金
属 矿 山
METAL MIN E
总第2期
1998年第6期
周柳霞,全国锰矿技术委员会,高级工程师,410006湖南沙市岳麓山路148号。
矿岩深孔控制爆破与降震技术的进展
周柳霞
(全国锰矿技术委员会)
摘 要 概括总结了国内部分露天矿山进行控制爆破与降震研究所取得的成果,阐述了多种有效控制爆破方法和降震措施的特点。分析表明,我国矿岩深孔控制爆破与降震技术已取得快速发展,保证了我国许多大型露天矿边坡的长期稳定。
关键词 深孔 控制爆破 降震 进展
Development in the Controlled Deep 2H ole B lasting of Ore Rock and Vibration R eduction T echnologies
Zhou Liuxia
(N ational Com mittee of M anganese Ore Technology )
Abstract The achievements in the research of controlled blasting and vibration reduction in some China ’s open 2pit mines are reviewed and the characteristics of several effective controlled 2blasting methods and vibration reduction measures are described.The analysis has shown that China has achieved a ra pid develop 2ment in the controlled deep 2hole blasting and vibration reduction technologies ,which ensures a long 2term slope stability of China ’s large 2scale open 2pit mines.
K eyw ords Deep 2hole ,Controlled blasting ,Vibration reduction ,Development
为控制生产爆破对采场边坡的影响,各矿
山采用控制爆破技术来维护边坡岩体的稳定,武钢大冶铁矿等矿山和长沙矿冶研究院等合作试验研究了控制爆破和降震参数,不仅保证了深凹露天矿山爆破作业的正常进行,而且保证了加固的不稳定滑体能够顺利通过多年生产爆破考验而长期保持稳定。1 应用多种控制爆破方法降震111 多段顺序起爆
(1)最大一段药量对地震强度的影响。多段顺序起爆时,据10多次对比试验资料,整理出相对于齐发爆破的药量与震速的关系式为
V r ・m =0.4229Q r ・m 1.69683,(1)式中V r ・m 及Q r ・m (<1)分别为相对于齐发爆
破的震速和最大一段药量。
按(1)式计算可知,增多段数可以显著提高
降震率,例如应用3排孔爆破时(每排25孔),如果微差段数由3段增至6,17及30段,则降震率分别为71%,81%及87%。
(2)多段起爆方案。这个方案(图1)的优点是:简便,能避免雷管跳段出现闷炮;充分利用多段雷管降震;可以增加自由面;利用岩块飞扬的动能碰撞挤压,改善破碎质量(与间隔式对比,大块率平均降低57%,根底率降低30%);爆堆形状良好。112 预裂爆破11211 应用预裂爆破采取的措施
(1)预裂孔引起震动速度需小于22cm/s 。根据预裂孔爆破测震数据,震速V 与药量(预
・
51・
图1 多段顺序起爆方案
裂孔每段药量Q ),距离(R )有下列经验关系:
V =311(Q 1
3R
)2152
,(2)
当预裂孔药量为20kg 和30kg ,R =15m 时,为了控制V ≤22cm/s ,则每段可同时起爆的预裂孔数分别为6个和4个。
(2)预裂孔前面最好只有两排主炮孔,不留碴。这两排主炮孔按缓冲爆破要求安排药量,而且主炮孔应在预裂孔最后一段起爆后70～100ms 爆炸,以避免地震波的显著叠加。11212 预裂爆破参数计算
曾进行过10次预裂爆破近区加速度观测,
证实生产爆破中两预裂孔中间的观测孔加速度比预裂孔旁观测孔的加速度增大到2～2124倍。参数计算时还假定生产爆破与预裂爆破中同种岩石上最终裂隙尖端的拉应力是相等的。
选择合理参数的原则是:d A M d q
