CN116283095A - 一种应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料及制备方法，属于矿山爆破技术领域。改性炮孔堵塞材料包括组分及质量百分含量为为：岩粉60％，矿渣17％，质量分数30％的NaOH溶液3％，模数3.2的水玻璃12％，水8％。其制备方法为：配比、初筛、混合搅拌和混合添加剂的步骤。本发明采用以上的一种应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料及其制备方法，替代传统的岩粉堵塞材料具有制作成本低，环保性能好，来源范围广的特点。该材料制备步骤简单，养护时间短，且早期强度高，可以快速达到炮孔堵塞的效果，提高爆破质量。
Description
技术领域
本发明涉及矿山爆破技术领域，尤其是涉及一种应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料及制备方法。
背景技术
如今露天矿炮孔堵塞，主要采用的依然是岩粉堵塞，堵塞的长度由现场施工人员经验估计，堵塞的作业由挖机辅助人工铁锹以半机械半人工的方式施工完成，有着一定的局限性和盲目性。单纯的岩粉堵塞具有一定的弊端。岩粉堵塞为了确保堵塞质量，防止冲孔，需要较长的堵塞长度。而这一方面减小了炮孔上部的装药量，降低装药中心，不利于改善上部岩石的爆破质量。另一方面，减小了可装药长度，压缩了炮孔装药结构的优化空间。此外，还降低了炮孔利用率，需要更为密集的孔网参数来达到岩体爆破所需炸药量，导致作业量增加，经济成本提高。
当前我国矿山开采正在经历整体生产工艺的转型升级，智能机械化作业正在逐步取代人工作业。工程爆破是矿山开采工艺的首个环节，改善堵塞质量是优化爆破工艺的重要方式。过去由于炮孔堵塞的人工作业而不能广泛应用改性堵塞材料的苛刻作业条件将得到放宽。而且近年来材料改性正成为矿业、土木和建筑等工程领域一个研究热点，建筑、道路和充填开采等领域已经开展了材料改性的大量研究和实际推广应用。因此露天矿山炮孔堵塞材料改性和应用已经成为未来矿山发展的一个重要的基础方向。良好的炮孔堵塞可以增加爆生气体的作用时间，促使爆生气体沿孔壁裂缝进一步扩展和延深，增加岩体的破碎程度，提高炸药在岩体破碎上的膨胀做功能力，降低无效做功和有害做功，减少炸药能量的外泄，有效降低飞石危害、噪音污染和爆破震动强度。
上官剑铭等采用高效水炮泥和聚氨酯发泡胶混合形成新的炮孔堵塞材料，过对不同组分比例的高效水炮泥在爆破后的呼尘、总尘浓度进行试验和分析聚氨酯发泡胶的物理力学性质，得出结论，即高效水炮泥可以起到降温降尘的作用，聚氨酯发泡胶可以延长爆轰气体作用时间，因而新型炮孔堵塞材料组合具有广阔的发展前景。李国平等采用细路料碎石作为堵塞材料，在德兴铜矿进行对比试验，试验结果表明，细路料堵塞效果明显优于岩粉堵塞，其同样堵塞长度下，可以降低冲孔率约7％，降低大块率约4％，且更为安全，但是从作业施工来看，相对岩粉堵塞，细路料堵塞的人工作业强度大，作业效率低。张政采用矿石粉、密度调节剂、粘联剂和保水剂混合成堵塞炮泥，其中按重量比矿石粉为30～90，密度调节剂为0～40，粘联剂为1～2，保水剂为0.1～0.5。颜长怀等以尾砂滤饼为主，掺入0.03％-0.05％的粘结剂和水，制成了不同规格的堵塞材料。郭远军以水淀粉作为爆破炮孔堵塞物的应用，将其封闭所述爆破炮孔，取得一定效果。吴天明配比了一种具备具备快凝早强微胀特性的爆破孔堵塞胶凝物料，能够迅速凝固，具有一定膨胀性。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料及制备方法，用于解决成本高、养护时间长、环保性低、不能快速达到炮孔堵塞和爆破质量低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料，包括改性炮孔堵塞材料，所述改性炮孔堵塞材料为地质聚合物改性堵塞材料和岩粉堵塞材料组成的复式结构，上部为地质聚合物改性堵塞材料，下部为岩粉堵塞材料。
优选的，所述地质聚合物改性堵塞材料包括岩粉、矿渣、水玻璃、氢氧化钠和水。
优选的，以质量百分含量计，所述地质聚合物改性堵塞材料包括岩粉60％，矿渣17％，质量分数30％的NaOH溶液3％，模数3.2的水玻璃12％，水8％。
优选的，水玻璃为液态硅酸钠。
一种应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料的制备方法，包括以下步骤：首先制备地质聚合物改性堵塞材料，其次将地质聚合物改性堵塞材料作为改性炮孔堵塞材料的上部填充在炮孔中，将岩粉堵塞材料作为改性炮孔堵塞材料的下部填充在炮孔中。
优选的，制备地质聚合物改性堵塞材料包括以下步骤：
S1、配比，按质量百分比取岩粉60％，矿渣17％，质量分数30％的NaOH溶液3％，模数3.2的水玻璃12％，水8％，备用；
