露天台阶深孔控制爆破

露天台阶深孔控制爆破第八章露天台阶深孔控制爆破通常将直径大于50mm、深度超过5m的钻孔称为深孔。露天深孔一般在台阶〔梯段〕上或事先平整的场地上进行作业，按开挖形式分为开沟〔拉槽〕深孔爆破和台阶深孔爆破两种。开沟爆破时，爆破只有一个向上的自由面；台阶爆破时，有两个或两个以上的自由面，因此可得到较好的爆破效果。按炮孔方向可分为垂直深孔、倾斜深孔和水平深孔，倾斜深孔和垂直深孔广泛用于台阶爆破，水平深孔仅在爆破厚度和高度不大、场地条件受限制的路堑爆破、整平场地的爆破中使用。第一节台阶深孔控制爆破的根本原理一、台阶深孔爆破的原那么露天台阶深孔爆破必须在满足各种开挖工程技术要求的同时，提高爆破质量，改善爆破的技术经济指标，降低工程的总本钱。提高爆破质量就是一方面要破碎充分，便于高效率铲装；另一方面要最大限度地降低爆破危害，减少后冲、后裂和侧裂。改善爆破的技术经济指标，提高延米爆破量，降低炸药单耗，在保证爆破质量的前提下，使铲装、运输、机械破碎以及边坡支护等后续工序发挥高效率，降低工程的综合本钱。二、台阶构成与炮孔布置〔一〕台阶构成要素主要有：台阶高度H、前排钻孔的底盘抵抗线W1、台阶坡面角α、孔边距b、钻孔超深h、排距W2、孔距a、孔深〔H＋h〕、炮孔倾角、堵塞长度等。图8—1台阶深孔爆破〔二〕炮孔布置形式通常分为：单排布孔和多排布孔两种。当开挖工作面较长或较多、台阶高度较大、单排孔爆破能确保有一定的方量且满足装运要求时，在平安允许的条件下可采用单排布孔。在工作面少、台阶高度较低、单排孔爆破的爆落方量不能满足挖掘要求时，多采用多排布孔形式。多排布孔又分为矩形和三角形〔或称梅花形〕两种形式，如图8—2所示。从能量均匀分布的观点看，以等边三角形布孔最为理想，所以矿山多采用三角形布孔，而矩形布孔多用于开沟爆破。图8—2多排孔布置形式为了增加一次爆破量，广泛推广阔区多排孔微差爆破技术，无论采用哪种布孔形式，均应以孔距相等为原那么。铁路与公路路堑爆破因受地形条件变化的影响，在布孔方法上与露天矿的正规台阶爆破有所不同。其布孔条件较为复杂，通常有半路堑开挖布孔和全路堑开挖布孔两种方式。1、半路堑开挖布孔方式半路堑开挖多采用纵向台阶布孔法，即沿平行于线路方向布孔，如图8—3所示。对于高边坡半壁路堑，应采用分层布孔。图8—3半路堑布孔形式图8—4全路堑分层开挖布2、全路堑开挖布孔方式开挖断面小，爆破易影响边坡的稳定性。最好采用纵向浅层开挖，每层深约6~8m。上层顺边坡用倾斜孔进行预裂爆破，下层靠边坡的垂直孔深度应控制在边坡线以内，如图8—4所示。在露天矿基建初期的剥离、工业场地平整以及站场开挖等工程中，由于地形变化较大，其炮孔布置应随地形变化作适当调整。三、爆堆及其块度控制的概念台阶深孔爆破的控制目标主要有：岩体破碎程度及其范围、爆破的后冲作用、爆破地震对基岩或边坡的动力作用、爆破飞石危害、爆堆形状和推移距离、爆堆块度〔工程上常称为“级配〞〕等。对于前四个目标的控制，在台阶深孔爆破的实际应用中，可以通过优化选取爆破作用指数、炸药单耗、孔网参数〔最小抵抗线、孔距、排距、孔深〕、微差间隔时间、装药结构和起爆方案以及采用缓冲爆破、预裂爆破和挤压爆破等措施来实现。然而，对于爆堆形状和块度级配的控制问题目前涉及的并不多，并且由于其复杂性，实现起来尚有一定的困难。爆堆块度的控制正日益受到工程爆破界的重视。除了矿山生产中需要控制大块率和到达适合的块度组成外，在应用台阶爆破法开采石料构筑堆石坝的水利电力工程中，爆堆的块度组成或级配对构筑的坝体质量起着决定性的影响，不管大块度级或小块度级岩块的含量过高，都将影响坝体的稳定性和渗透性。块度级配就是将不同块度级〔尺寸〕的岩石碎块按照一定的配比混合在一起。