CN115979085A - 一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳爆破方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳爆破方法，涉及露天矿开采技术领域。本发明中的液态二氧化碳爆破方法，是对二氧化碳的一种资源化利用，其克服了液态二氧化碳破岩能力弱的缺点，突破了台阶爆破二氧化碳破岩的应用瓶颈（6m），能够在露天高台阶（7‑20 m）中对坚硬矿石进行破岩开采，并实现对高陡边坡的低扰动控制；本发明进一步扩展了液态二氧化碳爆破的应用场景，不仅能更好地应用在小型采石场开挖、公路边坡开挖，还能应用在露天挂帮矿回收，高陡边坡保护等更紧迫的区域与现有液态二氧化碳爆破方法相比，既提升了液态二氧化碳爆破时的能量利用率，又拓宽了液态二氧化碳爆破的深度与广度。
Description
技术领域
本发明涉及露天矿开采技术领域，特别是涉及一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳爆破方法。
背景技术
二氧化碳爆破是利用一定压力和温度状态下的液态二氧化碳，通过吸收发热药剂迅速释放的热量，瞬间转变为超临界态，最后快速膨胀为气态，产生较大的物理压力，形成冲击波，并主要依靠高压二氧化碳的准静态作用，达到致裂岩体的作用。与炸药爆破相比，安全性高，环境友好，成本低，但威力小，作用时间长，破岩能力有限。现已广泛应用与城市近地隧道掘进、地铁站基坑开挖、小型采石场开采、煤层增透等领域。受限于相变破岩能力与现场施工工艺，且现场二氧化碳孔网参数设计标准并未达成一致，液态二氧化碳无法进一步应用到更多的爆破场景，尤其缺乏露天高台阶爆破的生产实际。目前，使用液态二氧化碳爆破的台阶高度较小，岩石硬度较低，有煤矿露天开采的应用实例，但未见在金属矿露天台阶使用，已知最高台阶在6m左右，且效果一般，无法满足矿石开采的实际需求。
中国发明专利“一种基于二氧化碳的煤炭开采方法”（申请号202011165250.2），“二氧化碳水下爆破施工方法”（申请号202010351353 .1），“一种二氧化碳破岩装置及方法”（申请号202011624695.2），“一种基坑土石方开挖爆破方法”（申请号202111664193.7），“一种控制基岩损伤和振动效应的二氧化碳爆破施工方法”（申请号202011165250.2），“一种矿用二氧化碳爆破装置”（申请号202010349416.X），提出了在不同场景中应用液态二氧化碳的爆破方法，但不能满足露天金属矿（非金属矿）深孔爆破的要求，无法与其生产进行衔接。露天台阶高度与其穿孔设备有关，参数变更困难，如何设计二氧化碳深孔爆破孔网参数，实现露天台阶二氧化碳深孔爆破，成为有待解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳爆破方法，用于解决背景技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳爆破方法，包括：
S1：确定爆区的矿岩可爆性，对选择的爆区的现场地质情况进行观察，确定岩石完整性级别及爆破破碎性级别；
S2：在采场中对选择的液态二氧化碳致裂器进行破岩能力试验，测试模拟出当量的爆破效果，选择液态二氧化碳致裂器，并根据现场施工条件选择液态二氧化碳致裂器的型号；
S3：根据爆区现场露天高台阶的高度和宽度在矿体位置设置主爆破孔和辅助爆破孔，主爆破孔和辅助爆破孔长短结合交替布置，且主爆破孔的深度大于辅助爆破孔的深度；
S4：对液态二氧化碳致裂器进行液态二氧化碳充装，将液态二氧化碳致裂器吊装至主爆破孔和辅助爆破孔中，并在主爆破孔和辅助爆破孔中加入填塞物，之后起爆液态二氧化碳致裂器；
