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東龍石灰石礦山裝藥結構優化

來源:中國砂石協會
時間:2014-01-17
摘要:露天礦爆破工程是首要開采工序,合理的爆破參數能更高的確保爆破質量。爆破優化是研究礦山爆破的重要課題,它結合礦山具體情況,針對特定的巖石條件,選用合適的炸藥,制定最佳的爆破方案,達到爆破效果良好,生產成本低廉的目的,它是提高礦山生產效益的關鍵環節之一。

本文通過東龍白灰廠現場中深孔爆破技術實踐,對影響爆破效果的原因進行了探討,并提出了改善中深孔爆破效果的途徑:


礦山現場對空氣間隔裝藥進行了測試實驗,在4個炮區119個炮孔進行空氣間隔裝藥技術,該技術使爆破能量傳遞均勻,降低了初始爆破壓力,改善爆破效果,減少大塊率和粉礦率,提高鏟裝作業效率。在保證礦巖充分破碎的前提下,采用孔底空氣間隔裝藥可有效降低爆破震動。該技術的實際應用取得了滿意的效果。


一、背景


爆破工程是露天礦山開采的首要工序。而穿爆費用一般又占開采費用的一半左右。如何確定各種礦巖的合理爆破參數,獲得所要求的爆破質量,以保證較高的鏟裝,運輸效率, 降低開采成本,是每個礦山必須要解決的問題。


東龍白灰廠石灰石礦山2007年投產,幾年來一直用連續裝藥結構,粉礦率高,可利用礦石損失多,并且受破碎機型號的限制,超出1.0米以上的大塊率高。使鏟裝及破碎工藝的生產效率受到很大的影響,特別是近年來炸藥價格成倍上漲,影響了企業的整體效益,因此在現有的基礎上,研究推廣新的裝藥方法提高爆破質量,降低爆破成本是很有必要的。


1研究內容與方法


1.1研究內容


以利用新技術,減少粉礦率大塊率,消除根底,改善爆破效果,提高經濟效益為目的,本論文主要研究以下內容:


(1)分析東龍白灰廠石灰石礦山現行爆破方式所存在的問題。


(2)針對性提出改善爆破效果的新技術。


(3)對新技術進行現場實驗和結果分析。


1.2本文研究方法


(1)機理分析:分析產生粉礦和大塊的因素,進行理論論證,針對性的找出能夠改善礦山爆破效果的可行性的合理方式。


(2)現場跟蹤實驗:設計實驗,跟蹤觀察實驗效果。


二、地質概況


2.1礦區地質


磨盤山組為一套穩定的淺海碳酸鹽相沉積,厚度較大,總厚度可達2397,巖性主要為泥晶灰巖、含生物碎屑灰巖、含遂石結核結晶灰巖、砂屑泥晶灰巖、鮞狀泥晶灰巖等。巖層區域產狀為:100°∠40°。


2.2礦床地質


該礦山礦體呈巖基狀產出,準采區范圍內礦體長約340m,寬245m,厚150.8m,準采范圍內礦體僅為灰巖礦床的一部分,礦體向準采范圍四周及深部仍有延伸??鄢A可采儲量之上第四系表土厚度約1.0m之后,本區內的礦石采出量為100%。


三、爆破方案優化實驗


3.1現有爆破方案和存在問題


通過分析東龍白灰廠多年來的爆破實踐,分析爆破效果差的原因。爆堆表面大塊多,塊度大;爆堆內部大塊較少,塊度較小,粉礦率高。這是因為炸藥能量分布不均勻,炮孔下半部藥量集中,爆破時擠壓條件好,延長了爆破作用時間,能量得以充分利用,但也造成了礦石的過度粉碎。而第一排及后排的炮孔孔口部分,藥量分布較少,又靠近臨空面,擠壓條件差,容易沿巖體結構弱面脫開,形成大塊未采取減震措施或減震措施未達到預期效果,則受爆破后沖影響而靠近坡面部位沿巖體結構破裂。爆堆正前方的大塊是因爆破前的清理工作未達到設計要求,底盤抵抗線過大或者坡面上粘著的松板動塊未預處理等原因而造成的??傊?,前、后排炮孔和炮孔充填部位易產生大塊,天然節理裂隙是爆破產生大塊的重要原因,裂隙過厚的軟弱夾層的存在,易形成原生巨塊。根底主要產生在前排孔的位置,原因是前排孔底盤抵抗線超標,阻力過大;孔超深不夠,底部藥量偏少,克服抵抗線能量不足。


