露天矿山开采工艺与安全技术(第二部分)

露天矿山开采工艺与安全技术东北大学张绍志（2）孔距a孔距是指同列炮孔相临炮孔间的距离。有时按钻孔直径的15~30倍根据不同矿岩的机械物理性质不同的起爆方法来确定。一般情况下按底盘抵抗线与邻近系数的关系来计算。a＝mw（1－21）式中a——孔距，米；m——邻近系数，一般取0.8～2；w——底盘抵抗线，米。临近系数m值的大小是根据矿岩性质、起爆方法、对爆破块度的要求等来确定。矿岩较坚硬难爆，应取小值，反之取大值。在不影响爆破质量和其它要求的条件下，应在许可范围内尽量增大a值。在大区微差爆破时，在炮孔负担爆破面积不变的情况下，适当增大炮孔邻近系数，一般会改善爆破效果，降低大块率。但a过大可能出现根底、隔墙。（3）排距b采用两排以上的多排孔爆破时，两排孔之间的距离称为排距。b＝（0.8~0.9）a（1－22）当采用两排孔爆破，一般排距与第一排孔的底盘抵抗线相等。当多排齐发爆破时，排间距也可按（0.9~0.95）w选取。因其后排孔爆破时，受爆堆的夹制作用，适当减小抵抗线或增加装药量，以保证爆破质量。（4）超深为使爆破保证质量，不致在爆破处底盘坡底线处残留根底，根据矿岩机械物理性质、抵抗线的大小等因素，钻孔深度要比台阶高度适当加大，这一加大深度为超深。矿岩机械物理性质决定超深值的大小。一般为台阶高度的5%~20%左右，如矿岩可碎性好，亦可进行无超深爆破。2、装药量计算浅孔爆破的单位炸药消耗量可按矿岩硬固性、可爆性程度不同而选取。一般变化于0.3~0.5千克／米3左右。此数据是在一些矿山实际资料中大致选取。在生产实践中，要根据实际情况适当加以调整。（1）单排孔爆破时装药量的计算Q＝qaHW（1－23）式中Q——炮孔装药量，千克；q——单位炸药消耗量，千克／米3；a——孔距，米；H——台阶高度，米；W——底盘抵抗线，米。（2）多排孔爆破时装药量计算多排孔爆破时，第一排孔装药量按式1－23计算，从第二排起，因受前排矿岩夹制作用，装药量要适当增加，要可用下式计算：Q＝KqabH（1－24）式中b——炮孔排距，米；K——矿岩阻力夹制系数，采用齐发爆破时，取K＝1.2~1.5，采用微差爆破时，取K＝1.0~1.2，第二排孔取下限，以后各排根据实际情况适当增加。但不能因药量增加过大，影响足够的填塞长度，以防止上穿飞炮。3、填塞炮孔充填长度通常不应小于药包中心至自由面的最小距离。充填长度与所要求的爆破效果、炮孔直径、底盘抵抗线、装药高度、爆破矿岩性质等有关。填塞长度Lt可按下式计算：Lt＝（8~20）d（1－25）式中d——炮孔直径，米。一般情况下，当孔深在1.5米以下时，填塞长度不应小于孔深的一半，如孔深大于1.5米时，孔深长度不能小于0.75米。（二）深孔爆破深孔爆破就是用钻孔设备钻凿较深的钻孔，作为矿用炸药的装药空间的爆破方法。露天矿的深孔爆破主要以台阶的生产爆破为主。深孔爆破的钻孔设备主要应用潜孔钻和牙轮钻。其钻孔可钻垂直深孔，也可钻倾斜炮孔。倾斜炮孔的装药较均匀，矿岩的爆破质量较好，为采装工作创造好的条件。为减少地震效应和提高爆破质量，在一定条件下可采取大区微差爆破，炮孔中间隔装药或底部空气间隔装药等措施，以便降低爆破成本，取得较好的经济效益。1、深孔爆破主要参数爆破效果的好坏是以对爆破提出的各项要求指标全面衡量的结果，爆破效果好的爆破应该是在系统的综合指标体现上应较佳。而爆破质量与爆破安全，又直接受爆破参数的影响，选择合理的爆破参数至关重要。图1－24工作面炮孔的位置a－炮孔布置平面图b－炮孔布置剖面图H－台阶高度；α－坡面角；β－炮孔倾角；D－孔径；a－孔距；Wp－底盘抵抗线；b－行距；lz填塞长度；lB装药长度（1）底盘抵抗线底盘抵抗线的选取主要依据台阶高度、矿岩性质、炮孔直径及钻机的安全条件等全面衡量。底盘抵抗线选取过大，易出大块、根底；选取过小，不仅增加钻孔工作量，而且过多消耗炸药，在经济上是不合理的。当前底盘抵抗线还没有完善的优化计算方法，主要靠经验选取。