S5：观察爆区内的液态二氧化碳致裂器的起爆情况并将矿石进行铲装运输。
可选的，主爆破孔深度为辅助爆破孔深度的两倍。
可选的，露天高台阶的高度范围为7~20米。
可选的，对液态二氧化碳致裂器进行破岩能力试验得到对应的参数包括最小抵抗线,爆破漏斗半径，爆破作用半径，爆破漏斗深度，爆破漏斗可见深度，爆破漏斗张开角。
可选的，对主爆破孔和辅助爆破孔的布置参数涉及主爆破孔之间的孔距和排距、辅助爆破孔之间的孔距和排距、主爆破孔填塞高度、辅助爆破孔填塞高度、主爆破孔中的液态二氧化碳致裂器数目、主爆破孔内的液态二氧化碳致裂器间隔、主爆破孔的孔数、辅助爆破孔的孔数、最小抵抗线、钻孔角度、主爆破孔负担面积。
可选的，对液态二氧化碳致裂器充装液态二氧化碳时，确定液态二氧化碳的充装量大于等于液态二氧化碳致裂器允许充装量的98%。
可选的，将液态二氧化碳致裂器吊装至主爆破孔和辅助爆破孔中并加入填充物之后，对主爆炮孔和辅助爆破孔的孔口处进行封孔处理，防止液态二氧化碳致裂器意外飞出。
可选的，将所有的主爆破孔和辅助爆破孔中的液态二氧化碳致裂器通过导线连接发爆器，保证所有的液态二氧化碳致裂器同时起爆。
可选的，启动发爆器之前检查爆破网格的电阻大小，在网格电阻检验合格之后再启动发爆器。
可选的，S5中需观察爆区内的液态二氧化碳致裂器是否完全正常起爆，若液态二氧化碳致裂器未全部正常起爆，则在爆区的后方位置通过炸药起爆的方式将未起爆的液态二氧化碳致裂器推出爆区；若液态二氧化碳致裂器全部正常起爆，则将液态二氧化碳致裂器进行回收。
如上所述，本发明的一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳爆破方法，至少具有以下有益效果：
本发明的中的液态二氧化碳爆破方法，实现了是对二氧化碳的一种资源化利用，其克服了液态二氧化碳破岩能力弱的缺点，突破了台阶爆破二氧化碳破岩的应用瓶颈（6m），能够在露天高台阶（7-20 m）中对坚硬矿石进行爆破破岩开采，解决了台阶开采方式单一并实现了对高陡边坡的控制低扰动控制爆破，突破了炸药爆破开采管控严格等影响生产的问题的瓶颈；本发明进一步扩展了液态二氧化碳爆破的应用场景，不仅能更好地应用在小型采石场开挖、公路边坡开挖，而且还能应用在露天挂帮矿回收，高陡边坡保护等更紧迫的区域；与现有液态二氧化碳爆破方法相比，既提升了液态二氧化碳爆破时的能量利用率，并又提高拓宽了液态二氧化碳爆破的深度与广度。
附图说明
图1显示为本发明中露天高台阶液态二氧化碳爆破爆区的正视方向剖面示意图；
图2显示为本发明中露天高台阶液态二氧化碳爆破爆区的侧视方向剖面示意图；
图3显示为本发明中露天高台阶液态二氧化碳爆破爆区的俯视示意图；
图4显示为本发明中液态二氧化碳致裂器破岩能力试验示意图。
实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图4。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以下各个实施例仅是为了举例说明。各个实施例之间，可以进行组合，其不仅仅限于以下单个实施例展现的内容。
请参阅图1-图4，本发明提供一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳爆破方法，包括：
S1：确定爆区的矿岩可爆性，对选择的爆区的现场地质情况进行观察，确定岩石完整性级别及爆破破碎性级别；
S2：在采场中对选择的液态二氧化碳致裂器进行破岩能力试验，测试模拟出当量的爆破效果，选择液态二氧化碳致裂器，并根据现场施工条件选择液态二氧化碳致裂器的型号；
