穿孔爆破专题

6露天矿穿孔爆破（专题）露天矿穿孔爆破时生产中的第一道工序。本设计中，因矿岩的硬度不能直接挖掘，因此必须采用露天深孔爆破对矿岩松动。6.1穿孔设备的选择及需要量的计算穿孔设备主要根据矿岩物理学性质、矿岩生产能力，选择不同型号的潜孔钻机或牙轮钻机。6.1.1钻机选型设计矿山规模为45万t/a,属中型矿山，宜用深孔钻机，岩石为矽卡岩、片岩，中等稳固，f=1~7，矿岩断层,裂隙发育，虽然潜孔钻机单位钻孔成本较高，但潜孔钻机能量损失少(冲击器活塞直接撞击在钻头上)，噪声小（冲击潜入孔内工作），节省动力（冲击器排出的废气可用来排渣），钻杆使用寿命长，与牙轮钻机相比，潜孔穿孔轴压小，钻孔不易倾斜；工作气压高，回转扭矩大，凿岩效率高，性能可靠：钻机轻，设备购置费用低；钻孔方位广，调节灵活，定位准确。穿孔设备需要量主要根据钻孔的生产能力和矿岩生产能力计算，另外参考类似矿山昆阳磷矿的应用经验，故初步设计采用的主要钻孔设备为直径200mm的KQ-200型潜孔钻机。6.1.2钻机需求量计算（1）钻机的台班生产能力VbVb=0.6VTbηb（6-1）＝0.6×30×8×0.4=57.6m∕(台·班)(2)钻机的需求数量N露天矿所需钻机数量取决于矿山设计年采剥总量、所选钻机年穿孔效率与每米炮孔的爆破量。N=An∕[L·q(1－e)]（6-2）=12486937/[44550×100×(1-3%)]=0.9取N=1台式中：符号符号意义单位取值备注Vb台班生产能力m/(台·班)100.8V钻机机械钻进速度cm∕min30查钻机相关参数得18m/hTb班工作时间h8ηb班工作时间利用系数0.7一般为0.7~0.8N所需钻机数量台2An矿山设计年采剥量万t/a125100×(1+5.53×1.3)L每台潜孔钻年穿孔效率m∕a32310L=75×3×330×0.6q每米炮孔爆破量t∕m100参考《露天采矿学》类比国内矿山e废孔率%3一般小于5%6.1.3钻机相关指标表6—1钻机相关指标钻机型号KQ-200型潜孔钻机。孔径200mm台班生产能力57.6m∕(台·班)废孔率3%班工作时间利用系数0.8钻机穿孔效率系数0.6钻机需要量2台（1台备用）6.2爆破工作6.2.1深孔爆破设计的基本要求1、设计依据（1）《爆破安全规程》(GB6722—2003)（2）《民用爆炸物品安全管理条例》(国务院令466号)（3）公安部《爆破作业人员安全技术考核标准》GA53-93；（4）国家和地方政府颁布的有关技术规范和法规。2、技术要求(1)矿岩破碎的质量好，无根底，不合格的大块岩体很少，破碎的块度符合铲装设备的要求；(2)爆破堆积形态好，爆堆集中且有一定的松散度，利于铲装设备的高效工作；(3)无危害，地震、飞石、噪音等危害因素均应控制在允许范围内，同时，也应控制后冲、后裂和侧裂现象、(4)经济效益好，使穿孔、爆破、装运，破碎等各种工序的综合成本最低。6.2.2钻孔形式与布孔方式（1）钻孔形式有垂直孔和斜孔两种，从爆破效果看，斜孔优于垂直孔（斜孔的抵抗线均一），但钻凿斜孔的技术操作较复杂，孔的长度比相应的垂直孔长，且装药过程中斜孔易发生堵孔，虽然斜孔前排抵抗线较均匀，后冲较小，穿孔效率低，所以在大中型露天矿山广泛采用垂直孔。为了提高穿孔效率，综合考虑后本设计决定选用垂直钻孔。（2）布孔方式有单排孔和多排孔布置。采用大区毫秒延迟爆破技术的矿山一般采用多排孔布置。多排孔又分方形、矩形、梅花形三种。梅花形布孔时，能量分布比较均匀。可以形成较好的爆破成效，本设计中，选用多排孔梅花形布置方式。图6-1破炮孔布置示意图H—台阶高度；Wd—底盘抵抗线；h—超深；d—炮孔直径；L2—填塞长度；c—安全距离；a—孔距；b—排距6.2.3爆破参数的确定深孔爆破参数包括孔径、孔深、超钻、地盘抵抗线、填塞长度、孔距、排距和炸药单位消耗量等。（1）孔径d露天中深孔爆破的孔径主要取决于钻机类型、台阶高度和岩石性质。