λ
最低,A o
d b >9,式中:A M ———最大预裂孔距,m ;
q λ
———除堵塞长度外,炮孔平均线
装药密度,kg/m ; A o ———合理预裂孔距,m ; d b ———孔径,cm 。
根据以上3点,可以整理出计算预裂爆破
参数的半经验公式。
当炮孔含水时,q λ=k ・q λ2
,q λ2
=0.0078d 2b -0.26d b +2.3 +(0.027d b -0.21)f ,
(3)d b =17以上,k =1;d b =15;k =0.95;
d b =10;k =1.12。
式中f 为矿岩的硬度系数;k 为孔径不同
的校正系数;当炮孔内无水时,
q λ=K ・q λ1
,K ・q λ1
=0.0087d 2
b -0.41d b +5.08 +0.0045d 1.679
b
・f ,(4)
式中:d b =17以上,k =1;d b =15,k =0.9,
d b =10;k =0.6。
当炮孔含水且不偶合系数K u =3.202-0.1116・f 时,合理预裂孔距A o =(8.601+0.3836f )d b 。
(5)
当孔内无水且K u =3.3132-0.1566f
时,A 0=(8.2427+0.4559f )d b 。
(6)对于孔径17cm ,K u =2.54～1.65的大冶铁矿,由上式可求得合理孔距A o 与孔径d b 之比为1019～14.1,q λ=1.7～3.7kg/m (每孔装药量为15～33kg ),这些参数已为大冶铁矿实际预裂爆破所采用。113 缓冲爆破与光面爆破
通过试验,认为缓冲爆破的设计原则是:在排距递减的情况下,适当选择前排到末排每孔装药量递减的比例,并调整起爆顺序,使各排孔对后方50m 处的折合药量相等,而各排到后方边坡的折合药量则是递减的。
适合大冶铁矿前排到末排的每孔装药量比例为1179∶1.51∶1.25∶1。实测结果表明,缓冲爆破较一般的多段顺序爆破降震18%～23%。
大冶铁矿光面爆破比较合理的参数为:光面孔距215～2.7m ,抵抗线312～3.6m ,每孔装药量60～90kg 。
几种控制爆方案的降震效果见表1。
表1 几种方案的降震效果
方案
孔 数/个总药量/t 最大一段药量/t 微差
段数
间隔
降震率
/%多段顺序24～50
5～26130157～216612～15间 隔
20～2153～58
14～16140147～018831
间 隔
60预 裂15～58
3～914
0181～11247～15
多 段40～4245～56314～619011～110512～27多 段43～5130～42116～21350114～019～18多 段35～4270～93
4130156
14
缓 冲24缓 冲38～41417～80151～113610～12多段顺序18～23孔内微差18～42
4～25
01095～01318～40
多段顺序
53～66
・
61・总第2期 金 属 矿 山 1998年第6期
合理间隔时间τ,是降震最好的时间,是形成新自由面的时间,也就是炮孔前方岩石前移和回弹的时间加上岩块脱离岩体的时间。
通过地震仪配合10段微差起爆器(Ⅰ法)、高速摄影(Ⅱ法)、磁电式电感速度计(Ⅲ法)测定了τ值,得出求τ的半径经验公式为
τ=K
1Q 1
3+K2Q
1
3+S/V a
=K1Q 1
3+(10.2
r e・D e
r r・C r
-1.78)Q
1
3
+S/V a,(7)式中:K1———岩石前移的历时系数,
K1=1.2～2;
K2———岩石回弹的历时系数;
r e,r r———分别为装药密度与岩石容重,
g/cm3;
D e,C r———分别为炸药在孔内爆速及岩体
中纵波传播速度,m/s;
S———岩块脱离开岩体距离;
V a———良好的松动爆破岩块的平均移
动速度,mm/ms(V a一般为2～
6);
Q———孔内装药量,kg。
按(7)式计算的孔间合理微差间隔时间与实测数的误差:在原生矿、大理岩、闪长岩中分别为213%,316%和1214%,说明计算结果有一定的可靠性。
在闪长岩中,孔径为230mm,用Ⅰ法测得:τ值为10ms,排间τ值为80ms,风化闪长岩排间τ值为40～50ms,留碴爆破τ值为清碴的1138倍;孔径为310mm时,用Ⅲ法测得留碴爆破τ值为清渣的1122倍。
还要指出,当矿岩很坚硬或由多组节理裂隙分割成块体状时,(7)式中的第2项就小得多。