S3：根据爆区现场露天高台阶的高度和宽度在矿体1位置设置主爆破孔6和辅助爆破孔5，主爆破孔6和辅助爆破孔5长短结合交替布置，且主爆破孔6的深度大于辅助爆破孔5的深度；
S4：对液态二氧化碳致裂器2进行液态二氧化碳充装，将液态二氧化碳致裂器2吊装至主爆破孔6和辅助爆破孔5中，并在主爆破孔6和辅助爆破孔5中加入填塞物4，之后起爆液态二氧化碳致裂器2；
S5：观察爆区内的液态二氧化碳致裂器2的起爆情况并将矿石进行铲装运输。
本发明采用的液态二氧化碳爆破方法，实现了二氧化碳的资源化利用，能够在露天高台阶中对坚硬矿石进行爆破开采，实现了高陡边坡的控制爆破，突破了炸药爆破开采管控严格的瓶颈；本发明进一步扩展了液态二氧化碳爆破的应用场景，不仅能更好地应用在小型采石场开挖、公路边坡开挖，而且能应用在露天挂帮矿回收，高陡边坡保护等更紧迫的区域；与现有液态二氧化碳爆破方法相比，提升了液态二氧化碳爆破时的能量利用率，并提高了液态二氧化碳爆破的深度与广度。本发明的方法能克服液态二氧化碳破岩能力弱的缺点，突破液态二氧化碳破岩在低台阶高度的应用瓶颈。二氧化碳爆破与炸药爆破相比，破岩能力差一个量级，因此二氧化碳爆破在露天台阶的应用局限在较低（6m）的高度范围。而本发明中采用了深浅结合的致裂器放置方式和长短结合的布孔方式，能在孔网参数不变的情况，先由浅孔放置的致裂器对浅部区域岩层进行松动破坏，减小深处放置致裂管的破坏负担体积，继而经由深孔放置的致裂器对整个区域进行爆破开挖，采用这种孔网参数和放置结构，能突破低台阶爆破（6m）的限制，将应用场景推广至高台阶的爆破场景（20m）；此外，在针对坚硬岩层，在孔网参数不变的情况下，可对放置结构进行简易改进，即根据需要将深孔放置的致裂器增加至2支及以上，通过累加二氧化碳充装量的方式增加破岩能力，进而完成对坚硬岩层高台阶的破岩作业。
本实施例中，观察现场地质情况时，可依据《工程岩体分级标准》（GB50218-94）及爆破手册内提及的岩石爆破破碎性分级表，确定岩石完整性级别及爆破破碎性级别，为设计合理的孔网参数及选用合理的液态二氧化碳致裂器2型号提供参考。岩石爆破破碎性分级方法不限于上述中提及的方法，实际生产中根据露天矿内部分级资料及爆破技术人员经验，亦可对爆区地质情况做快速辨识。
本实施例中，使用液态二氧化碳致裂器2时，一般采用耦合装药，现场无法满足条件时，应近似采用耦合装药，不耦合系数应控制在1~1.3范围内，可根据上述不耦合系数选择合适型号液态二氧化碳致裂器2。
本实施例中，主爆破孔6深度为辅助爆破孔5深度的两倍。
本实施例中，露天高台阶的高度范围为7~20米。传统液态二氧化碳爆破开采只适用于台阶高度较低的场景，其应用场景常局限在6m及以下的高阶且需要岩性硬度系数较低。本发明所应用的场景更加适用于更高范围的高台阶场景。
本实施例中，选择的液态二氧化碳致裂器2的直径范围为73mm~186mm。可选的，液态二氧化碳致裂器2型号的直径可选择73mm、95mm、108mm、127mm和186mm。
本实施例中，请参阅图4，对液态二氧化碳致裂器2进行破岩能力试验得到对应的参数包括最小抵抗线W，爆破漏斗半径r，爆破作用半径R，爆破漏斗深度D，爆破漏斗可见深度h，爆破漏斗张开角θ。在测试结构中，液态二氧化碳致裂器2的底部设有致裂器泄能口8。
本实施例中，选用直径为186mm型号的液态二氧化碳致裂器2进行爆破试验，控制液态二氧化碳充装量的误差不超过1%，进行不同深度的爆破漏斗试验，试验得到186mm型号的液态二氧化碳致裂管在标准抛掷漏斗情况下，炮孔负担面积为9㎡即3m*3m，最小抵抗线为3m，爆破作用半径大于4m。
