露天臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)方法探討

楊勃++陳慶凱++雷高

摘 要：露天臺(tái)階爆破在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有廣泛的應(yīng)用，在煤炭、金屬礦、建材礦山等工程領(lǐng)域，爆破方法是破碎礦巖的主要手段。結(jié)合國(guó)內(nèi)外露天臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)方法與工程實(shí)踐，總結(jié)了露天臺(tái)階爆破的鉆孔形式、布孔方式和爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，并應(yīng)用于工程實(shí)例中，為露天臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)提供一個(gè)參考。

關(guān)鍵詞：露天臺(tái)階 爆破設(shè)計(jì) 抵抗線 填塞長(zhǎng)度 單位炸藥消耗量

中圖分類號(hào)：TD235 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（a）-0070-02

露天臺(tái)階爆破被廣泛應(yīng)用于礦山、公路、鐵路和水利水電等工程中。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)我國(guó)采用露天臺(tái)階爆破進(jìn)行露天開(kāi)采的礦石產(chǎn)量比例逐年增加，其中，鐵礦石開(kāi)采占90%，有色金屬礦石開(kāi)采占52%，化工原料開(kāi)采占70.7%，建筑材料開(kāi)采近100%[1]。隨著各種土石方工程難度的增大和爆破成本的增加，露天臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)方案越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)心。爆破設(shè)計(jì)方案是爆破施工的前提條件，直接決定著爆破效果和經(jīng)濟(jì)效益[2]。

國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的露天臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)方法是：首先根據(jù)炮孔直徑確定底盤(pán)抵抗線，其次根據(jù)巖性選取單位炸藥消耗量，最后再確定孔距、排距、填塞長(zhǎng)度等其它爆破參數(shù)。筆者結(jié)合多年國(guó)內(nèi)外爆破設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐所學(xué)知識(shí)，介紹一種新的設(shè)計(jì)思路，首先根據(jù)臺(tái)階高度選取鉆孔直徑，再依據(jù)巖性和爆破目的計(jì)算填塞長(zhǎng)度、抵抗線等爆破參數(shù)，最后計(jì)算出單位炸藥消耗量。

1 露天臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)

1.1 臺(tái)階要素

露天臺(tái)階爆破的臺(tái)階要素主要包括：臺(tái)階高度、炮孔直徑、填塞長(zhǎng)度、最小抵抗線、底盤(pán)抵抗線、孔距和排距b、炮孔長(zhǎng)度和裝藥長(zhǎng)度等。

1.2 鉆孔形式

露天臺(tái)階爆破鉆孔形式一般分為垂直鉆孔和傾斜鉆孔兩種，傾斜孔較垂直孔具有更多的優(yōu)點(diǎn)，但因鉆鑿傾斜孔的操作技術(shù)要求高，且在裝藥過(guò)程中容易堵孔，故垂直孔應(yīng)用的比較廣泛。

1.3 布孔方式

布孔方式有單排布孔及多排布孔兩種。多排布孔又分為矩形（含方形）和梅花形（又稱三角形）兩種。

從炮孔施工方面來(lái)說(shuō)，矩形布孔更容易定位，鉆機(jī)移動(dòng)次數(shù)少；從能量均勻分布角度來(lái)看，梅花布孔更為理想，特別是等邊三角形布孔，但梅花布孔在爆區(qū)兩端經(jīng)常需要進(jìn)行補(bǔ)孔，以便獲得均勻整齊的巖面。實(shí)際布孔應(yīng)根據(jù)露天臺(tái)階爆破作業(yè)要求、巖體性質(zhì)以及工作面情況綜合考慮[4]。

1.4 爆破參數(shù)

1.4.1 臺(tái)階高度

臺(tái)階高度取決于生產(chǎn)規(guī)模、挖掘設(shè)備的作業(yè)技術(shù)參數(shù)和對(duì)開(kāi)采選別性的要求，控制著臺(tái)階垂直方向的能量分布，影響巖石拋擲過(guò)程和其它爆破參數(shù)。一般按現(xiàn)有的鉆孔、挖裝設(shè)備和開(kāi)挖條件確定臺(tái)階高度。目前，金屬礦石的臺(tái)階高度多為12 m；煤礦臺(tái)階高度為10～15 m；水利水電工程，臺(tái)階高度一般為8～15 m。隨著鉆機(jī)和施工機(jī)械的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外已有向高臺(tái)階方向發(fā)展，且爆破質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)得到大幅度提高。

