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露天礦大孔徑深孔預裂爆破技術

2014-10-28 19:01:09 責任編輯:崔瑋娜

 

完成時間1990年、1996

完成單位:北京科技大學、長沙礦冶研究院、首鋼礦業公司水廠鐵礦、本礦南芬露天鐵礦、馬鞍山礦山研究院

項目主持人及參加人員:于亞倫、高曉初、胡光榮、王德勝、璩世杰、孫 仲、吳從師、王鶴年、宮永軍、王林、龔敏、邢洪義、徐風彩

撰稿人:于亞倫

1項目介紹

本研究分為兩部分:鄰近邊幫大孔徑(φ250mm)預裂爆破技術的研究和高臺階靠幫預裂-減振爆破技術(310mm)的研究。

分別是“七五”期間(19861990)和“八五”期間(199l1995)國家重點科技攻關項目的一部分。

大型露天礦一次爆破量大,不少礦山已轉入深凹和凹陷開采,需處理的邊坡高度達幾百米,甚至上千米。無論從技術先進性還是經濟合理性來考慮,采用大孔徑預裂爆破是必然的發展趨勢。以水廠鐵礦為例,對45R(φ250mm)牙輪鉆機和YQ150(φ150mm)潛孔鉆穿鑿預裂孔進行技術經濟比較表明:雖然45R牙輪鉆機的投資成本高,但根據投資年成本計算,單位預裂線長度的預裂爆破總費用比采用YQl50潛孔鉆低34%。目前在礦山穿孔能力有余的條件下,采用生產用鉆機(45R)進行大孔徑預裂爆破在技術上是可行的,經濟上也是合理的。

2鄰近邊幫大孔徑(φ250mm)預裂爆破技術的研究

21  大孔徑預裂爆破的技術特征

(1)以爆破地質工作、巖石動載特性為基礎進行分區設計。

(2)根據量綱分析原理確定預裂爆破主要參數。從量綱的基本原理出發,推導出預爆破的線裝藥密度(因變量)、孔間距與一些獨立物理量(自變量)的函數關系。

(3)控制鄰近預裂爆破的主炮孔排數、合理選擇炸藥類型和不耦合系數、斜線排間毫秒延時起爆、確定合理填塞長度等多項技術措施。

(4)調整緩沖孔參數,控制半壁孔高度。在堅固和比較堅固的地段,巖壁上都留有清晰可見的半壁孔。但半壁孔長度因巖層構造、爆破參數不同而異。圖1為幾種半壁孔的情況,設臺階高度為H,半壁孔長度為bbH值列于表1

為控制邊坡斷面形狀,主要控制圖2中△abc的幾何尺寸,即控制緩沖孔藥量、緩沖孔與預裂孔的排間距。根據水廠鐵礦的情況,當緩沖孔藥量為主炮孔藥量的50%~60%,緩沖孔與預裂孔排距為4550時,可出現圖1c的情況。

 

 

(5)預裂爆破計算機輔助設計系統

預裂爆破計算機輔助設計系統包括硬件和軟件兩部分。為滿足不同用戶需要,本軟件適用IBM微機系列,用戶可選用IBMPCXT286AT機和兼容機、24針打印機、AZA3繪圖儀。

22預裂爆破效果的觀測

評價預裂爆破效果因工程要求不同而異,但在評價爆破載荷對邊坡穩定影響時,首先要考慮的是動載荷的大小和破壞范圍。

221  爆破振動特性的測量

采用CD1型拾振器一磁帶記錄儀一IBM計算機的測試分析系統。

對預裂爆破的降振率采用直接法、推算法和K值法3種方法計算:

根據20次爆破振動監測結果得出:

(1)3種計算方法的降振率分別為:直接法,443%;推算法,60%;K值法,591%。

(2)爆破振動頻率隨著距離的增加,高頻含量減少,主頻率與振源頻率有較好的相關性。

(3)邊坡振動的頻帶較窄,主頻率點較低,邊坡對低頻振動有較好的響應,邊坡坡頂線附近區域對振動具有放大作用。

222破壞范圍的測定

水廠鐵礦進行了18次預裂爆破,對其中的10個典型爆區進行了破壞范圍的測量。破壞范圍減少60%,以上。

23成果特點

(1)采用生產鉆機(45R牙輪鉆)進行φ250mm大孔徑預裂爆破,降振效果好。

(2)為實現鄰近邊幫預裂爆破,采用5項體現當前爆破新技術的關鍵技術措施,即以爆破地質工作、巖石動載特性為基礎進行分區設計,以量綱分析原理確定預裂爆破主要參數;控制鄰近預裂爆破的主炮孔排數等多項技術措施;調整緩沖孔參數,控制半壁孔高度;用CAD技術進行預裂爆破設計。

