CN114018111B - 一种砂石骨料矿山岩体爆破开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矿山岩体的爆破，具体是一种砂石骨料矿山岩体爆破开采方法，其包括按块度要求进行分区，绘制岩体的爆破块度分区图；按生产计划的调度指令所需块度级配要求设计爆破参数；对该块度区域进行布孔爆破开采作业；对爆破后的爆堆块度进行分析，优化爆破参数；依据优化的爆破参数进行下一次爆破开采作业。本发明通过绘制爆破块度分区图，将岩体根据六项指标按块度质量分区，较为切合砂石骨料矿山岩体爆破开采的实际，能够按照生产计划的块度比例选择不同的岩体区域进行爆破作业，可降低爆破作业综合成本；且进行爆破参数优化设计，并采用了不均匀不耦合装药结构的台阶爆破方法，不仅进一步降低了综合成本，而且大大降低了粉矿率。
Description
技术领域
本发明涉及矿山岩体的爆破技术，具体为一种砂石骨料矿山岩体爆破开采方法。
背景技术
砂石骨料矿山岩体爆破开采的目的是按需要爆破出合格块度的石料，而炸药爆炸能量会导致炮孔近区的岩石产生粉碎，不能满足块度要求，需要控制粉矿率。从经济和技术上来说，为了确定合理的爆破技术参数、材料消耗定额、控制爆破块度，确保钻、爆、装、运综合成本最低，必须对爆破区域内岩体按爆破块度要求进行分区，即必须对区域内爆破后的最大块度、平均块度给出定量的评价，确定哪种块度的块石在哪段岩体中爆破作业综合成本最低。尤其在台阶爆破施工过程中，石料的块度随时间变化，而且数量较大，因成本高、没堆场等不可能大量储存。因此，爆破后爆堆的块度组成不仅关系到铲装、运输、爆破综合成本，而且关系到工期，进而直接影响建设成本。而目前，通过爆破参数的优化设计可适当控制粉矿率、降低成本。但，现有的砂石骨料矿山岩体爆破开采方法进行爆破参数设计时，缺少依据，大多通过感官判断后，随机的调整爆破参数，盲目性较大，很难保证爆破效果，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。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种可按块度要求进行分区且可降低粉矿率的砂石骨料矿山岩体爆破开采方法。
本发明提供如下技术方案：一种砂石骨料矿山岩体爆破开采方法，其包括以下步骤：
(1)针对砂石骨料矿山岩体按块度要求进行分区，并通过地质编录和爆破漏斗试验绘制岩体的爆破块度分区图；
(2)按生产计划的调度指令所需块度级配要求设计爆破参数；
(3)依据设计的爆破参数在上述爆破块度分区图上选定合适的块度区域，并对该块度区域进行布孔爆破开采作业；
(4)对爆破后的爆堆块度进行分析，根据分析结果优化爆破参数；
(5)依据优化的爆破参数在同一或类似块度区域进行下一次爆破开采作业。
作为优选，步骤(1)中的分区方法是选用岩石硬度、岩石种类、爆破漏斗体积、爆破块度分布指数、裂隙间距和炸药单耗指标按质量划分为800kg 以上的大块区、100kg-800kg的中块区和100kg以下的小块区。
作为优选，所述爆破块度分布指数通过爆破漏斗试验获得，其方法是在岩体不同区域进行爆破漏斗试验，爆破之后，先对不同区域各种块度尺寸的岩块用秤分别按块度尺寸>300mm的大块、<50mm的小块和50-300mm的合格块三个级别称量统计，然后分别换算成大块、小块和合格块所占的体积，接着测量漏斗的几何尺寸，再分别将上述大块、小块和合格块所占的体积与形成的漏斗体积相比计算并互相校核验证后得出该处爆破漏斗的所述大块率、小块率和平均合格率；所述爆破块度分布指数k'的计算公式为：
其中k大为爆破漏斗的大块率，k小为爆破漏斗的小块率，k平为爆破漏斗的平均合格率。
作为优选，在设计爆破参数时，先根据调度指令所需块度级配要求，选用Kuz-Ram模型确定调度R-R曲线，然后用经验设计法设计爆破参数，并根据设计的爆破参数利用Kuz-Ram模型预测爆破块度分布，得到设计R-R曲线；再比较调度R-R曲线与设计R-R曲线，确定设计R-R曲线在设定的误差范围内，然后根据设计R-R曲线确定的爆破参数选择合适的块度区域进行爆破开采作业，得出实际R-R曲线；优化爆破参数是依据实际R-R曲线修正设计R-R曲线，判断设计确定的爆破参数的正确性，然后将修正后的设计R-R曲线与调度R-R曲线比较，如超出设定的误差范围，应调整设计的爆破参数，并进行调试，直到比较结果在设定的误差范围内为止。