1.4.2 炮孔直徑

炮孔直徑控制著垂直方向能量的分布，而且是主要因素。炮孔直徑?jīng)Q定了其它爆破參數(shù)的大小，如填塞長(zhǎng)度、最小抵抗線等。通常，鉆大直徑孔較小直徑孔省錢，所以鉆孔直徑越大越好。但是，隨著鉆孔直徑的增加，炸藥單耗不變的情況下，孔網(wǎng)參數(shù)變大，巖塊粒度也會(huì)加大。如果想保持巖塊粒度不變，就必須增加炸藥單耗，孔網(wǎng)參數(shù)相對(duì)減小。

由于巖體不同程度地存在著節(jié)理、層理和斷層等自然缺陷，為了爆破后獲得可接受的塊度，最大炮孔直徑往往受到了限制。炮孔直徑與臺(tái)階高度之間存在一定比例關(guān)系。

（1）

炮孔直徑取值的大小與巖體節(jié)理裂隙發(fā)育程度和爆破目的相關(guān)。當(dāng)巖體節(jié)理裂隙很發(fā)育時(shí)，取1/50，當(dāng)巖體節(jié)理裂隙很不發(fā)育時(shí)，取1/80。

1.4.3 超深

超深是指鉆孔超過(guò)臺(tái)階底盤(pán)水平的深度，只有需要的時(shí)候，才設(shè)置超深，其值大小與炮孔直徑成一定比例關(guān)系。

（2）

超深取決于巖體結(jié)構(gòu)和類型，而且與挖掘設(shè)備要匹配，避免超挖。

1.4.4 炮孔長(zhǎng)度和裝藥長(zhǎng)度

垂直鉆孔時(shí)，炮孔長(zhǎng)度L等于臺(tái)階高度與超深之和。

（3）

為了充分利用炮孔的長(zhǎng)度，一個(gè)炮孔的長(zhǎng)度除了填塞以外，其余長(zhǎng)度全部用于裝藥。

（4）

1.4.5 填塞長(zhǎng)度

填塞長(zhǎng)度由炮孔直徑控制，也決定著抵抗線的大小。

（5）

填塞長(zhǎng)度取決于爆破塊度的要求和填塞物的性質(zhì)，如密度大的硬巖（鐵礦石）取小值，要求控制飛石時(shí)取大值。

1.4.6 最小抵抗線

為了克服抵抗線向前和向上兩個(gè)方向上的約束，抵抗線和填塞長(zhǎng)度保持一種平衡關(guān)系。

（6）

抵抗線取值的大小取決于巖體的節(jié)理裂隙發(fā)育程度和爆破目的。

對(duì)于垂直鉆孔，排距就是最小抵抗線B。但在順層節(jié)理面明顯，底盤(pán)抵抗線較大時(shí)，最小抵抗線不同于底盤(pán)抵抗線。此時(shí)，底盤(pán)抵抗線值較大，應(yīng)采取相應(yīng)措施，增加頭排孔數(shù)目及裝藥量，用以克服較大的阻力。

1.4.7 孔距

孔距大小由抵抗線大小決定，與布孔方式有關(guān)，采用等邊三角形布孔最好，它決定了水平方向上的能量分布。

（7）

1.4.8 炸藥類型及單孔裝藥量

根據(jù)巖性及爆破條件選取炸藥類型，如炮孔中無(wú)水，且節(jié)理裂隙較發(fā)育時(shí)，可選用多孔粒狀銨油炸藥，炮孔中有水時(shí)則應(yīng)選用乳化炸藥。選擇完炸藥以后，先計(jì)算出每米炮孔長(zhǎng)度裝藥量（延米裝藥量）Ky，然后根據(jù)下式計(jì)算出單孔裝藥量。

（8）

1.4.9 單位炸藥消耗量q

單位炸藥消耗量可用公式（9）計(jì)算得出。endprint

（9）

單位炸藥消耗量q是露天臺(tái)階中的重要指標(biāo)，影響炸藥單耗的因素有很多，主要有炸藥性能、巖體的可爆性、爆破目的等。所以，對(duì)于同樣的巖性，使用同樣的炸藥，因?yàn)楸颇康牡牟煌?，單位炸藥消耗量有較大差異也是可能的。設(shè)計(jì)計(jì)算出的q值是否合理可與表1對(duì)照比較。表1中的q值只能作參考，不可強(qiáng)求相同。