S2、初筛，将矿渣、岩粉原材料均匀摊在托盘中，其中，对岩粉进行初筛，筛出过大粒径的岩渣块；
S3、混合搅拌，将矿渣粉与岩粉固体材料混合后倒入水泥胶砂搅拌机中搅拌至混合均匀；
S4、混合添加剂，将水、氢氧化钠溶液、水玻璃混合倒入搅拌机中，进行搅拌直至均匀得到地质聚合物改性堵塞材料。
优选的，在S1中，NAOH溶液配置参照化学配制溶液实验规程，氢氧化钠溶液采用烧碱配置，配置时冷却氢氧化钠溶液。
优选的，在S3中，采用搅拌机不断搅拌，直到混合材料呈流动浆状后，填入炮孔，养护选用常态温度和养护时间2h。
因此，本发明采用上述提供的一种应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料及制备方法，实现了以下有益效果：
(1)传统炮孔堵塞材料通过自身重力达到堵塞目的，且粘结力很弱，使得爆破过程中容易发生冲炮现象。经测试，本发明涉及的填塞材料单位长度填塞能力为岩粉填塞的百倍以上，在降低填塞工作的劳动强度的同时可避免冲炮现象的发生。
(2)相比于其他材料地质聚合物材料具有优良的力学性能，能够耐火、耐高温，而且具有固化速度快、早期强度高的优越特性。
(3)材料固化速度快，早期强度高，不会因为养护时间过长而影响正常的爆破作业时间。
(4)相较于原岩粉填充，能够提高炸药的能量利用率，优化块度分布。
(5)原料属于工业废渣，经济环保来源广泛，同时消耗矿山及周边工业企业产生的工业固体废弃物，形成以露天矿山为中心的循环经济模式，带动矿山及周边工业企业的健康可持续发展。
(6)将原岩粉堵塞调整为地质聚合物改性堵塞材料与岩粉堵塞的复式结构，上部为地质聚合物改性堵塞材料，下部为岩粉。在确保爆破质量的前提下，应用地质聚合物改性材料，优化爆破效果。仅需要改变堵塞作业一个环节，而且没有经济负担风险。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料及制备方法的流程图；
具体实施方式
本发明采用上述提供的一种应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料，包括改性炮孔堵塞材料，改性炮孔堵塞材料为地质聚合物改性堵塞材料和岩粉堵塞材料组成的复式结构，上部为地质聚合物改性堵塞材料，下部为岩粉堵塞材料。地质聚合物改性堵塞材料包括岩粉、矿渣、水玻璃、氢氧化钠和水。以质量百分含量计，地质聚合物改性堵塞材料包括岩粉60％，矿渣17％，质量分数30％的NaOH溶液3％，模数3.2的水玻璃12％，水8％。水玻璃为液态硅酸钠。
一种应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料的制备方法，包括以下步骤：首先制备地质聚合物改性堵塞材料，其次将地质聚合物改性堵塞材料作为改性炮孔堵塞材料的上部填充在炮孔中，将岩粉堵塞材料作为改性炮孔堵塞材料的下部填充在炮孔中。
制备地质聚合物改性堵塞材料包括以下步骤：
S1、配比，按质量百分比取岩粉60％，矿渣17％，质量分数30％的NaOH溶液3％，模数3.2的水玻璃12％，水8％，备用；
S2、初筛，将矿渣、岩粉原材料均匀摊在托盘中，其中，对岩粉进行初筛，筛出过大粒径的岩渣块；
S3、混合搅拌，将矿渣粉与岩粉固体材料混合后倒入水泥胶砂搅拌机中搅拌至混合均匀；
S4、混合添加剂，将水、氢氧化钠溶液、水玻璃混合倒入搅拌机中，进行搅拌直至均匀得到地质聚合物改性堵塞材料。
在S1中，NAOH溶液配置参照化学配制溶液实验规程。氢氧化钠溶液采用烧碱配置，配置时注意冷却氢氧化钠溶液；在S3中，采用搅拌机不断搅拌，直到混合材料呈流动浆状后，填入炮孔，养护选用常态温度和较短的养护时间2h即可。
实验原理：本方法中，矿渣和激发剂之间能够产生缩聚反应，从而可以获得产生强度的堵塞材料，一种具有优良的力学性能，能够耐火、耐高温，而且具有固化速度快、早期强度高的优越特性的炮孔堵塞材料。该方法以聚合物作为堵塞材料，能获得性能稳定、强度高的堵塞材料，同时，其步骤简单、制造成本低，适用于大范围的推广使用。
实施例，以中煤平朔东露天矿台阶爆破现场试验工程应用为例。
当为露天台阶爆破时，试验区域最大块度尺寸为127cm，其中近90％的岩石块度尺寸在57.11cm以下，综合前装机、电铲、破碎站进料以及现场施工各环节的需求，将大块的临界尺寸定位1.2m，此区域大块率占比为近乎为0％，即从爆堆表面反应的块度特征来看，此次爆破效果很好，几乎不存在大块。对比区最大块度尺寸为150cm，其中近90％的岩石块度尺寸在65.36cm以下。