爆破块度控制是一项较为复杂的研究课题。尽管国内外研究者已进行了大量的调查与实验工作，其难点在于爆破碎块的形成受岩体内宏观节理、裂隙、断层等地质结构〔构造〕和爆破参数的双重控制。实际调查结果发现，爆破岩块沿岩体的原生地质弱面〔节理、裂隙、层理等〕形成的比例超过80%。爆破块度在很大程度上受岩体节理裂隙分布特征的控制，受节理裂隙的间距分布状态的控制。假设岩体内的节理裂隙呈多向发育，平均间距小于0.5m，那么，当采用爆破法开采石料时，要获得含0.5m以上块度的级配石料是相当困难的。与此相反，假设节理裂隙不发育，岩体完整且均质，那么，通过选取不同的爆破参数、布孔形式和起爆顺序，就可能获得多种不同的级配石料〔爆堆〕。一般要求块度小时，应采用小孔径爆破；反之，采用大孔径爆破。需要指出的是，在富含各种结构弱面的岩体中爆破时，为了到达控制块度的目的，必要时可以不满足孔距相等的布孔原那么，尤其在含有地质断层的情况下，不能为保证孔距相等而布孔于断层带上。第二节台阶深孔爆破参数的设计计算台阶深孔爆破的爆破参数包括：孔径、孔距、底盘抵抗线、排距、，超深、孔深、台阶高度、台阶坡面角、孔边距、炸药单耗、每米炮孔装药量、堵塞长度、间隔装药时的药包分配、间隔距离、合理微差间隔时间等。一、孔径与孔深露天台阶深孔爆破的孔径主要取决于钻机类型、台阶高度、岩石性质和爆破要求。当采用潜孔钻机时，孔径通常为100～200mm。采用牙轮钻机或钢绳冲击式钻机时，孔径通常为250～310mm，也有的达500mm大直径钻孔。通常，钻机型号确定后，其钻孔直径已固定下来，国内采用的深孔孔径多为100、150、170、200、250、310mm等几种。孔深由台阶高度和超深确定。在实际施工中，钻孔内岩碴排不完，因此会出现钻孔深度与爆破实际孔深不一致的现象。在施工中，要尽量让孔深到达要求，以防出现根底。但是在设计中应充分考虑钻孔深度与爆破实际孔深的关系。二、台阶高度一般确定台阶高度的原那么有：①为钻机、铲装设备创造高效率工作的条件；②能创造最好的经济效益；③满足平安施工的要求。我国各行业间采用的台阶高度相差较大，主要随钻机、铲装设备的不同而异。在确定台阶高度时，应把机械设备的平安高效作业放在第一位，一般为8~15m，在国内的金属矿开采中也有采用15~18m高台阶的。三、底盘抵抗线由于台阶坡面往往是一斜面，对于垂直深孔而言就存在两种抵抗线，即最小抵抗线与底盘抵抗线。最小抵抗线是指台阶平台水平上药柱中心至台阶坡面的最小距离。底盘抵抗线是指台阶平台水平上药柱中心至台阶坡面底线的距离。为了克服爆破时的最大阻力，防止台阶底部出现“根底〞，一般都采用底盘抵抗线作为爆破参数设计的依据，而不是用最小抵抗线。底盘抵抗线过大，根底增多，影响爆破效果；底盘抵抗线过小，爆破量又会太小，影响爆破技术经济指标。对于一定的炮孔直径有一个适合的底盘抵抗线。因此，底盘抵抗线可按炮孔直径计算W1=nD式中W1——底盘抵抗线，m；D——炮孔直径，m；n——与炮孔倾角、岩石硬度有关的系数，一般取n=20~45；对于垂直炮孔，岩石硬度大时取小值，岩石硬度小时取大值。在炮孔直径、装药密度和炮孔密集系数的条件下，可根据单个炮孔的装药量计算底盘抵抗线式中Δ——装药密度，kg/m3；Τ——装药系数，Τ=0.6~0.8;m——炮孔密集系数，即孔距与排距之比，m＝0.7~1.4；q——炸药单耗，kg/m3。可作为按式〔8-1〕所确定的底盘抵抗线的校核公式，计算值应大于式〔8-1〕的计算值；否那么，就可能出现炮孔装不完计算炸药量的情况。此外，据实践经验，在台阶高度和炮孔直径选择合理的条件下，底盘抵抗线还可按台阶高度H确定，即

