白云鐵礦礦巖可爆性研究

2010-01-22 08:35:02馬建興

中國礦業 2010年6期

馬建興，馬強

(1.內蒙古科技大學礦業工程學院，內蒙古包頭 014010；2. 浙江中醫藥大學分析測試中心，浙江杭州 310053)

在礦山企業開采過程的總費用中，爆破工程的費用占主要部分。如何提高爆破工程的技術經濟指標，應著眼于縮小這項工程的開支。根據巖體強度特性設計爆破孔網參數，以增大每立方米礦巖的爆破量。根據巖石破碎抵抗能力選擇合理的炸藥單耗，以達到炸藥能量的合理利用。只有充分認識巖體的強度特性，對礦巖的可爆性作出準確評價，才有可能得出合理的孔網參數和炸藥單耗。我們用巖體裂隙參數、巖體縱波速度及炸藥單耗來研究礦巖的可爆性。

1 評價準則

進行礦巖可爆性的研究，關鍵在于確定合理的評價準則。歸納起來，主要有如下幾點：

①巖石強度。如最早的普氏，以巖石抗壓強度為主要判據。②炸藥單耗。如蘇氏分級方法。③工程地質參數。如美國礦山局的巖石分級法。④巖石彈性波速度。如前蘇聯哈努卡耶夫法、日本的巖石分級法。⑤能量平衡準則。如美國利文斯頓以巖石彈性變形能參數為分級判據。東北大學在能量平衡準則的基礎上，以標準條件下的巖石爆破漏斗體積、爆破巖塊度分布狀況和彈性波速度作為綜合分級判據。

2 巖體的裂隙參數

采礦工程所遇到的爆破對象巖石，大多數是具有裂隙的結構體。從地質構造來看，巖體中的裂隙是由于地質運動以及地殼中的應力分布產生的天然裂隙，其裂隙的分布方向、數量受地應力分布方向和地質構造特點控制。從露天爆破施工的特點來看，待爆臺階的巖體由于受臨近爆破的地震波震動及上部臺階爆破時的超爆作用，巖體中原為張開型的裂隙，其裂隙寬度可能更大，原為閉合型的裂隙也都大部分張開了。因此，爆破前，巖體實際上已經被裂隙分割成大小不同的塊狀結構體。根據現場礦山臺階調查及分析，得到裂隙參數見表1。

表1 不同巖石種類的裂隙參數

3 巖體中的縱波速度

3.1 縱波速度

炸藥在巖體中爆炸的瞬間，釋放出大量能量作用于巖石，引起介質的質點擾動，使其產生變形和破壞。隨著擾動距離增加，其能量衰減，直至形成彈性波。根據彈性動力學理論，在無限均勻介質彈性體中，巖體彈性縱波速度為：

(1)

式中：E為介質彈性模量；u為泊松比;ρ為介質密度。

由式(1)可見，縱波速度與巖礦特性是密切相關的，而且巖體中縱波速度大小，還綜合反映了礦巖的裂隙性和不均質性。

3.2 縱波速度測定

測定巖體中彈性波速度的主要原理，是通過測定兩個已知距離的接收點信號時差來計算縱波速度。我們利用爆破地震波測試儀，測得東礦不同礦巖縱波速度，如表2所示。

表2 不同礦巖縱波速度表

4 炸藥單耗

炸藥單耗是反映巖石介質爆破強度特性的一個重要指標。利用炸藥單耗的大小，可以評價礦巖的可爆性。礦山現場可用爆破漏斗試驗，確定炸藥單耗指標。

4.1 爆破漏斗試驗

根據爆破漏斗理論，當炸藥量一定時，隨著炸藥埋深的變化，爆破漏斗體積將發生變化。對于一定量炸藥，總存在一個最佳深度，在此深度下，爆破的巖石體積最大，從而可得到巖石爆破的合理炸藥單耗。

(1)試驗地點選擇。要求漏斗試驗結果，盡可能充分反映被爆礦巖的可爆性。在選擇試驗地點時，要選擇在采場中，并要選擇在較完整的巖體中。由于臺階上部的巖石已受到臨近爆破強烈震動和上部臺階的超鉆作用，已有不同程度的破碎，因此應把試驗地點選擇在較完整巖石的部位。

(2)試驗參數確定。確定炸藥單耗，最好是利用與生產爆破相同的炮孔和藥量。但由于生產爆破的炮孔爆破巖石量大，很難測量，大量的爆破漏斗試驗只能依靠小直徑炮孔爆破試驗，通過相似原理應用到生產爆破參數確定中。①試驗孔。采用風鉆打眼，孔徑為45mm，孔深0.6～1.1m。②裝藥。炸藥采用正常爆破用藥，裝藥量每孔300g。③孔位與標定。其作用是爆破后確定孔位和標高。