作为优选，在进行爆破开采作业时，先在选定的块度区域的岩体上进行布孔，然后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，然后封堵每个炮孔后起爆。
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；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。
作为优选，所述调度R-R曲线的表达式是根据Kuz-Ram模型得到的下式：
其中X为筛孔尺寸，R调度为调度指令要求粒径小于X的物料所占比率， X调度为根据调度指令得到的特征粒径，n调度为根据调度指令得到的块度分布不均匀系数；根据调度指令的块度要求，反算出调度指令包络线，再结合调度指令的规格石日计划表，求出所述X调度和n调度的值。
作为优选，所述设计R-R曲线的表达式为下式：
其中R实际为爆破后实际的粒径小于X的物料所占比率，X实际为爆破后实际的特征粒径，n实际为爆破后实际的的块度分布不均匀系数；实际R-R曲线采用爆堆图像处理软件通过爆堆拍照、图像处理、数据处理获得。
由以上技术方案可知，本发明通过绘制爆破块度分区图，将岩体根据六项指标按块度质量分区，较为切合砂石骨料矿山岩体爆破开采的实际，能够按照生产计划的块度比例选择不同的岩体区域进行爆破作业，可降低爆破作业综合成本；且本发明按所需块度级配要求进行爆破参数优化设计，并采用了不均匀不耦合装药结构的台阶爆破方法，从而确保爆破作业按需进行，减少了爆破参数设计的盲目性、个人化，可达到每一次爆破基本符合调度指令的要求，不仅进一步降低了综合成本，而且大大降低了粉矿率。
附图说明
图1为某大型采石场部分岩体的爆破块度分区图。
图2为本发明的装药结构示意图。
图3为本发明的输药装置的结构示意图。
图4为图1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。
本发明提供了一种砂石骨料矿山岩体爆破开采方法，其包括以下步骤：
首先，针对砂石骨料矿山岩体按块度要求进行分区，并通过地质编录和爆破斗试验绘制岩体的爆破块度分区图，如图1，示出了某大型采石场部分岩体的爆破块度分区图，该图明确标出了岩石种类和岩石块度分区等，其对连续爆破开采作业具有指导意义；然后，按生产计划的调度指令所需块度级配要求设计爆破参数，依据设计的爆破参数在上述爆破块度分区图上选定合适的块度区域，并对该块度区域进行布孔爆破开采作业；再对爆破后的爆堆块度进行分析，根据分析结果优化爆破参数；最后，依据优化的爆破参数在同一或类似块度区域进行下一次爆破开采作业，从而降低爆破综合成本、降低粉矿率。
具体来说，针对砂石骨料矿山岩体选用岩石硬度、岩石种类、爆破漏斗体积、爆破块度分布指数、裂隙间距和炸药单耗指标；通过爆破漏斗试验，在爆破块度分布方面，爆破漏斗体积、爆破块度分布指数与裂隙间距是一致的，而爆破漏斗体积、爆破块度分布指数需综合考虑炸药特性、岩石力学特性等对爆破块度的影响，因此选择上述六项指标。
依据上述六项指标将岩体的整个爆破区域按质量划分为大块区、中块区和小块区，如大块区为800kg以上、中块区为100kg-800kg、小块区为100kg 以下等；再根据上述大块区、中块区和小块区的划分标准，通过地质编录和爆破漏斗试验绘制岩体的爆破块度分区图，从而将整个砂石骨料矿山岩体按爆破块度分区域，较为切合砂石骨料矿山岩体爆破开采的实际，能够按照生产计划的块度比例，选择不同的岩体区域进行爆破作业。
作为优选，所述爆破块度分布指数k'的计算公式为：
