筒将输送筒和夹紧的药卷推送至所述炮孔内，所述夹持机构通过外筒松开药卷后，该外筒将输送筒和夹持机构拉出所述炮孔。

2.根据权利要求1所述降低砂石骨料矿山粉矿的台阶爆破方法，其特征在于：待爆破岩体区域的爆破台阶高度为15-20m。

3.根据权利要求2所述降低砂石骨料矿山粉矿的台阶爆破方法，其特征在于：炮孔的孔径为12-15cm，孔距为4.5-5.5m。

4.根据权利要求1所述降低砂石骨料矿山粉矿的台阶爆破方法，其特征在于：炮孔采用不均匀不耦合装药结构，下部药卷不耦合系数为1.1-1.4，上部药卷不耦合系数为1.4-2.0。

5.根据权利要求4所述降低砂石骨料矿山粉矿的台阶爆破方法，其特征在于：下部药卷装药线密度为9-14kg/m，上部药卷装药线密度为5-9kg/m。

6.根据权利要求1所述降低砂石骨料矿山粉矿的台阶爆破方法，其特征在于：所述夹持机构包括与所述输送筒的外壁螺纹连接的旋套和固定套设在输送筒外壁的锥筒，在该锥筒内沿径向设有与所述输送筒的内腔连通的数个导向孔，每一个导向孔的外侧设有滚珠、内侧设有夹块，所述滚珠和夹块之间设有弹簧；所述旋套的下端成型有与所述锥筒配合的锥腔，每一个所述滚珠抵靠在该锥腔的内壁上；旋转所述旋套使其沿输送筒下移，所述锥腔下移过程中推动每一个滚珠沿对应的导向孔移动，数个滚珠在对应的弹簧的弹力作用下推动数个夹块伸入所述输送筒的内腔将药卷夹紧。

7.根据权利要求6所述降低砂石骨料矿山粉矿的台阶爆破方法，其特征在于：所述输送筒上径向设有与所述导向孔连通的数个台阶孔，每一个台阶孔的大孔与所述导向孔的孔径相同，所述台阶孔的小孔与输送筒的内腔连通；所述夹块包括夹头和与该夹头固定连接的挡块，该挡块与所述弹簧连接，当所述夹头通过弹簧和挡块推动从所述小孔伸入输送筒的内腔后，所述挡块可抵靠在台阶孔的台阶面上。

8.根据权利要求6所述降低砂石骨料矿山粉矿的台阶爆破方法，其特征在于：所述旋套外壁设有与所述输送筒的外壁的螺纹旋向相反的反螺纹，所述外筒通过该反螺纹与所述旋套螺纹连接；所述输送筒的筒壁沿轴向设有插槽，从所述外筒穿入的插杆可插入所述插槽；当固定插入所述插槽的插杆时，通过继续旋转旋紧在所述旋套上的外筒以带动该旋套相对所述输送筒旋转。

9.根据权利要求6所述降低砂石骨料矿山粉矿的台阶爆破方法，其特征在于：所述旋套上设置有对所述输送筒定位的定位机构，该定位机构包括设置在所述旋套内可旋转的齿轮和从该齿轮四个象限点与其分别啮合的齿条，旋转所述齿轮时，四个齿条同时伸出或缩回所述旋套，该四个齿条的伸出端位于与所述齿轮同心的同一个圆上。

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