本实施例中，请参阅图1和图2，对主爆破孔6和辅助爆破孔5的布置参数涉及主爆破孔6之间的孔距A1和排距B1、辅助爆破孔5之间的孔距A2和排距B2、主爆破孔6填塞高度、辅助爆破孔5填塞高度、主爆破孔6中的液态二氧化碳致裂器2数目、主爆破孔6内的液态二氧化碳致裂器2间隔、主爆破孔6的孔数、辅助爆破孔5的孔数、最小抵抗线、钻孔角度α、主爆破孔6负担面积。图1中H为露天高台阶台阶高度；可选的，主爆破孔6深度为15m，辅助爆破孔5深度为8m，主爆破孔6孔距范围为2~3m；辅助爆破孔5的孔距取主爆破孔6孔距的1/2,即1~1.5m；主爆破孔6填塞高度取液态二氧化碳致裂器2长度的2/3及以上；辅助爆破孔5填塞高度取液态二氧化碳致裂器2长度的2/3及以上；主爆破孔6中的液态二氧化碳致裂器2数目根据主爆破孔6中的深度调整，但不超过3根；主爆破孔6内液态二氧化碳致裂器2间隔根据孔深调整，取值范围为液态二氧化碳致裂器2长度的1/4~1/2；最小抵抗线长度大于钻机允许的最小警戒范围（即钻机距离边坡的最小距离），但小于3m；钻孔角度根据采场炮孔布置调整，一般大于65°小于90°，保证液态二氧化碳致裂器2的破碎效果的取值范围为65°~75°。
本实施例中，对液态二氧化碳致裂器2充装液态二氧化碳时，确定液态二氧化碳的充装量大于等于液态二氧化碳致裂器2允许充装量的98%。可选的，当液态二氧化碳致裂器2的直径型号为73mm，其液态二氧化碳的充装量大于等于1.5kg；当液态二氧化碳致裂器2的直径型号为95mm，其液态二氧化碳的充装量大于等于3kg；当液态二氧化碳致裂器2的直径型号为108mm，其液态二氧化碳的充装量大于等于6kg；当液态二氧化碳致裂器2的直径型号为114mm，其液态二氧化碳的充装量大于等于6kg；当液态二氧化碳致裂器2的直径型号为127mm，其液态二氧化碳的充装量大于等于10kg；当液态二氧化碳致裂器2的直径型号为186mm，其液态二氧化碳的充装量大于等于25kg。
本实施例中，将液态二氧化碳致裂器2吊装至主爆破孔6和辅助爆破孔5中并加入填充物之后，对主爆炮孔和辅助爆破孔5的孔口处进行封孔处理，防止液态二氧化碳致裂器2意外飞出。
本实施例中，请参阅图1，将所有的主爆破孔6和辅助爆破孔5中的液态二氧化碳致裂器2通过导线7连接发爆器，保证所有的液态二氧化碳致裂器2同时起爆。
本实施例中，启动发爆器之前检查爆破网格的电阻大小，在网格电阻检验合格之后再启动发爆器。
本实施例中，S5中需观察爆区内的液态二氧化碳致裂器2是否完全正常起爆，若液态二氧化碳致裂器2未全部正常起爆，则在爆区的后方位置通过炸药起爆的方式将未起爆的液态二氧化碳致裂器2推出爆区，可选的，若爆区能见完整或断裂导线7，可重新连线引爆未起爆致裂器；若液态二氧化碳致裂器2全部正常起爆，则将液态二氧化碳致裂器2进行回收。
综上所述，本发明的液态二氧化碳爆破方法，实现了二氧化碳的资源化利用，能够在露天高台阶中对坚硬矿石进行爆破开采，实现了高陡边坡的控制爆破，突破了炸药爆破开采管控严格的瓶颈；本发明进一步扩展了液态二氧化碳爆破的应用场景，不仅能更好地应用在小型采石场开挖、公路边坡开挖，而且能应用在露天挂帮矿回收，高陡边坡保护等更紧迫的区域；与现有液态二氧化碳爆破方法相比，提升了液态二氧化碳爆破时的能量利用率，并提高了液态二氧化碳爆破的深度与广度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳爆破方法，其特征在于，包括：
S1：确定爆区的矿岩可爆性，对选择的爆区的现场地质情况进行观察，确定岩石完整性级别及爆破破碎性级别；
S2：在采场中对选择的液态二氧化碳致裂器进行破岩能力试验，测试模拟出当量的爆破效果，选择液态二氧化碳致裂器，并根据现场施工条件选择液态二氧化碳致裂器的型号；
S3：根据爆区现场露天高台阶的高度和宽度在矿体位置设置主爆破孔和辅助爆破孔，主爆破孔和辅助爆破孔长短结合交替布置，且主爆破孔的深度大于辅助爆破孔的深度；