3.2爆破方案優化及實驗


針對以上問題進行了空氣間隔裝藥爆破技術。


空氣間隔爆破技術(圖1)已在國外的采礦業中得到了大量的應用。Melniokov等認為,空氣層的存在,導致爆炸作用過程中激發產生二次和后續系列加載波的作用,亦導致先前壓力波造成的裂隙巖體的進一步破壞。雖然,空氣間隔裝藥結構作用在炮孔上的平均壓力低于耦合裝藥方式,但它可以通過產生的后續系列加載波的作用來達到破碎巖石的目的,他們認為,系列后續加載波是由于在帶有空氣層炮孔里的3個沖擊波波陣面,即來自于爆炸氣體的沖擊波波陣面和在堵頭或孔底反射引起的沖擊波的波陣面,以不同的速度在不同的位置相互作用而產生的。圍巖里的初始裂隙網絡將會被這些后續加載波所提供的能量的持續作用不斷擴大,該破壞效果當然比單一強沖擊波對圍巖的破壞效果好(為已有裂隙網的進一步擴大破碎所需壓力總比破碎完整巖體要小得多)??諝忾g隔裝藥技術在爆破作用過程中一方面降低了爆壓的峰值,降低或避免了對圍巖的破碎作用;另一方面由于延長了爆壓作用時間,可以獲得更大的爆破沖量(爆壓與爆壓作用時間的乘積),最終提高了爆破的有效能量利用率。這些試驗研究表明,使用空氣間隔裝藥技術用于臺階梯段爆破而得到與常規裝藥方式相近效果,同時可以減少大量的裝藥工作量及大量減少起爆器材的使用,達到了提高工作效率和有效節省爆破成本的目的[1-3]。


從以上理論分析可知,炸藥起爆后裝藥區炮孔每個斷面經歷最大壓力作用,當爆轟波穿過空氣接觸界面后,裝藥區炮孔經歷卸載過程、空氣層炮孔開始加載過程,孔內壓力迅速降低;隨后沖擊波到達堵頭并反射,其反射壓力波強度大于入射波壓力,甚至有可能大于耦合裝藥時的壓力,反射波到達之處壓力升高;從堵頭反射的沖擊波先到達接觸面并在空氣層中反射一沖擊波同時向爆生產物內透射一沖擊波,此高壓透射波在爆生產物內同向追趕稀疏波導致壓力衰減;從孔底反射的稀疏波滯后在爆生產物內與相向而行的透射沖擊波相遇,從而再次提高沖擊波壓力;如此往復,隨著時間的推移,各相干應力波的強度隨之衰減,直至孔內達到一個比較穩定壓力??梢钥闯?,在這個過程中爆轟氣體的能量先儲蓄在空腔內,后以附加應力波的形式對介質形成多次加載,延長了應力作用于巖石的時間,破碎孔壁的能量減少,而增加輸送到周圍介質的能量。


在空氣間隔裝藥爆破過程中,應力卸載過程主要與在炸藥起爆后在炸藥與空氣的接觸面產生的稀疏波及從孔底反射的稀疏波傳播過程相關,同時,也是剪應力和拉應力產生和增大的必須條件,是導致炮孔近區巖體拉伸或拉剪破壞的主要因素。爆轟波穿過爆轟產物與空氣接觸后孔內壓力降低很多,而從堵頭反射的壓力波強度比最終孔內的平均壓力要大,甚至有可能大于耦合裝藥時的壓力,所以反射壓力波作用于空氣層所在炮孔有利于近區圍巖的壓剪破碎。


空氣間隔爆破試驗區各項爆破參數按以下:臺階高度H = 15m ,底盤抵抗線Wd =3.2~3.5m ,排距b= 3.2m、孔距a = 8.5m、孔深L = 16.8m、超深l = 1.8m、鉆孔布置為梅花布孔方式、微差時間25~75毫秒、炸藥單耗參照國內成功礦山的經驗,炮孔裝藥量為正??椎?0 %,取0.34 kg/ m3。


圖1 空氣間隔裝藥技術示意圖


表1 空氣間隔裝藥實驗參數及效果


從表中可能知道,利用空氣間隔裝藥技術明顯的降低了大塊率,爆堆集中整齊,減小根底發生的可能性,并使巖塊的均勻度得到了很好的改善。


實驗與常規爆破相比:


(1)一次爆破的炸藥單耗比常規爆破的單耗量降低了20%


(2)粉礦率、大塊率由常規的有所降低, 二次的爆破量相應的減低,二次爆破工作費降低。


(3)由于爆堆規格合理、塊度均勻,鏟裝工效提高,經濟效益提高。


四、結論


依據對影響爆破效果因素的分析,針對東龍白灰廠山的生產現狀,對現行的爆破方案進行了優化。


空氣間隔裝藥技術在實驗中收到了良好的效果,使爆破質量有了明顯的提高,大塊率由原來的6%降至2%,基本消除了根底現象的出現,并使巖塊均勻度有了明顯的改善。間隔器作為一種新型的爆破器材使爆破質量有了明顯的改善,操作簡單方便,減輕了工人的勞動強度。它不僅降低了炸藥的單耗,獲得了良好的經濟效益,而且提高了挖裝效率,減少了爆破的危害,是一種比較先進的爆破方法,具有很高的推廣價值。


新技術的應用大大降低了礦山的生產成本,使企業獲得了更高的經濟效益。今后,要對新技術進行大膽的實驗,并在使用中進行總結以期得到更好的推廣。


參考文獻:

[1] 朱紅兵.空氣間隔裝藥爆破機理及應用研究[D] (博士學位論文) .武漢:武漢大學, 2006.

[2] 張志呈,王成端.裝藥結構影響爆破效果的試驗分析[J ] .爆破, 1991 ,8 (2) :1 - 4.

[3] 陳壽如,邢東升,宋光明,等.堅硬礦巖臺階深孔爆破降低大塊率的綜合措施[J ] .有色全屬, 2002 ,54 (2) 34 -36.


(李村亭 連玉竹   中材礦山建設有限公司雙陽分公司


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編輯:金哲

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