按设备的安全条件：W＝Hctgα+C（1－26）式中W——底盘抵抗线，米；H——台阶高度，米；α——台阶坡面角，度；C——炮孔中心至台阶坡顶线的安全距离，C＝2~3米。按经验公式：W＝（25~45）d（1－27）或W＝（0.6~0.8）H（1－28）式中d——炮孔直径，米；H——台阶高度，米。压碴爆破须考虑碴体增加的抵抗线，并在前二式计算中扣除。扣除值：,米（1－29）式中Wy——碴体厚度折算附抵抗线值，米δ——碴体平均厚度，米；K——碴体松散系数K＝1.3~1.5。（2）孔距a与排距b孔距a：a＝mw（1－30）式中m——邻近系数，取1.0~2；w——底盘抵抗线，米。排距b：b＝（0.8~0.95）w(1－31)k4.0wy（3）超深超深的作用是增加炮孔底部的装药量，以克服底盘抵抗线的阻力，主要是为防止出现根底。超深一定要适度。过小易出现根底，过大又使台阶底部破碎严重，影响下个台阶的穿孔效率，且浪费炮孔及炸药。超深一般控制在底盘抵抗线的5%~30%。（4）炮孔充填长度Lt充填长度指孔内药柱顶面至孔口不装药的距离。利用它来充填、塞惰性材料，防止孔内爆炸气态产物在岩体未破裂前从孔口溢出，以提高炸药能量利用率。炮孔连续装药，充填长度计算公式：Lt＝（20~25）d(1－32)（5）单位炸药消耗量q单位炸药消耗量指每立方米或每吨矿岩平均所需的炸药量。根据我国一些大型露天矿的统计指标看，一般变化在0.3~0.6公斤／米3之间，一些难爆矿石可达0.8~1.0公斤／米3左右。（6）微差间隔时间指在微差爆破条件下，相邻两段炮孔先后起爆的间隔时间，它是影响爆破作用的时间因素，在很大程度上决定着微差爆破的效果。关于微差间隔时间的经验计算公式很多，但无一不受其试验条件的限制，直接应用尚有困难，故此文不予介绍。目前，我国露天矿一般多排孔微差爆破的间隔时间在25~50毫秒。2、装药量计算每个炮孔的装药量，我国露天矿山普遍采用体积公式计算，单排孔爆破时的装药量计算：Q＝qWaH(1－33)多排孔爆破时的装药量计算：第一排孔按上式计算，从第二排孔起可用下式计算：Q＝KqabH(1－34)式中Q——每个炮孔的装药量，公斤；K——矿岩阻力夹制系数，采用齐发爆破量K＝1.2~1.5,采用微差爆破时K＝1.0~1.2。3、装药结构钻孔的装置结构，普遍普遍采用连续柱状装药形式。为防止深部装药量过分集中，而上部装药不足而产生大块，在一定条件下，可采取分段装药，以均匀孔内炸药分布，从而达到提高爆破质量、降低爆破成本之目的。在中硬以下矿岩中，为增加炸药在炮孔中爆炸能的作用时间，也可在孔中采取底部空气装药，以便改善矿岩的爆破块度和降低炸药单耗。4、起爆顺序布孔方式有正方形布孔、矩形布孔和三角形布孔，起爆方式如下：（1）平行顺序起爆将平行于台阶坡顶线布置的炮孔按行顺序起爆。其优点是：爆破前冲力大，能克服较大的底盘抵抗线；爆破崩落线明显。缺点是后冲及爆破地震效应较大等。若控制爆破震动效应，可将同排孔分段起爆；为了减少边界孔在爆破时所受到夹制作用，避免侧冲过大，可将前一排两侧孔与后排孔同时起爆，如图1－25。图1－25改善边孔夹制性的按行顺序起爆方法1、2、3、4、5－起爆顺序（2）斜线起爆分段炮孔的连线与台阶坡顶线是斜线的方式，统称为斜线起爆。图1－26斜线起爆的基本形式1~12－起爆顺序a－对角线；b、c–在掘沟中的楔形掏槽和带光面爆破式的变异；d－台阶工作面采用的楔形和梯形掏槽图1－26（a）为对角起爆形式，常在台阶有侧边自由面的条件下采用。在这种形式中，前段爆破能为后段爆破创造较宽的自由面，如图中ABCDEF的连线。图中（a）、（b）、（c）为楔形掏槽形式，分别在掘沟和工作面条件下应用。当堑沟采用一次成帮，则可将靠近边帮孔加密一倍，实行光面爆破。如图（c）。一般实行斜线起爆均用正方形和矩形布置炮孔。斜线起爆主要优点为爆破时可提高邻近系数，矿岩爆块在爆破中碰撞挤压作用大，可改善爆破质量。由于分段多，可降低爆破震动，侧、后冲小。