S4：对液态二氧化碳致裂器进行液态二氧化碳充装，将液态二氧化碳致裂器吊装至主爆破孔和辅助爆破孔中，并在主爆破孔和辅助爆破孔中加入填塞物，之后起爆液态二氧化碳致裂器；
S5：观察爆区内的液态二氧化碳致裂器的起爆情况并将矿石进行铲装运输。
2.根据权利要求1所述的一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳爆破方法，其特征在于：
主爆破孔深度为辅助爆破孔深度的两倍。
3.根据权利要求1所述的一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳爆破方法，其特征在于：
露天高台阶的高度范围为7~20米。
4.根据权利要求1所述的一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳爆破方法，其特征在于：
对液态二氧化碳致裂器进行破岩能力试验得到对应的参数包括最小抵抗线,爆破漏斗半径，爆破作用半径,爆破漏斗深度，爆破漏斗可见深度，爆破漏斗张开角。
5.根据权利要求1所述的一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳爆破方法，其特征在于：
对主爆破孔和辅助爆破孔的布置参数涉及主爆破孔之间的孔距和排距、辅助爆破孔之间的孔距和排距、主爆破孔填塞高度、辅助爆破孔填塞高度、主爆破孔中的液态二氧化碳致裂器数目、主爆破孔内的液态二氧化碳致裂器间隔、主爆破孔的孔数、辅助爆破孔的孔数、最小抵抗线、钻孔角度、主爆破孔负担面积。
6.根据权利要求1所述的一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳爆破方法，其特征在于：
对液态二氧化碳致裂器充装液态二氧化碳时，确定液态二氧化碳的充装量大于等于液态二氧化碳致裂器允许充装量的98%。
7.根据权利要求1所述的一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳爆破方法，其特征在于：
将液态二氧化碳致裂器吊装至主爆破孔和辅助爆破孔中并加入填充物之后，对主爆炮孔和辅助爆破孔的孔口处进行封孔处理，防止液态二氧化碳致裂器意外飞出。
8.根据权利要求1所述的一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳爆破方法，其特征在于：
将所有的主爆破孔和辅助爆破孔中的液态二氧化碳致裂器通过导线连接发爆器，保证所有的液态二氧化碳致裂器同时起爆。
9.根据权利要求8所述的一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳爆破方法，其特征在于：
启动发爆器之前检查爆破网格的电阻大小，在网格电阻检验合格之后再启动发爆器。
10.根据权利要求1所述的一种适用于露天高台阶的液态二氧化碳爆破方法，其特征在于：
S5中需观察爆区内的液态二氧化碳致裂器是否完全正常起爆，若液态二氧化碳致裂器未全部正常起爆，则在爆区的后方位置通过炸药起爆的方式将未起爆的液态二氧化碳致裂器推出爆区；若液态二氧化碳致裂器全部正常起爆，则将液态二氧化碳致裂器进行回收。
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2023
- 2023-03-07 CN CN202310208801.6A patent/CN115979085B/zh active Active
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