当岩石坚硬、台阶高度小时，取小值；反之，那么取大值。为了钻机平安作业的需要，底盘抵抗线应满足如下关系b——孔边距，m；α——台阶坡面角，α=600~750。四、孔距与排距孔距一般可按底盘抵抗线和炮孔密集系数确定a=mW1〔8—5〕对于一般条件下的爆破，炮孔密集系数m＝0.7~1.4，在小抵抗线宽孔距爆破中〔如斜线起爆时〕，m＝2.0~5.0。多排齐发爆破

W2=〔0.9~1.0〕W1多排微差爆破W2=W1在采用正三角形布孔时，可按排距与孔距的几何关系确定排距W2=asin600≈0.866a五、超深超深是钻孔超过台阶底板的局部。为增加炮孔底部的炸药量，克服台阶底板的夹制作用，防止爆破后在台阶底部留下根底。超深值主要取决于岩石的可爆性，如果岩石坚硬、可爆性差，超深应加大；如果岩石松软，超深那么小。超深与底盘抵抗线大小、坡面角和底部装药情况有关，坡面角越大，底部装药量大，那么超深就小，反之那么大。超深可按下式计算实践说明，在超深值大于15D后，超深局部炸药爆破克服台阶底板夹制作用的能力已减弱，过大的超深已没有实际意义。目前，台阶深孔爆破的超深一般不超过3.5m，假设条件允许，应力求减小超深。六、孔边距与岩石性质有关，还对穿孔设备的平安影响较大，同时与垂直孔的底盘抵抗线大小有直接关系。在钻垂直深孔时，在平安前提下，往往要求穿孔时孔边距尽量小一些。孔边距一般取2.5~3.0m。七、堵塞长度堵塞长度L一般可按炮孔直径或底盘抵抗线确定，即L=〔20~30〕D或L=〔0.5~0.75〕W1八、炸药单耗取决于以下几个因素：〔1〕岩石的爆破性能。一般与岩石的物理力学特性和结构特征有关，岩石越硬、越完整，单耗就越高。〔2〕炸药的威力。使用的炸药威力越高，单耗就越低。〔3〕装药的堵塞情况。堵塞越差，单耗越高。〔4〕开挖对爆破的要求。即要求爆破后块度的大小、爆堆堆散的范围等等。对于2#岩石铵梯炸药；在保证堵塞长度大于2m的情况下，q值也可按表5-1选取。九、每孔装药量单排孔爆破或多排孔爆破的第一排孔的每孔装药量Q1由下式计算：Q1=qW1当可以不考虑对边坡的影响，且边孔在无侧向临空面时，为了克服岩体的夹制作用，药量可增加20%左右。多排孔齐发爆破时，后排孔抵抗线用排距计算，其药量要增加20%，即后排孔每孔装药量为Q2=1.2qW2多排孔微差爆破时，后排孔的药量可与单排孔的药量计算方法相同。十、装药结构深孔爆破最好使用综合装药法：孔底用威力大、爆速高的炸药；上部用威力小、爆速低的炸药。或者孔底采用高装药密度，上部采用低装药密度。目前大多数工程爆破中仍使用一种炸药和相同的装药密度，此时整个炮孔的装药结构分为连续装药与间隔装药两种形式。〔一〕连续装药结构施工简单，但由于孔的上部不装药段〔即堵塞段〕较长，这一局部岩体爆破后容易出现大块，特别是台阶较高、坡面较陡、上部岩石坚硬时，大块率较高。这种装药结构适用于台阶较低、孔深小、外表岩石比拟破碎或风化严重、上部抵抗线较小的深孔爆破。〔二〕间隔装药结构采用间隔装药可以改善爆破质量，提高装药高度，减少孔口不装药局部的长度，降低大块率。采用间隔装药时，应该把大局部炸药装在台阶爆破阻力最大处，孔中不装药局部要选择在距台阶坡面最近之处〔即抵抗线小的地方〕，或爆炸气体可能沿裂隙逸出的地方。图图8-5孔间间隔装药结构1—不装药、堵塞段；2—装药段如果岩体是水平走向的层状岩石，那么装药部位应该位于较厚或较坚硬的岩层部位。在地质条件复杂时，要根据炮孔中的地质变化情况，选择薄弱局部〔如断层、土夹层〕或岩性破碎局部作为不装药段。在间隔装药中，上部药包顶至孔口的垂直距离不能小于孔边距。间隔装药段不宜过多，在台阶高度小于15m时可分2~3段，中间不装药局部的长度为1~2m,一般情况下，为了提高装