其中k大为爆破漏斗的大块率，k小为爆破漏斗的小块率，k平为爆破漏斗的平均合格率。具体来说，所述爆破块度分布指数通过爆破漏斗试验获得，其方法是在岩体不同区域进行爆破漏斗试验，如在辉绿岩、中风化花岗岩、裂隙非常发育、裂隙中等发育和裂隙不发育5个区域等进行爆破漏斗试验。采用凿岩机垂直向下打孔，孔径约46mm、孔深1m，每孔装炸药0.45kg，药径约 32mm，柱状连续装药，炮泥填塞，一个雷管引爆。爆破之后，先对不同区域各种块度尺寸的岩块用秤分别按块度尺寸>300mm的大块、<50mm的小块和 50-300mm的合格块三个级别称量统计，然后分别换算成大块、小块和合格块所占的体积，接着测量漏斗的几何尺寸，再分别将上述大块、小块和合格块所占的体积与形成的漏斗体积相比计算并互相校核验证后得出该处爆破漏斗的所述大块率、小块率和平均合格率，从而获得爆破块度分布指数k'。
在实施过程中，根据调度指令所需块度级配要求，先选用Kuz-Ram模型确定调度R-R曲线。Kuz-Ram模型是南非人C.Cunningham在苏联人V.E.Kuznetsow研究的基础上提出的，是库兹涅佐夫(Kuznetsow)和罗森拉姆(Rosin-Rammler)模型的结合，其认为爆破块度分布服从Rosin-Rammler (R-R)分布函数，R-R分布函数由下式表达：
它包含石料特征尺寸X0和块度分布不均匀系数n两个变量。 V.E.Kuznetsow提出了表达爆破平均块度
与爆破能量和岩石特性的如下经验方程：
可见，Kuz-Ram模型建立了各种爆破参数如最小抵抗线、孔距、炸药单位耗药量、台阶高度、凿岩精度、炮孔直径等与爆破块度分布的定量关系。由此，本发明确定调度R-R曲线的表达式为：
其中X为筛孔尺寸，R调度为调度指令要求粒径小于X的物料所占比率， X调度为根据调度指令得到的特征粒径，n调度为根据调度指令得到的块度分布不均匀系数。在实施过程中，根据调度指令的块度要求，反算出调度指令包络线，再结合调度指令的规格石日计划表，求出所述X调度和n调度的值，从而得到调度R-R曲线。
然后，用经验设计法设计爆破参数，并根据设计的爆破参数利用Kuz-Ram 模型预测爆破块度分布，得到设计R-R曲线；所述设计R-R曲线的表达式为下式：
其中R设计为预测设计的粒径小于X的物料所占比率，X设计为预测设计的特征粒径，n设计为预测设计的块度分布不均匀系数。在实施过程中，所述X设计和 n设计的值通过经验设计法的单耗控制法或抵抗线控制法求出。如单耗控制法是根据岩石性质、台阶高度、钻孔直径、炸药性质及爆堆块度等要求，并参照类似工程经验及设计者的个人认识，初选一个单位耗药量作为整个设计的核心和前提开展设计工作，以获得设计成果表，再依据Kuz-Ram模型计算出X设计和n设计的值，进而获得设计R-R曲线。
接着，比较调度R-R曲线与设计R-R曲线，确定设计R-R曲线在设定的误差范围内，如设定平均单耗的范围不超过5％-8％，超过这个范围应调整设计的爆破参数，重新确定设计R-R曲线，直至误差控制在设定的范围内为止。然后，根据设计R-R曲线确定的爆破参数选择合适的块度区域进行爆破，具体的爆破作业如下：
在选定的岩体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2，在岩体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。
如图3和图4，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。
爆破作业后，对爆堆块度进行分析，得出实际R-R曲线，并依据该实际 R-R曲线修正设计R-R曲线，判断设计确定的爆破参数的正确性。在实施过程中，应将修正后的设计R-R曲线与调度R-R曲线比较，如超出设定的误差范围，如设定平均单耗的范围不超过5％-8％等，应调整设计的爆破参数，并进行调试，直到比较结果在设定的误差范围内为止。实际R-R曲线的表达式为下式：