1.5 起爆方案

盡管多排孔的布孔方式只有矩形和三角形兩種，但是起爆順序卻是變化萬(wàn)千，主要有排間順序起爆、V形起爆、斜線起爆、梯形起爆和逐孔起爆等。由于大量工程實(shí)踐表明，逐孔起爆具有明顯的優(yōu)勢(shì)，所以這里只介紹逐孔起爆。

所謂逐孔起爆技術(shù)，就是爆區(qū)中任何一個(gè)炮孔爆破時(shí)，在空間上相鄰的炮孔都是按照一定的起爆順序單獨(dú)起爆的爆破技術(shù)。核心是先起爆的炮孔為后起爆的炮孔提供新的動(dòng)態(tài)的自由面。逐孔起破技術(shù)要求起爆雷管的精度高，延時(shí)誤差小，爆破設(shè)計(jì)必須精準(zhǔn)而且能夠優(yōu)選爆破設(shè)計(jì)方案。

確定孔間和排間延期間隔時(shí)間是實(shí)現(xiàn)逐孔起爆的重要保證，以形成新自由面所需要的時(shí)間確定毫秒延期間隔時(shí)間是常用的方法，可用公式（10）計(jì)算：

Δt=k·B （10）

式中k-與巖石性質(zhì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和爆破條件有關(guān)的系數(shù)?？组g取2～8 ms/m，排間取10～16 ms/m，硬巖取小值，軟巖取大值，節(jié)理裂隙發(fā)育時(shí)取大值。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 實(shí)例條件

例1：金礦，臺(tái)階高度6 m，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石硬度大，無(wú)水。

要求：用挖掘機(jī)鏟裝，一次挖掘高度3 m，避免過(guò)分前拋。

例2：鐵礦，臺(tái)階高度12 m，節(jié)理裂隙很發(fā)育，無(wú)水，硬巖。

要求：電鏟鏟裝，一次挖掘高度12 m，中等前拋。

例3：土石方，臺(tái)階高度4 m，堅(jiān)硬巖體，有水，節(jié)理裂隙不發(fā)育，必須控制飛石。

要求：挖掘機(jī)分兩步鏟裝，一次挖掘高度2 m，中等前拋。

2.2 設(shè)計(jì)結(jié)果（見(jiàn)表2）

3 結(jié)語(yǔ)

露天臺(tái)階爆破是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，且是一門(mén)較為成熟的技術(shù)。在實(shí)際爆破作用過(guò)程中，爆破參數(shù)選擇是否合理，直接決定著爆破效果和經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)對(duì)露天臺(tái)階爆破鉆孔形式、布孔方式和各個(gè)爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)介紹，為國(guó)內(nèi)露天臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)提供一種新的思路。

設(shè)計(jì)不是一成不變的。針對(duì)某個(gè)具體的露天臺(tái)階爆破工程，依據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行爆破實(shí)踐，根據(jù)爆破效果好與壞調(diào)整爆破參數(shù)，再實(shí)踐，再調(diào)整，循環(huán)往復(fù)，直至確定最佳的爆破參數(shù)為止。爆破現(xiàn)場(chǎng)的條件千變?nèi)f化，必須有大量的爆破工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，才能應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜爆破設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 汪旭光，鄭炳旭，張正忠，等.爆破手冊(cè)（上冊(cè)）[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2013.

[2] 蘇都都，嚴(yán)鵬，盧文波，等.露天臺(tái)階爆破爆堆形態(tài)的PFC模擬[J].爆破，2012，29（3）：35-41.