缺点是后排孔爆破夹制作用大，崩落线不明显。（3）间隔孔起爆间隔孔起爆将同一排炮孔按奇、偶数分组顺序起爆，主要形式如图1－27。图1－27间隔孔起爆的基本形式1~8－起爆顺序图为波浪形方式，前段爆破为后段创造了较大的自由面，因而改善了爆破质量。同时塌落与后冲均都小。该方案除掘沟外，其它条件均可应用。但爆区长，且需控制爆破震动的情况除外。（4）直线掏槽起爆该方式是利用沿一直线布置的密集炮孔首先起爆，来开创新的自由面。基本形式如图1－28。图1－28直线掏槽起爆方案的基本形式1~5－起爆顺序a－为一般性式；b－分区多段起爆形式图中（a）为一般形式，分段少而简单，但爆破震动大。图（b）为分区分段起爆，目的为减震。它们一般在掘沟中使用。其缺点是穿孔量大，炸药单耗大，延米爆破量低。5、临近边坡的预裂、光面爆破临近边坡的预裂爆破，就是沿边坡界限钻凿一排较密的平行钻孔，每孔装入少量炸药，在采掘带未爆破前先行起爆，从而获得一条有一定宽度并贯穿各钻孔的裂缝，以在临近边坡的采掘带爆破时起到减震作用，并对边坡起到保护作用，如图1－29。图1－29预裂爆破的钻孔布置图1－30用光面爆破清理边坡1－预裂孔；2－缓冲孔；3－主爆孔1－光面孔；2、3－辅助孔临近边坡的光面爆破，就是沿边坡的边界线钻凿一排较密的平行钻孔，孔中内加入少量炸药，与予裂爆破相反，在临近边坡的采掘带爆破后再行起爆，从而沿密集钻孔形成平整的岩缝。（三）硐室爆破硐室爆破是将比较多或大量炸药，装在爆破硐室巷道内进行爆破的方法。因其爆破量大，也叫硐室大爆破。露天矿仅在基本建设时期和在特定条件下使用。采石场在有条件且在采矿需求量很大时采用。硐室爆破可分松动爆破和抛掷爆破两大类。松动爆破分弱松动和强松动爆破，抛掷爆破又分抛扬、抛坍和定向抛掷爆破。1、爆破漏斗、爆破指数n与标准爆炸单耗在抵抗线为w的岩石中的球形药包爆破后形成漏斗状的爆坑（如图1－31），称为爆破漏斗。爆破半径R与抵抗线W的比值称为爆破作用指数n，R/W＝1时的爆破指数为标准爆破作用指数。图1—31爆破漏斗结构示意图爆破地段标准炸药单耗K的选取：标准炸药单耗K可按地质相同的类似矿山指标选取。当爆破规模较大时，需就地进行爆破漏斗试验来确定。漏斗试验法确定K值，通常取d＝100~150毫米的炮孔，最小抵抗线1~3米。预先按类似矿山的资料选取一个炸药单耗Kˊ，按n＝1时的爆破量计算装药量。爆破后，实测爆破漏斗直径平均值R实，按R实/W计算实际的n实，然后按下式可求得：K＝Kˊ/（0.4+0.6n实3）爆破漏斗试验在相同条件下至少进行三次，n值误差不得大于10%，然后求平均值。2、药包布置方式药包布置方式必须注意岩石的地质结构特性和可爆性及爆破的地形条件，正确地选择药包结构和布置方式。各种方式的布置如图1－32所示。图1－32药包布置方式图a－单层单排单侧作用药包；b－单层双排单侧作用药包；c－双层单排单侧作用药包；d－单层单排双侧作用药包；e－单层多排主药包双向作用，辅药包单向作用；f－单层双排单侧作用药包；g－单层单排双侧不对称作用的药包；h－单层双排单侧作用的不等量药包；i－多重作用的复合药包；3、爆破参数的确定硐室爆破的参数有爆破作用指数n，最小抵抗线w，药包间距及层距等。（1）爆破作用指数n爆破作用指数n是硐室爆破极为重要的参数，它决定着爆破作用的性质，岩石破碎程度，抛掷力量的比率以及爆破的技术经济指标。一般，松动爆破，n≤0.7；加强松动爆破n≤0.75－1.0，抛掷爆破n1。（2）最小抵抗线w最小抵抗线w取决于工程、地形条件和药包布置方式等。在相同工程要求下，改变药包布置方式，能使爆破药包的最小抵抗线在很大范围内变化，必须综合药包布置原则，爆破作用原理，爆破技术经济效果择优而定。在简单的峒室爆破中，确定最小抵抗线遵循下述准则：多向作用的药包，各作用方向上的最小抵抗线应相等。在一切情况下都应避免选用过大的抵抗线。施工工期及其它条件允许，应充分利用多层，多排，分散药包来代替单一大药包，