其中R实际为爆破后实际的粒径小于X的物料所占比率，X实际为爆破后实际的特征粒径，n实际为爆破后实际的的块度分布不均匀系数；实际R-R曲线采用爆堆图像处理软件通过爆堆拍照、图像处理、数据处理获得。由此，本发明通过调度R-R曲线、设计R-R曲线、实际R-R曲线进行爆破参数的优化，减少了爆破参数设计的盲目性、个人化，可达到每一次爆破基本符合调度指令的要求；再依据优化的爆破参数在同一或类似块度区域进行下一次爆破开采作业，且在下一次爆破开采作业时，同样通过调度R-R曲线、设计R-R曲线、实际R-R曲线进行爆破参数的再次优化，如此反复可使每次爆破达到预期的效果，不仅施工效率高，而且成本和粉矿率得到了极大的控制。
实施例
在某大型砂石骨料矿山岩体采石场，选用岩石硬度、岩石种类、爆破漏斗体积、爆破块度分布指数、裂隙间距和炸药单耗等六项指标按要求将整个采石场岩体划分800kg以上的大块区、100kg-800kg的中块区和100kg以下的小块区。并通过对该采石场的岩体结构面的地质编录和爆破漏斗试验绘制岩体的爆破块度分区图，如图1。各块区岩体具体情况如下：
大块区：岩石种类为花岗岩、岩石硬度f值>12、爆破漏斗体积<0.03m3、爆破块度分布指数<17.497、炸药单耗>0.45kg/m3、主要结构面130°∠80°的裂隙间距为70-200cm、主要结构面60°∠60-80°的裂隙间距>100cm。
中块区：岩石种类为花岗岩与辉绿岩、岩石硬度f值为6-12、爆破漏斗体积为0.03-0.10m3、爆破块度分布指数为12.169-17.497、炸药单耗为 0.35-0.45kg/m3、主要结构面130°∠80°的裂隙间距为40-70cm、主要结构面 60°∠60-80°的裂隙间距>50cm。
小块区：岩石种类为花岗岩与辉绿岩、岩石硬度f值<6、爆破漏斗体积>0.10m3、爆破块度分布指数>12.169、炸药单耗<0.35kg/m3、主要结构面130 °∠80°的裂隙间距为10-40cm、主要结构面60°∠60-80°的裂隙间距<50cm。
爆破参数的优化设计：(1)根据调度指令选定下式作为调度R-R曲线表达式：
然后反算出上式调度指令包络线，具体是将上式移项、两次取自然对数后得到包络线的直线方程，再依据采石场指定平台某日的如下规格石日计划表用Kuz-Ram模型和线性最小二乘法拟合求出X调度＝385，n调度＝1.4081，由此得到：
规格石日计划表
| 规格 | kg | ＜10 | 10-100 | 100-400 | 400--900 | ＞900 |
| 数量 | m<sup>3</sup> | 10％ | 400 | 400 | 200 | 5％ |
(2)根据上述的规格石日计划表及调度R-R曲线选择合适的爆破区段，采用单耗控制法或抵抗线控制法设计爆破参数，获得设计成果表，再依据 Kuz-Ram模型求出X设计＝442，n设计＝1.44，由此得到设计R-R曲线：
比较调度R-R曲线与设计R-R曲线，两者的误差在设定的范围内，从而确定设计R-R曲线的爆破参数。
(3)按照上述设计确定的爆破参数在指定区段内进行爆破作业，具体爆破作业如下：
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。
(4)爆破后，采用BlastSprite Mobile-PDA软件进行爆堆拍照、图像处理、数据处理获得实际R-R曲线：
由上述三个R-R曲线表达式，比较调度、设计、实际筛下累计百分比，如下表：
由上表可知，调度、设计、实际筛下累计百分比误差不大，在设定的误差范围内，可以满足爆破工程需求。在实施过程中，由于地质条件等因素影响，修正设计R-R曲线的各项参数是动态的、经常化的，这样才能与大型采石场按所需块度级配要求进行爆破相适应。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，满足了爆破块度需求，经成本核算，块石生产合格率较未应用本发明的方法前提高了20％左右，矿石剥离开采成节约约1.66 元/吨，大大降低了综合成本。
Claims (8)
1.一种砂石骨料矿山岩体爆破开采方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)针对砂石骨料矿山岩体按块度要求进行分区，并通过地质编录和爆破漏斗试验绘制岩体的爆破块度分区图；