[3] 高爾新，楊仁樹(shù).爆破工程[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[4] 祁茂富，尚文凱.臺(tái)階深孔爆破產(chǎn)生根底與大塊原因分析及其控制措施探討[J].露天采礦技術(shù)，2003，1：10-12.endprint

（9）

單位炸藥消耗量q是露天臺(tái)階中的重要指標(biāo)，影響炸藥單耗的因素有很多，主要有炸藥性能、巖體的可爆性、爆破目的等。所以，對(duì)于同樣的巖性，使用同樣的炸藥，因?yàn)楸颇康牡牟煌瑔挝徽ㄋ幭牧坑休^大差異也是可能的。設(shè)計(jì)計(jì)算出的q值是否合理可與表1對(duì)照比較。表1中的q值只能作參考，不可強(qiáng)求相同。

1.5 起爆方案

盡管多排孔的布孔方式只有矩形和三角形兩種，但是起爆順序卻是變化萬(wàn)千，主要有排間順序起爆、V形起爆、斜線起爆、梯形起爆和逐孔起爆等。由于大量工程實(shí)踐表明，逐孔起爆具有明顯的優(yōu)勢(shì)，所以這里只介紹逐孔起爆。

所謂逐孔起爆技術(shù)，就是爆區(qū)中任何一個(gè)炮孔爆破時(shí)，在空間上相鄰的炮孔都是按照一定的起爆順序單獨(dú)起爆的爆破技術(shù)。核心是先起爆的炮孔為后起爆的炮孔提供新的動(dòng)態(tài)的自由面。逐孔起破技術(shù)要求起爆雷管的精度高，延時(shí)誤差小，爆破設(shè)計(jì)必須精準(zhǔn)而且能夠優(yōu)選爆破設(shè)計(jì)方案。

確定孔間和排間延期間隔時(shí)間是實(shí)現(xiàn)逐孔起爆的重要保證，以形成新自由面所需要的時(shí)間確定毫秒延期間隔時(shí)間是常用的方法，可用公式（10）計(jì)算：

Δt=k·B （10）

式中k-與巖石性質(zhì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和爆破條件有關(guān)的系數(shù)。孔間取2～8 ms/m，排間取10～16 ms/m，硬巖取小值，軟巖取大值，節(jié)理裂隙發(fā)育時(shí)取大值。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 實(shí)例條件

例1：金礦，臺(tái)階高度6 m，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石硬度大，無(wú)水。

要求：用挖掘機(jī)鏟裝，一次挖掘高度3 m，避免過(guò)分前拋。

例2：鐵礦，臺(tái)階高度12 m，節(jié)理裂隙很發(fā)育，無(wú)水，硬巖。

要求：電鏟鏟裝，一次挖掘高度12 m，中等前拋。

例3：土石方，臺(tái)階高度4 m，堅(jiān)硬巖體，有水，節(jié)理裂隙不發(fā)育，必須控制飛石。

要求：挖掘機(jī)分兩步鏟裝，一次挖掘高度2 m，中等前拋。

2.2 設(shè)計(jì)結(jié)果（見(jiàn)表2）

3 結(jié)語(yǔ)

露天臺(tái)階爆破是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，且是一門(mén)較為成熟的技術(shù)。在實(shí)際爆破作用過(guò)程中，爆破參數(shù)選擇是否合理，直接決定著爆破效果和經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)對(duì)露天臺(tái)階爆破鉆孔形式、布孔方式和各個(gè)爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)介紹，為國(guó)內(nèi)露天臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)提供一種新的思路。

設(shè)計(jì)不是一成不變的。針對(duì)某個(gè)具體的露天臺(tái)階爆破工程，依據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行爆破實(shí)踐，根據(jù)爆破效果好與壞調(diào)整爆破參數(shù)，再實(shí)踐，再調(diào)整，循環(huán)往復(fù)，直至確定最佳的爆破參數(shù)為止。爆破現(xiàn)場(chǎng)的條件千變?nèi)f化，必須有大量的爆破工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，才能應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜爆破設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 汪旭光，鄭炳旭，張正忠，等.爆破手冊(cè)（上冊(cè)）[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2013.

[2] 蘇都都，嚴(yán)鵬，盧文波，等.露天臺(tái)階爆破爆堆形態(tài)的PFC模擬[J].爆破，2012，29（3）：35-41.