通过用Ⅲ法测定,还提出了留碴爆破机理的新见解,即合理的留碴爆破改善破碎质量的原因是:由于爆区岩石受到两次压缩和两次卸载回弹,提高了爆炸能的利用率。3 大规模干扰降震
其原理是将一个爆区对称分为2、4、6个爆区,按分区合理间隔时间先后起爆各分区,形成大规模干扰降震,并取得了以下的生产试验,结果:在南芬铁矿的50～80万t级的7次大区爆破中,大规模干扰降震方案较之19万t级的中小区爆破,降震2816%、最高降震59%;大冶铁矿试验5次,降震2812%,最高降震4117%;在本钢石灰石矿逐孔顺序,干扰降震,较单孔爆破降震31%;在湘钢东安石灰石矿,降震40%～4215%;在湘乡白云石矿降震3614%。
311 东安石灰石矿降震效果
异步分区起爆综合降震新技术,既能显著降低振动强度,又能提高振动频率,在东安石灰石矿取得了显著的降震效果。
(1)采用异步分区爆破、严格控制总药量及段药量,当爆区接近采场边界线时,周家村测点的振动速度接近1(1104)cm/s,降震率达4215%。
(2)异步分区起爆方案可显著提高爆破振动频率达1318%～356%(周家村),从而使房屋自振频率范围内的地震能量减少,提高了房屋的地震安全性,抑制了房屋的摆动程度。
(3)有效地控制了采场爆区的后冲龟裂现象,从而为下一循环的穿孔爆破提供了良好的条件。
(4)振动速度波形平滑无异峰突出现象。312 湘钢湘乡白云石矿降震效果
在湘乡白云石矿干扰降震的波形及频谱见图2。比较观测结果中震动频率,震动频率明显提高,其提高率为28%～199%,由于震动频率的提高,大大提高了房屋的地震安全性。为了得到更好的降震效果,将测试结果进行电算优化,得出湘钢湘乡白云石矿合理分区间隔时间为:10m台阶Δt=16ms;15m台阶Δt= 17ms为宜。在后来的爆破中,由于应用了大规模干扰降震新技术,爆破地震效应明显降低。降低率为3614%～50%。
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7
1
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周柳霞:矿岩深孔控制爆破与降震技术的进展 1998年第6期
图2 部分震动波形及频谱
313 本钢石灰石矿的降震效果
按降震率高和破碎质量好的要求,推荐使
用的主要方案为:1993年4月30日的异步分区、大规模干扰降震方案见图3。降震率为31%,大块降低24%,炸药单耗为0.53kg/m 3。1993年5月14日的全用导爆管一孔一段降震方案,降震率为15%,大块率降低72%,炸药单耗为0165kg/m 3
。图3 逐孔顺序起爆与干扰降震方案
注:(1993年4月30日,52孔,50段)
4 结 语
(1)露天矿控制爆破降震技术已进行了多
种控制爆破方法和多种参数的试验,其中,利用多段雷管实行多段顺序起爆,是边坡降震的主要措施之一。
(2)通过大量的观测资料预计地震效应,求出边坡允许震速以及关于水平的震动频谱评价边坡稳定性,对爆破和边坡工程具有重要意义。
参 考 文 献
1 廖先葵等1矿岩控制爆破与降震的试验研究1长沙矿冶
研究院建院33周年论文集,1988:58～83
2 姜汉臣等1本钢石灰石矿爆破破碎质量的改进1中国锰
业,1994(4):20～23
3 曾羽中1东安石灰石矿爆破降震新技术1中国锰业,1995
(2):13～16
4 刘传友1湘钢湘乡白云石矿爆破降震技术的试验与应用1
中国锰业,1995(4):18～21
(收稿日期1998203215)
・信息苑・
中国冶金矿山企业协会
第二届理事会第二次会议顺利召开
【本刊讯】中国冶金矿山企业协会于1998年5月9日在河南省开封市召开了第二届理事会第二次会议。出席会议的有名誉理事长、理事长、副理事长、理事及其代表、专业委员会主任和特邀代表等共人。理事长董稼祥到会做“中国冶金矿山企业协会第一次理事会以来工作情况和1998年工作安排意见”的报告;教育专业委员会、冶金矿山工会工作专业委员会、
地方铁矿专业委员会等报告了专委会的工作情况。
本次会议特别邀请本钢粘土矿、包钢峙峪矿、固阳矿介绍了他们深化改革、振兴矿山、走出困境的经验,特别是本钢粘土矿《“小舢板”闯大潮 走向生存发展之路》的经验介绍,引起与会同志们的强烈共鸣。
(陈维辉)
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