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刚果( 金) 露天金属矿预裂爆破技术
2018-06-11
为更好地控制刚果(金)华刚矿业铜钴矿D 坑采场的露天矿边坡稳定性,通过参考该 国露天金属矿爆破施工经验,对该采场预裂爆破的炮孔直径、线装药密度和孔距3 个参数之间的变 量关系进行了统计分析,得出了该矿山最适宜的预裂爆破参数。实践表明,半孔率可达80% 以上, 有效确保了边坡稳定性。
Serial No. 589 May. 2018 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 589期 2018 年 5 月第 5 期 · 实用技术· 刚果(金)露天金属矿预裂爆破技术 张震宇ꢀ 祁晓鑫 中铁九局集团有限公司大连分公司) ( ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 为更好地控制刚果(金)华刚矿业铜钴矿 D 坑采场的露天矿边坡稳定性,通过参考该 国露天金属矿爆破施工经验,对该采场预裂爆破的炮孔直径、线装药密度和孔距 3 个参数之间的变 量关系进行了统计分析,得出了该矿山最适宜的预裂爆破参数。 实践表明,半孔率可达 80% 以上, 有效确保了边坡稳定性。 关键词ꢀ 预裂爆破ꢀ 边坡稳定性ꢀ 炮孔直径ꢀ 线装药密度ꢀ 孔网参数 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2018. 05. 054 ꢀ ꢀ 由中国中铁刚果(金) 矿业建设有限公司承担 Kv =3. 9。 不耦合系数也可采用下式计算 剥离施工任务的华刚矿业铜钴矿 D 坑采场位于刚 果(金)加丹加省科卢韦奇市西南,采场西帮为 20 世纪 90 年代比利时人开采遗留区域,西帮风化程度 较高,岩性破碎,稳定性较差。 现阶段采场采掘重点 部位为采场西部 1 252 m 水平的 RSF( CU2 ) 主矿 体,该区域临近采场西帮固定边坡,采用传统爆破技 术无法满足边坡稳定性控制需求。 为此,本研究采 用预裂爆破技术对该边坡稳定性进行控制。 Kv = D/ d , (2) 式中,D 为钻孔直径,mm;d 为药卷直径,mm。 试验采用的卷装乳化炸药单个质量为 2 kg,长 560 mm,直径 38 mm,根据式(2)计算出的实际不耦 合系数为 4,可满足不耦合系数取值条件。 1 . 2ꢀ 钻孔间距与线装药密度 采场西帮岩石为层状硅化白云岩,该岩体硅化 1 ꢀ 预裂爆破试验方案 结合矿山实际情况和现有穿孔设备,预裂爆破 程度较高,岩体较硬,抗压强度约为 120 MPa。 参照 类似矿山在该力学状态下岩石的预裂爆破参数取 值,可得出钻孔直径 ϕ、线装药密度 QL 和钻孔间距 a 的相互关系,如表 1 所示。 试验选用 Atlas-D55 钻机钻凿预裂孔,该钻机钻孔直 径为 152 mm,可以打倾斜钻孔,能够满足预裂孔钻 孔需求。 采用空气间隔不耦合装药预裂爆破方 [ 1-4] 表 1ꢀ 国内外部分露天矿山岩体强度和预裂爆破 参数经验取值 案 。 1 . 1ꢀ 预裂孔不耦合系数 ϕ/ mm Q L / (g/ m) a / cm 30 ϕ/ mm 120 Q L / (g/ m) a / cm 100 采用不耦合装药方式的目的是为了降低孔内炸 40 60 80 600 700 1 200 1 550 1 800 药量和爆炸后的初始压力,避免炮孔周围岩石过度 粉碎,以形成更完整的预裂缝。 预裂爆破不耦合系 数的计算公式为 50 170 135 850 70 200 155 - Kv = 1 + 18. 32Sc 0. 26 100 1 000 85 , (1) ꢀ ꢀ 注:岩体抗压强度为 σ 为 120 MPa。 式中,Kv 为不耦合系数;Sc 为单轴极限抗压强度, 2 对表 1 中的数据进行回归分析,可知相关性系 数为 0. 964,线性回归曲线的相关性系数为 0. 998 6 kg / cm 。 根据矿山地质情况,采场西帮 RSF 矿体普氏系 数 f = 12, 经 过 换 算, 可 知 RSF 抗 压 强 度 ( σc ) 2 为 120 MPa,即 1 200 kg / cm 。 