[3] 高爾新，楊仁樹(shù).爆破工程[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[4] 祁茂富，尚文凱.臺(tái)階深孔爆破產(chǎn)生根底與大塊原因分析及其控制措施探討[J].露天采礦技術(shù)，2003，1：10-12.endprint

（9）

單位炸藥消耗量q是露天臺(tái)階中的重要指標(biāo)，影響炸藥單耗的因素有很多，主要有炸藥性能、巖體的可爆性、爆破目的等。所以，對(duì)于同樣的巖性，使用同樣的炸藥，因?yàn)楸颇康牡牟煌?，單位炸藥消耗量有較大差異也是可能的。設(shè)計(jì)計(jì)算出的q值是否合理可與表1對(duì)照比較。表1中的q值只能作參考，不可強(qiáng)求相同。

1.5 起爆方案

盡管多排孔的布孔方式只有矩形和三角形兩種，但是起爆順序卻是變化萬(wàn)千，主要有排間順序起爆、V形起爆、斜線起爆、梯形起爆和逐孔起爆等。由于大量工程實(shí)踐表明，逐孔起爆具有明顯的優(yōu)勢(shì)，所以這里只介紹逐孔起爆。

所謂逐孔起爆技術(shù)，就是爆區(qū)中任何一個(gè)炮孔爆破時(shí)，在空間上相鄰的炮孔都是按照一定的起爆順序單獨(dú)起爆的爆破技術(shù)。核心是先起爆的炮孔為后起爆的炮孔提供新的動(dòng)態(tài)的自由面。逐孔起破技術(shù)要求起爆雷管的精度高，延時(shí)誤差小，爆破設(shè)計(jì)必須精準(zhǔn)而且能夠優(yōu)選爆破設(shè)計(jì)方案。

確定孔間和排間延期間隔時(shí)間是實(shí)現(xiàn)逐孔起爆的重要保證，以形成新自由面所需要的時(shí)間確定毫秒延期間隔時(shí)間是常用的方法，可用公式（10）計(jì)算：

Δt=k·B （10）

式中k-與巖石性質(zhì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和爆破條件有關(guān)的系數(shù)。孔間取2～8 ms/m，排間取10～16 ms/m，硬巖取小值，軟巖取大值，節(jié)理裂隙發(fā)育時(shí)取大值。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 實(shí)例條件

例1：金礦，臺(tái)階高度6 m，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石硬度大，無(wú)水。

要求：用挖掘機(jī)鏟裝，一次挖掘高度3 m，避免過(guò)分前拋。

例2：鐵礦，臺(tái)階高度12 m，節(jié)理裂隙很發(fā)育，無(wú)水，硬巖。

要求：電鏟鏟裝，一次挖掘高度12 m，中等前拋。

例3：土石方，臺(tái)階高度4 m，堅(jiān)硬巖體，有水，節(jié)理裂隙不發(fā)育，必須控制飛石。

要求：挖掘機(jī)分兩步鏟裝，一次挖掘高度2 m，中等前拋。

2.2 設(shè)計(jì)結(jié)果（見(jiàn)表2）

3 結(jié)語(yǔ)

露天臺(tái)階爆破是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，且是一門(mén)較為成熟的技術(shù)。在實(shí)際爆破作用過(guò)程中，爆破參數(shù)選擇是否合理，直接決定著爆破效果和經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)對(duì)露天臺(tái)階爆破鉆孔形式、布孔方式和各個(gè)爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)介紹，為國(guó)內(nèi)露天臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)提供一種新的思路。

設(shè)計(jì)不是一成不變的。針對(duì)某個(gè)具體的露天臺(tái)階爆破工程，依據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行爆破實(shí)踐，根據(jù)爆破效果好與壞調(diào)整爆破參數(shù)，再實(shí)踐，再調(diào)整，循環(huán)往復(fù)，直至確定最佳的爆破參數(shù)為止。爆破現(xiàn)場(chǎng)的條件千變?nèi)f化，必須有大量的爆破工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，才能應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜爆破設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 汪旭光，鄭炳旭，張正忠，等.爆破手冊(cè)（上冊(cè)）[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2013.

[2] 蘇都都，嚴(yán)鵬，盧文波，等.露天臺(tái)階爆破爆堆形態(tài)的PFC模擬[J].爆破，2012，29（3）：35-41.

[3] 高爾新，楊仁樹(shù).爆破工程[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[4] 祁茂富，尚文凱.臺(tái)階深孔爆破產(chǎn)生根底與大塊原因分析及其控制措施探討[J].露天采礦技術(shù)，2003，1：10-12.endprint