实验过程：钻孔形式为垂直钻孔，孔径为250mm，超深1.5m。为施工方便，采用矩形方式布孔，孔距8m，排距7m。炸药采用山西中煤平朔爆破器材有限责任公司生产的多孔粒状铵油炸，起爆系统采用澳瑞凯EXEL常规非电起爆雷管、CordtexTM导爆索和PentexTM起爆装置，间隔器采用山西中煤平朔爆破器材有限公司系列空气间隔器。起爆顺序采用对角线顺序起爆，首排孔间延时42ms，后排排间延时60ms，孔内雷管延时600ms。爆堆清理使用电铲采装作业，作业部位周围300m以内没有需要重点保护对象，环境条件良好。对比区采用多孔粒状铵油炸药进行分段装药，整体堵塞6.0-7.5m；试验区采用多孔粒状铵油炸药进行分段装药，中间空气间隔器间隔1m，堵塞采用复式结构，上部2m为地质聚合物，下部3.5m为岩粉堵塞。根据质量百分比，选用253kg岩粉，掺和72kg矿渣，配入NaOH溶液(30％)15kg，模数3.2的水玻璃51kg，30kg水。按所述方法制备该地质聚合物改性炮孔堵塞材料后，根据使用方法将制备的材料填入炮孔，进行起爆实验。
实验结果：在高速摄影记录中，堵塞改性材料试验区与原岩粉堵塞对比区的堵塞起爆情况形成了明显的对比。其中堵塞改性材料试验区整体堵塞情况较好，仅在西南角一孔发生了一次较小的冲孔，冲孔高度不超过10m，而在原岩粉堵塞对比区中间位置出现了较大规模的冲孔两次，堵塞冲量与孔口周围岩石大量冲出，且冲孔高度达到30m，在北边界处发生了一次较小规模冲孔，冲孔高度约在10m左右。由此可以看出，地质聚合物改性堵塞材料较原岩粉堵塞具有更优越的堵塞性能。
因此，本发明采用上述一种应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料及其制备方法，替代传统的岩粉堵塞材料具有制作成本低，环保性能好，来源范围广的特点。该材料制备步骤简单，养护时间短，且早期强度高，可以快速达到炮孔堵塞的效果，提高爆破质量。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料，其特征在于：包括改性炮孔堵塞材料，所述改性炮孔堵塞材料为地质聚合物改性堵塞材料和岩粉堵塞材料组成的复式结构，上部为地质聚合物改性堵塞材料，下部为岩粉堵塞材料。
2.根据权利要求1所述一种应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料，其特征在于：所述地质聚合物改性堵塞材料包括岩粉、矿渣、水玻璃、氢氧化钠和水。
3.根据权利要求2所述一种应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料，其特征在于：以质量百分含量计，所述地质聚合物改性堵塞材料包括岩粉60％，矿渣17％，质量分数30％的NaOH溶液3％，模数3.2的水玻璃12％，水8％。
4.根据权利要求3所述一种应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料，其特征在于：水玻璃为液态硅酸钠。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先制备地质聚合物改性堵塞材料，其次将地质聚合物改性堵塞材料作为改性炮孔堵塞材料的上部填充在炮孔中，将岩粉堵塞材料作为改性炮孔堵塞材料的下部填充在炮孔中。
6.根据权利要求5所述的一种应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料的制备方法，其特征在于，制备地质聚合物改性堵塞材料包括以下步骤：
S1、配比，按质量百分比取岩粉60％，矿渣17％，质量分数30％的NaOH溶液3％，模数3.2的水玻璃12％，水8％，备用；
S2、初筛，将矿渣、岩粉原材料均匀摊在托盘中，其中，对岩粉进行初筛，筛出过大粒径的岩渣块；
S3、混合搅拌，将矿渣粉与岩粉固体材料混合后倒入水泥胶砂搅拌机中搅拌至混合均匀；
S4、混合添加剂，将水、氢氧化钠溶液、水玻璃混合倒入搅拌机中，进行搅拌直至均匀得到地质聚合物改性堵塞材料。
7.根据权利要求6所述一种应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料的制备方法，其特征在于：在S1中，NAOH溶液配置参照化学配制溶液实验规程，氢氧化钠溶液采用烧碱配置，配置时冷却氢氧化钠溶液。
8.根据权利要求6所述一种应用于露天矿爆破的改性炮孔堵塞材料的制备方法，其特征在于：在S3中，采用搅拌机不断搅拌，直到混合材料呈流动浆状后，填入炮孔，养护选用常态温度和养护时间2h。
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| 葛汝豪: "《露天矿炮孔堵塞作用机理与堵塞材料改性研究》", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》, pages 021 - 197 * |
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