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南芬露天铁矿根底爆破技术

2020-09-17



李兰彬1,代晋2,王贵明2,夏东凯2

1.南芬露天铁矿,辽宁 本溪  1170142.辽宁省公安厅治安管理总队,辽宁  沈阳  110032

 

  要:南芬露天铁矿年采剥总量近8000多万吨。在爆破过程中,有时会出现根底。本文根据岩石爆破机理,将根底分为一般根底和靠帮根底两大类。本文分析了露天矿山爆破时根底产生的机理和部位,总结出了拉底爆破的基本原则,并在实践中得以应用,保证了爆破安全和爆破质量。

关键词:根底;爆破机理 ;拉底爆破;爆破参数设计

 


前  言

        爆破时,在爆区所在范围内的底部有部分岩石没有破碎,这部分没破碎的岩石称之为根底。爆破过程中产生的根底影响着工作面的正常推进,通常需要二次拉底爆破来解决此类问题。对于拉底爆破[1],一是保证拉底爆破的安全,再就是保证拉底爆破的效果。露天矿的二次拉底爆破多次出现拉底飞石过远伤及人员设备的事件;拉底爆破很容易出现爆破效果不好的情况,一旦拉底破碎的岩石松散性不够、大块较大并且多,这对后续影响极大。为此,拉底爆破需要认真总结研究。

1  根底爆破机理与分类

1.1 根底爆破机理

        爆破自由面的位置对爆破作用产生影响。炮孔中的装包在自由面上的投影面积愈大,愈有利于爆炸应力波的反射,对岩石的破坏愈有利。

根底的爆破是多自由面爆破[2,3],它符合爆破的霍金逊效应[4],由于爆破存在着自由面,压缩应力波反射生成的拉伸应力波阵面。所以在岩石内的一定位置既受到入射压缩应力波的压应力作用,又同时受到反射拉应力波的拉应力作用。两种应力波的合成应力为拉应力(即反射波的头部与入射波的尾部叠加,使岩石在自由面附近处于受拉状态)。当合成拉应力大于等于岩石的动态抗拉强度时,岩石就会被拉断而发生片落。


这种爆破机理[5]适用于在台阶前部和中部的根底的产生,(如图1),这些根底的特点是:孤立的,不依附于其他岩体。对于靠帮根底的产生(如图2),除了以上的爆破机理,还有炸药在爆炸后形成的应力波作用到靠帮的坡面形成反射波作用于根底,加强了在自由面表面的拉应力,使爆破作用力加强和破碎范围增大。


      image.png     image.png

                       

   


1.2 根底的分类

根据以上根底的爆破机理,可将根底分为一般根底和靠帮根底。

(1)一般根底:是指各个自由面完全独立,不依附与其他物体,如图1。

一般根底出现在:

1)爆区的头排抵抗线部位。这种情况在爆区为清渣或是在边缘部位较为常见,这是由于爆区头排底盘抵抗线偏大,爆区头排炮孔的爆破作用范围没能超过抵抗线,爆破后形成台阶根底。

2)爆区的中间。孔网参数较大的中间部位的台阶底部、炮孔超深不足的台阶岩体底部。在孔网参数偏大的中间部位,由于受炸药破坏的作用较小,爆后使得此处大块增多,根底情况严重。

3)盲炮产生的根底。原因有:施工错误、打断线、或者是炸药或起爆材料没有发挥正常作用。

(2)靠帮根底:是指根底有一自由面依附在完整的岩体上,它们之间的岩体已经完全分离,但其裂缝较小,如图2。

南芬露天矿在境界线位置采用小孔径倾斜孔进行预裂爆破,靠帮根底就出现在预裂孔附近。

2  根底的爆破设计

在露天矿中,根底一旦产生,一般经过电铲、勾机等铲装设备清理出原岩,表面露出岩石的原始产状后,经测量找出该爆区,分析根底产生的原因,然后确定穿孔设备和布孔参数,打孔和验孔工作完成后,设计每孔药量、起爆顺序和爆破警戒范围,最后实施爆破。