(2)按生产计划的调度指令所需块度级配要求设计爆破参数；
(3)依据设计的爆破参数在上述爆破块度分区图上选定块度区域，并对该块度区域进行布孔爆破开采作业；
(4)对爆破后的爆堆块度进行分析，根据分析结果优化爆破参数；
(5)依据优化的爆破参数在同一块度区域进行下一次爆破开采作业；
在进行爆破开采作业时，先在选定的块度区域的岩体上进行布孔，然后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，然后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所述砂石骨料矿山岩体爆破开采方法，其特征在于：步骤(1)中的分区方法是选用岩石硬度、岩石种类、爆破漏斗体积、爆破块度分布指数、裂隙间距和炸药单耗指标按质量划分为800kg以上的大块区、100kg-800kg的中块区和100kg以下的小块区。
3.根据权利要求2所述砂石骨料矿山岩体爆破开采方法，其特征在于：所述爆破块度分布指数通过爆破漏斗试验获得，其方法是在岩体不同区域进行爆破漏斗试验，爆破之后，先对不同区域各种块度尺寸的岩块用秤分别按块度尺寸>300mm的大块、<50mm的小块和50-300mm的合格块三个级别称量统计，然后分别换算成大块、小块和合格块所占的体积，接着测量漏斗的几何尺寸，再分别将上述大块、小块和合格块所占的体积与形成的漏斗体积相比计算并互相校核验证后得出该处爆破漏斗的大块率、小块率和平均合格率；所述爆破块度分布指数k'的计算公式为：
其中k大为爆破漏斗的大块率，k小为爆破漏斗的小块率，k平为爆破漏斗的平均合格率。
4.根据权利要求1所述砂石骨料矿山岩体爆破开采方法，其特征在于：在设计爆破参数时，先根据调度指令所需块度级配要求，选用Kuz-Ram模型确定调度R-R曲线，然后用经验设计法设计爆破参数，并根据设计的爆破参数利用Kuz-Ram模型预测爆破块度分布，得到设计R-R曲线；再比较调度R-R曲线与设计R-R曲线，确定设计R-R曲线在设定的误差范围内，然后根据设计R-R曲线确定的爆破参数选择块度区域进行爆破开采作业，得出实际R-R曲线；优化爆破参数是依据实际R-R曲线修正设计R-R曲线，判断设计确定的爆破参数的正确性，然后将修正后的设计R-R曲线与调度R-R曲线比较，如超出设定的误差范围，应调整设计的爆破参数，并进行调试，直到比较结果在设定的误差范围内为止。
5.根据权利要求1所述砂石骨料矿山岩体爆破开采方法，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；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。
6.根据权利要求5所述砂石骨料矿山岩体爆破开采方法，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。
7.根据权利要求4所述砂石骨料矿山岩体爆破开采方法，其特征在于：所述调度R-R曲线的表达式是根据Kuz-Ram模型得到的下式：
其中X为筛孔尺寸，R调度为调度指令要求粒径小于X的物料所占比率，X调度为根据调度指令得到的特征粒径，n调度为根据调度指令得到的块度分布不均匀系数；根据调度指令的块度要求，反算出调度指令包络线，再结合调度指令的规格石日计划表，求出所述X调度和n调度的值。
8.根据权利要求7所述砂石骨料矿山岩体爆破开采方法，其特征在于：所述设计R-R曲线的表达式为下式：
其中R设计为预测设计的粒径小于X的物料所占比率，X设计为预测设计的特征粒径，n设计为预测设计的块度分布不均匀系数；所述X设计和n设计的值通过经验设计法的单耗控制法或抵抗线控制法求出；所述实际R-R曲线的表达式为下式：
其中R实际为爆破后实际的粒径小于X的物料所占比率，X实际为爆破后实际的特征粒径，n实际为爆破后实际的块度分布不均匀系数；实际R-R曲线采用爆堆图像处理软件通过爆堆拍照、图像处理、数据处理获得。
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