经式(1) 计算可得, ( 图 1)。 图 1 中 σ 与 QL 的线性关系可用下式表示: QL = 7. 648 5ϕ + 258. 66 . (3) ꢀ ꢀ 将 钻 孔 直 径 152 mm 代 入 式 ( 3 ), 可 得 QL 1 421. 232 g / m,本研究 QL 实际取值为 1 400 g / ꢀ ꢀ 张震宇(1990—),男,助理工程师,116001 辽宁省大连市。 = 2 51 总第 589 期 m。 现代矿业 2018 年 5 月第 5 期 同理,可得 ϕ 与 a 的线性关系式: 2 52 ꢀ ꢀ 张震宇ꢀ 祁晓鑫 :刚果(金)露天金属矿预裂爆破技术ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2018 年 5 月第 5 期 图 1ꢀ σ 与 QL 的线性关系 a = 0. 767 3ϕ + 4. 879 8 . (4) ꢀ ꢀ 将钻孔直径 152 mm 代入式(4) 中,可得 a = 21. 5 094 cm,本研究 a 实际取值为 1. 2 m。 . 3ꢀ 预裂炮孔装药结构 1 1 本研究预裂孔的装药结构采用空气间隔径向不 [ 5-8] 耦合装药方式 。 在预裂炮孔中将 3 卷乳化炸药 图 3ꢀ 炮孔布置示意 3 式中,q 为单位炸药消耗量,kg / m ;ht 为台阶高度, ( 共 6 kg)用宽胶带捆扎绑紧后置于孔底,起爆药柱 用 宽 胶 带 固 定 于 孔 内 管 上, 并 按 照 线 装 药 密 度 1 400 g / m 进行间隔装药,上端充填段充填长度 为 3 m,装药结构如图 2 所示。 m;WD 为底盘抵抗线,m。 经计算得出主炮孔第 1 排孔的单孔装药量为 Qk =192. 15 kg,实际取值为 190 kg。 多孔爆破时,后 排孔应取第 1 排孔单孔药量的 1. 1 ~ 1. 3 倍,考虑到 最少预留 4. 5 m 填塞高度,后排孔取第 1 排孔单孔 药量的 1. 1 倍,即后排孔单孔装药量为 210 kg。 正 常情况下缓冲孔药量取值应为主炮孔药量的 50% ~ 60% ,为减小缓冲孔爆破冲击波对固定边坡的扰 动,缓冲孔采用 D55 潜孔钻机进行穿孔作业,装药 结构为孔底 30 kg 乳化炸药耦合装药,上部装药结 构为卷装乳化炸药 12 卷,每 3 卷 1 组用宽胶带捆扎 后置于孔内,顶部确保 3. 5 m 填塞高度。 图 2ꢀ 径向空气间隔不耦合装药结构 1 . 4ꢀ 预裂爆破孔网参数设定 1 . 6ꢀ 起爆网络和起爆方式 本研究露天矿设计段高为 15 m,边坡角 60°,为 [ 9-10] 试验中预裂爆破设置主炮孔 3 排、缓冲孔 1 排、 提升爆破效果,采用分层爆破方式 。 一次爆破 预裂孔 1 排。 考虑到预裂爆破装药复杂、作业时间 长,每次爆破的预裂长度控制在 100 m 以内。 预裂 孔选用导爆索连接起爆网络,齐发起爆形成预裂缝, 起爆时间优先于主炮孔 100 ms,主炮孔与缓冲孔采 用 25 ms 微差逐孔起爆方式。 段高为 7. 5 m,其中主炮孔选用阿特拉斯 DML 型牙 轮钻进行穿孔作业,钻孔直径为 250 mm,采用乳化 3 炸药耦合装药方式,炸药密度为 1. 05 g / cm ,在相同 段高及岩性条件下,炮孔装药系数为 0. 5,炸药单耗 3 为 0. 6 kg / m ,炮孔密集系数为 1. 15,经计算得出的 1 . 7ꢀ 爆破施工注意点 预裂爆破须采用清渣爆破方式,减小主炮孔 底盘抵抗线为 6. 1 m。 炮孔排距取 6 m,根据炮孔密 集系数计算出的主炮孔间距为 7 m,超深取值 1 m。 预裂孔孔间距为 1. 2 m,沿着边坡境界线进行穿孔 作业,坡顶线与坡底线的水平间距为 4. 3 m,远离坡 底线 0. 7 m 布置缓冲孔,因此缓冲孔与预裂孔的排 间距为 5 m,根据炮孔密集系数得出缓冲孔间距 为 6 m,炮孔布置平面如图 3 所示。 ① 爆破后冲,保证爆破质量;②前排抵抗线可根据情况 适当缩小,避免由于抵抗线过大造成后冲对预裂效 果产生影响;③导爆索网路连接应考虑爆轰波的传 爆方向,必须确保每条支路的接头迎着传爆方向,夹 角应大于 90°;④导爆索网路在敷设过程中,应避免 脚踩和冲击、碾压导爆索;⑤保证预裂孔穿孔区域作 业面平整,确保钻孔角度统一,使预裂孔形成于同一 个预裂面上。 1 . 5ꢀ 预裂爆破孔网参数设定 在其他爆破参数固定的条件下,单排孔爆破或 多排孔爆破时,第 1 排孔装药量的计算公式为 Qk = qaht WD , 2 ꢀ 预裂爆破试验效果 (5) 本研究预裂爆破试验区位于采场西部临近采场 2 53 总第 589 期 现代矿业 2018 年 5 月第 5 期 西帮的 RSF(CU2 ) 主矿体区域,矿石种类为层状硅 ꢀ ꢀ (2)当岩石抗压强度较高,岩体完整程度较好 时,可采用空气间隔径向不耦合装药预裂爆破技术, 爆炸后产生的高压气体对孔壁的径向作用,有利于 预裂孔间预裂缝形成,且预裂孔底加强装药有利于 预裂孔底部的岩石充分致裂和适当破碎。 化白云岩,极限抗压强度约为 120 MPa,普氏系数 f 3 12,矿石密度为 2. 6 5 t/ m ,矿石硅化程度较高,岩 = 石完整性较好,可爆性差。 严格按照本研究设计参 数在预裂爆破试验区域共进行了 4 次缓冲预裂爆破 试验。 爆破后爆堆表面预裂缝较明显,主炮孔爆堆 隆起正常,经采装作业后,除节理裂隙发育程度较高 的部位以外,预裂孔的半孔率达到 80% 以上,围岩 破坏不明显,预裂缝连续性较好,边坡岩体的稳固性 得到了充分保护,预裂孔和缓冲孔之间没有根底,主 炮孔大块率小于 1% ,采装效率较高,达到了预期的 爆破效果(图 4)。 ( 3)由底盘抵抗线推算出的主炮孔的孔网参数 以及单孔装药量,对于爆破施工有较好的指导意义。 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ 1]ꢀ 王志忠. 大孤山露天铁矿高陡边坡稳定性分析[D]. 阜新:辽 宁工程技术大学,2011. [2]ꢀ 王德胜,周庆中,龚ꢀ 敏,等. 深凹高边坡露天矿大孔径水压预 裂爆破技术[J]. 金属矿山,2011(8):10-14. [ [ [ 3]ꢀ 高永涛,吴顺川. 露天采矿学[ M]. 2 版. 长沙:中南大学出版 社,2012. 4]ꢀ 沈立晋. 预裂爆破技术在露天边坡中的应用[J]. 有色金属:矿 山部分,2004,56(3):28-29. 5]ꢀ 戚ꢀ 星,柳呈华,陈ꢀ 跃. 露天矿采取台阶最终边坡预裂爆破 技术探讨和应用[ J]. 安徽冶金科技职业学院学报,2016,26 ( 1):30-31. [ [ [ [ [ 6]ꢀ 闫大洋. 露天矿台阶预裂爆破参数优化的研究与应用[D]. 唐 山:河北理工大学,2007. 图 4ꢀ 爆破效果 7]ꢀ 陈立强,杨风华. 边坡控制爆破技术的应用[ J]. 中国矿山工 程,2011(3):5-9. 3 ꢀ 结ꢀ 论 ( 8]ꢀ 王洪军. 首云铁矿露天岩柱剥离治理工程靠帮预裂爆破[J]. 现代矿业,2016(6):237-238. 1)在进行预裂爆破方案设计时,应综合分析 矿山地质条件及所爆岩体的主要力学性质和主要参 数,在理论分析及经验公式计算的基础上,确定预裂 孔孔径、线装药密度、孔距,而后通过现场试验分析 爆破效果,进一步验证预裂爆破参数取值的合理性。 9]ꢀ 蒋成荣,杨春城,余锡章. 边坡预裂爆破质量影响因素分析 [ J]. 云南冶金,2002(6):6-8. 10]ꢀ 杨小林,刘红岩,王金星. 露天边坡预裂爆破参数设计[J]. 河 南理工大学学报(自然科学版),2002,21(2):118-122. ( 收稿日期 2017-11-20) ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ 煤炭科学技术,2014,42(10):98-105. ( 上接第 232 页) [ [ [ 16]ꢀ 刘满才,许光泉,刘丽红. 示踪试验在探查灰岩含水层突水通 道中应用[J]. 煤田地质与勘探,2014,42(5):50-54. 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