(3)在鄰近邊幫預裂爆破的設計和施工中,充分考慮了采場巖體結構特性和巖石動載特性,提出了加強爆破地質工作的措施,特別是采用三軸高速沖擊試驗裝置,測定了多種礦巖在高應變率下的巖石動載特性,具有創新性。

24技術經濟分析

首鋼水廠鐵礦為全國大型露天礦,服務年限長,對邊坡穩定性要求高。采用鄰近邊幫大孔徑預裂爆破后,可節省邊坡工程設備費和額外的剝巖費用達123萬元/年,增加回采礦量的經濟效益為382萬元/年,合計為505萬元/年。

25結論

(1)采用生產用鉆機(45R牙輪鉆),進行φ250mm大孔徑預裂爆破,降振效果好,鉆機單一化,代表大型露天礦預裂爆破技術的一種發展趨勢。

(2)為實現鄰近邊幫預裂爆破采用的5項關鍵技術措施,不僅具有先進性,而且其原理、方法對露天礦山具有廣泛的適用性。

(3)在首鋼水廠鐵礦經過18次試驗,共爆預裂孔467個,預裂線總長度1400m,效果顯著,做到一次成幫。與普通爆破法相比,降振率在44%以上,破壞范圍減少60%以上。

3高臺階靠幫預裂一減振爆破技術研究

我國露天礦山隨著開采深度的增加,露天礦內坡愈來愈高,邊坡穩定性的控制和維護難度加大。

31技術特征

本研究的技術難點是在高臺階(臺階高度由12m增大到18m)、大孔徑(孔徑由250mm增大到310mm)、陡邊坡情況下進行靠幫控制爆破,這在國內尚屬首次。技術要求是在保證邊坡安全的條件下,確定合理的控制爆破方法,優化爆破參數,研究先進的爆破裝藥施工工藝。

其特點是:

(1)采用生產鉆機(YZ55A牙輪鉆機)進行φ3 10mm大孔徑預裂-減振爆破,鉆機單一化,降振效果好,代表大型露天鐵礦控制爆破技術的一種發展趨勢。

(2)首次提出的預裂-減震爆破理論及工藝,它不僅適用于采用垂直孔控制爆破的特點,而且具有重要的理論意義。

(3)在預裂-減振爆破機理研究中,采用高速激光全息動光彈儀對高低臺階預裂爆破的應力場和雙孔爆破迭加應力場的定量分析研究具有開拓意義。

(4)針對預裂爆破徑向不耦合裝藥、超長藥卷制作及現場應用的困難,成功地采用半自動連續裝藥的新方法,解決了多年困擾預裂爆破施工的難題。

32預裂-減振爆破的實質

現代預裂爆破技術的目標是預裂減振。隨著開采技術的發展,臺階高度已由12m普通臺階向18m高臺階過渡。由于國內露天礦靠幫控制爆破多采用牙輪鉆機穿鑿垂直孔,若采用傳統的預裂爆破技術不可避免地會帶來一系列的問題:

(1)大孔徑預裂爆破,每孔裝藥量大,預裂孔同時起爆所產生的地震效應對邊坡穩定的影響不容忽視。

(2)爆破后預裂面上留有垂直的半壁孔,臺階坡面角不符合設計要求,需進行二次修坡。

(3)采用捆綁式“藥串”裝藥結構,施工復雜,尤其是在北方地區,冬天天氣寒冷,在南方地區,夏季多雨,都給施工帶來極大不便,致使難以在生產中推廣應用。

為克服上述缺點,我們提出預裂-減振爆破技術、即在主體爆破前沿著露天礦最終境界線布置一排預裂孔,采用連續柱狀不耦合裝藥,用導爆索實現孔口向孔底起爆。爆后形成一條具有一定寬度的破碎帶,在臺階坡面上不苛求留半壁孔,實現爆破一次成幫。預裂-減振爆破所追求的主要目標是形成具有一定寬度的破碎帶,對主體爆破地震波起到阻隔和反射作用,同時控制預裂爆破本身對邊坡的影響,從而保護邊坡的安全。

33預裂-減振爆破的效果

331  降振率的測定結果

根據預裂-減振爆破的實測結果,用直接法和推算法兩種方法計算,其降振率分別為6828%和507%。完全達到了合同要求,與普通爆破法相比,降振率達到30%一40%的攻關目標。

332破壞范圍的測定

用丈量法測量,破壞范圍減少了748%;用波速法測量,破壞范圍減少了68%。

摘自《中國典型爆破工程與技術》


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