2.1 根底爆破参数设计遵循的基本原则

(1)首先对拉底进行分类,是一般根底还是靠帮根底。

(2)根据根底产生原因确定布孔方式和设计孔深,避免打到盲炮上,避免炮孔底部集中;孔网均匀,孔深为根底宽度的1/2到2/3。

对于盲炮产生的根底,布置炮孔要避开原孔位,距离原炮孔孔径的10倍以上。对于其他根底,布置炮孔的间距一般为炮孔直径的10—20倍。所有炮孔孔深一般在根底宽度的1/2—2/3。

(3)根据自由面数量确定装药量,对于一般根底,要根据自由面的数量,直接按表1的比例关系确定药量;对于靠帮根底,除了考虑靠帮的自由面外,需按再加上1—2个自由面,再根据表1确定药量。

药量设计是根底二次爆破设计的关键,由于根底的形状、大小以及所在位置的不同,要根据自由面的数量确定炸药量,下面是自由面数量与炸药消耗量的关系[4]。


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(4)良好的填塞是保证爆破效果的重要措施。

3  应用实例研究

在南芬露天矿采场中部142水平处产生岩石一般根底,岩性为上盘混合岩,节理裂隙发育不良,底长12 m,宽7 m,高1-3 m,平均2.3 m,体积为193 m3左右。距该处根底北30 m是正在运行的排水系统,不能破坏,详情如图3所示:

04.jpg

 

根据拉底设计的基本原则,首先确定根底为一般根底,分析根底出现原因是该处爆区孔眼超深不足引起的根底,出现在爆区中间。根据现场实际情况,采用孔径为115 mm的钻机钻孔。

3.1 孔网参数设计

设计孔距为1.5 m,起爆点两孔孔距1 m;孔深为3.5 m(设备能力所限),尖角处孔深2 m。倾斜角度为50-55度。现场布孔15个,钻孔方式如图4所示。

3.2 爆破药量和起爆顺序设计

自由面的数量为2个,此种岩石用115 mm孔径的爆破单耗为0.9 kg/m3,那么对应的爆破单耗为q:0.9×0.83=0.747 kg/m3。那么总装药量由公式1式计算:

                                          (1)

式中,Q为总炸药量,kg;q为爆破单耗,kg/m3;V为体积,m3。q=0.747 kg/m3,V=193 m3,所以需要总药量为Q=0.747*193=144 kg,现场使用2号岩石乳化药卷(90 mm,4 kg/卷),即36卷,每孔药量见表2。

05.jpg

起爆顺序从背对北部排水的方向开始起爆,起爆点设在11和12号孔处,采用25 ms地表雷管7发,孔内400 ms雷管15发。(连接网络如图5所示)


06.jpg

3.3 爆破效果

爆破后爆破飞石控制在20 m以内,爆区大块较少,满足铲装要求,如图6所示。

对于靠帮根底,在上盘370水平的一处靠帮根底的爆破中,飞石飞出800 m,直接由上盘飞到了下盘扩帮的边坡上,造成一人轻伤,事故教训惨重。这里不再赘述。

4  总  结

拉底爆破是一项精细爆破工程,需要有扎实理论知识和丰富的现场实践经验,本文对于拉底爆破的分类对拉底爆破具有指导作用。在现场实践中,需要遵循拉底爆破的基本原则进行爆破作业,这样才会保证爆破安全和取得较好的爆破效果。

参考文献:

[1]  孙科.中深孔爆破技术在铜矿峪矿的应用与优化[J].世界有色金属,2018(15):48-49.

[2]  郭清川,王建鑫.多自由面孔内外延期分段微差减震爆破技术[J].露天采矿技术,2016,31(06):38-40+45.

[3]  李显寅,蒲传金.自由面对爆破效果的影响分析.矿物与加工.2009(12),26-31.

[4]  汪旭光.爆破设计与施工[M].北京:冶金工业出版社,2011.

[5]  张鹏强.露天深孔爆破合理超深及微差时间的研究[D].东北大学,2011.