本设计选用KQ-200型潜孔钻机，其孔径为200mm，故d取值200mm。(2)底盘抵抗线W底1.按H.B.迈利尼科夫公式计算：qmHHqmqKqKqW24)()(212211（6-3）式中：1q——每米炮孔装药量，32kg/m；K——堵塞系数，取0.8；——超深系数，35.0~15.0，取0.2；q——单位炸药消耗，取0.4kg/m3；m——炮孔密集系数，取m=1.2；H——台阶高度，10m。经计算得：W=102.134.0210322.134.04)2.08.0(32)2.08.0(32222=2.86.55=6.8m。2.按巴隆公式计算：mqdW85.7（6-4）式中：d——孔径，2dm；——装药密度，1kg/dm3；——装药系数，7.0~5.0，取7.0；经计算得：W=2×34.02.17.0185.7=7.3m。3.按炮孔直径计算mmdW10~6)50~20(综合计算以及咨询师兄的工作经验，取最小抵抗线为W=7m。(3)孔深超深：1.2~9.0)35.0~15.0(Wh，取1.5m;（6-5）则孔深为：L=H+h=10+1=11.5m。（6-6）（4）孔距a和排距b孔距a是指同一排中相邻两孔中心线的距离，：1.孔距：①a=mW=1.2×6=7.2m（6-7）②按每孔容许装药量及崩落岩石体积计算：a=qHWLq=61034.05.11327.0=10.7m（6-8）炮孔密集系数mm取1~1.5，随着多排毫秒爆破技术和合理的深孔起爆顺序的应用，出现了增大孔距，缩小排距，从而增大炮孔密集系数的现象，有时mm达到3~8也得到好的爆破效果。实践证明，适当加大mm有利于改善爆破块度。设计中取为1.5。为保证爆破质量取孔距a=7m。由于后二排由于炮孔深度较少孔距根据经验也要适当减少，故，倒数第一、第二排孔距为a=6m。排距b指多排孔爆破时，相邻两排钻孔间的距离。2.排距：前排孔mab8.7866.0，取mWb6；后排孔由于岩石夹制作用及减小后冲，排距应适当减小，按经验公式计算：mmWb6~6.3)0.1~6.0(，取5m。（5）堵塞长度Lz堵塞长度关系到堵塞工作量的大小、炸药能量利用率和空气冲击波的危害程度。合理的堵塞长度应能防止爆炸气体产物过早地冲出孔外，是破碎更加充分。常用的经验式为：Lz=ZW底=4.2m（6-9）式中：Z——填塞系数，垂直孔取0.7。那么装药长度则为Le=11-4.2=7m（6）单孔装药量Qk前排：Qk=qaHW底（6-10）后排：Qk=qabHk（6-11）式中：q——单位炸药消耗量，取0.4kg/m³；a——炮孔间距，为7m；b——炮孔排距，为5m；H——台阶高度，10m；W底——最小抵抗线，7m;k———后排装药量增加系数，一般1.1~1.3，取1.2。计算得，前排Qk=201.6kg，后排Qk=168kg。（7）装药量验算Q'k=4d21πL（6-12）Q'k———装药量验算值，kg；Δ———装药密度，kg/dm3;乳化炸药Δ=1.14L1———装药长度，m。Q'k小于Qk时，可以适当调整孔网或炮孔直径。（8）爆破参数表6—2爆破参数设备类型单位KQ-200型液压潜孔钻机孔径dmm200孔深hm11.5超深hcm1.5底盘抵抗线w底m7孔距am7排距bm6堵塞长度lzm4单位炸药消耗量qkg/m30.4单孔装药Qk第一排kg201.6后排168废孔率﹪36.2.4装药、填塞、起爆方法一.装药（1）装药结构a单一装药：我国露天矿多采用这种结构；b组合装药:孔底部装高威力炸药，上部装低威力炸药；c间隔装药：炮孔中两段或多段装药，各段间用炮泥或空气隔开，我国露天矿山多采用空气间隔。间隔可以降低大块率，改善爆破质量；d不偶合装药：在遇裂爆破和光面爆破中采用药包直径小于钻孔直径的装药结构，可以保护边坡。本设计中初步选择间隔装药结构。使用空气间隔。图6——2爆破装药结构纵剖面示意图二填塞目前我国露天矿深孔爆破的填塞工作仍以人工填塞为主，填塞物为炮孔周边的钻孔岩屑(炮泥）填塞。三起爆方法根据起爆材料不同，起爆方法有：（1）电力起爆：使用的气爆器材有普通电雷管，秒差电雷管，毫秒电雷管。电力起爆在我国露天矿应用较广泛，爆破用电源取自爆破安全距离以外的电源。爆破前可对电爆网路进行检查，确保及时准确起爆。这种起爆发放成本低，但爆破前准备工作复杂。电爆网路连接方式有：串联法，网路简单，所需电流较小，操作简单，但容易产生拒爆。适用于小规模爆破；并联法：网路中各电雷管互不干扰，起爆较可靠，缺点是起爆所需电流较大，受到条件限制；混合联法：适用于大爆破。（2）导爆索起爆：常以继爆管配合使用。装药中不用雷管，比较安全。爆破前准备工作简单，但成本高。（注：现已经不用此方法）（3）导爆管起爆：导爆管是传递冲击波的塑料小管，与非电毫秒雷管，联结传爆元件和引爆元件组成导爆管非电起爆系统；（4）导火索起爆：常用8♯火雷管起爆，露天矿多用于二次爆破和辅助作业爆破；（注：现已经不用此方法）（5）混合起爆：使用低敢度炸药的矿山，先用少量感度高的炸药作起爆药包先起爆，然后引起大量低感度炸药起爆。在本设计中，根据国内矿山的经验和都龙开采以来的实践经验，本次设计采用导爆索-导爆管联合起爆网路，用磁电雷管作起爆雷管起爆导爆索。6.2.5起爆及网路连接方法6.2.5.1炮孔数的确定爆区采用一爆两采的方法确定爆堆宽度，此时caRRfbxwpd)(maxm；式中f—挖掘机规格系数，f≤0.9；c—线路中心线到爆堆的距离，一般为2—3m；此时最小爆堆宽度bmin=1.5H=15m；实际爆堆宽度为3b+W底=3×6+7=25m18m，符合要求。可以得到爆堆的宽度取25m合理。根据爆破一次能够满足挖掘机铲装10—15个昼夜的量计算爆区的长度。矿山1年剥采总为13707330m³，故每年采剥总量为1370733m³。每天（每年工作330天）每台（共4台）挖掘机需要承担的量为1371m³。挖掘机10昼夜的铲装量为13710m³。炮孔数目为13710/(6×7×10)=34.6,初步取36个孔。最终布孔数量为40个。实际炸药单耗计算：实际爆破炸药量202×20+168×16=8128kg实际炸药单耗：131708128=0.617kg/m36.2.5.2网路连接设计方案本次设计初步设计以下几种方案：一.排间顺序起爆（1）.优点这种起爆形式是最简单、应用最广泛地一种，起爆网络连接简单。一般呈三角形交错布孔。（2.）缺点在大区爆破时，由于同排药量过大，容易造成爆破地震危害。1、网络连接方式：把孔内引出的导爆管通过“四通”型连接卡垂直连接在孔外传爆导爆索上。2、起爆顺序：为了减小震动对周围环境的影响，本次设计采用排间顺序起爆的毫秒延迟爆破。3、时间间隔：根据矿山生产以来的实践表明，使毫秒延迟爆破的间隔时间控制在50～150ms之间以取得比较好的爆破效果。4、设计的爆破网络见下图。图6——3逐排起爆网络图5.爆破材料消耗及单位成本表6-3逐排顺序起爆材料消耗成本表项目单位数量单价成本（元）一次爆破炸药总消耗量Kg81289元/kg73152空气间隔器个4085元/个3400导爆管雷管1段发108元/发803段发108元/发807段发108元/发8010段发磁电雷管发15元/发5导爆管米10002元/米2000导爆索米1502.3/米345钻孔数个40其他总计79142三.逐孔毫秒延期起爆：同一排孔按奇、偶数分组顺序起爆的方式，这是孔间毫秒延迟起爆。而同一炮孔内进行分段装药，并在分段装药间实现毫秒延期间隔起爆的方法为孔内毫秒延期起爆。1.优点（1）毫秒延期爆破可实现多排孔爆破，扩大一次爆破的矿岩量，满足大型露天矿山的生产要求；（2）提高爆破质量，降低爆破成本。破碎的块度均匀，大块率低，爆堆集中有利于提高装载设备的效率；（3）减轻爆破地震波作用，防止对附近建筑物和采场边坡的危害。1.网络连接方式：各排把孔内引出的导爆管通过“四