壓碎圈與裂隙圈的計算在淺孔落礦工程中的應用

張云超

（招金礦業股份有限公司，山東 招遠 265400）

若羌縣昌運三峰山金礦礦石組成主要為黃鐵礦化凝灰巖質碎裂巖；礦體上下盤均為綠泥石化片巖，均較為破碎，上盤巖石尤為嚴重（本文著重討論上盤）。

因本礦采用淺孔留礦法落礦，礦體上下盤較為破碎，落礦過程中在崩落礦石的同時大量的上盤圍巖也隨礦石一同崩落，造成采場貧化率居高不下；且因上盤圍巖大量片幫，雖耗費大量工時進行支護加固，但效果甚微，同時對安全出礦造成了極大的安全隱患。本文利用戴俊、王文龍、宗琦等對巖石爆破壓碎圈與裂隙圈的計算成果將其運用到工程實際中，保證在落礦的同時對礦體上下盤產生較小的破壞，尋求和理的爆破參數。

1 相關參數

由第三方鑒定機構對巖石做相關試驗所得相關數據如下。

表1 礦石及圍巖相關試驗數據

表2 炸藥相關參數

2 原爆破工藝

采場礦體平均厚度為2.5m、平均傾角80°。因設備及施工技術力量等原因采場落礦一直采用較傳統的平行炮孔布置。如圖1所示：邊孔布置在礦體邊界線上，導致在落礦的同時對上盤巖石造成較大破壞。

圖1 邊眼布置示意圖

3 分析及優化

因兩邊炮眼布置在礦體與圍巖交界處，爆破產生的沖擊波會對上盤圍巖造成較大的壓碎及拉伸破壞，造成上盤大面積片幫，現擬尋求合理的炮眼邊距，分析如下：

應力波在傳播過程中遇到層理面、節理面等或介質發生變化時，應力波的一部分會從交界面反射回來，另一部分應力波則會透射進入第二種介質。

理論上首先要保證透射到圍巖的徑向應力波小于上盤巖石的抗壓強度和抗拉強度 即：小于28MPa （相關數據見表1）。

由透射應力推測出入射應力與反射應力。

則應力波傳至礦體邊界時的最大應力為86MPa。

根據炮孔直徑43mm、表2 可得出：

徑向不耦合裝藥系數為K=1.3 軸向不耦合系數為1。

利用相關文獻[1]成果進行計算：

平均爆轟壓

入射壓力

因爆轟產物撞擊藥室時,壓力會明顯增大8～11倍，由此計算得出不耦合裝藥時藥室受到的沖擊壓力為：

P2=10P2=3356MPa

應力波區衰減系數

沖擊波區衰減系數

因孔壁的初始壓力形成的沖擊波在巖體中傳播不斷衰減，爆炸應力波的衰減公式為：

可求出 r=155mm。

因不確定整個衰減過程為應力波衰減還是沖擊波衰減，暫時按小值β計算，下文驗證時會明確。

由此可知若要爆破產生的應力波不破壞上盤的圍巖，最邊眼炮孔距離上盤巖石最小邊界距離為155mm。

4 驗證

但在保證確保在保護上盤巖性不被破壞的同時，還要保證礦石能被順利的爆破采出，則要驗證爆破產生的壓碎圈半徑或裂隙圈半徑大于155mm。

驗算：采用不耦合裝藥時壓碎圈半徑為：

若壓碎圈半徑大于155mm則可行，否則繼續驗證裂隙圈半徑：

則只要邊孔只要布置在距邊界155mm～394mm之間均可保證達到理想效果。

計算所得裂隙圈半徑為17.8倍炮孔半徑，基本符合裂隙圈半徑為裝藥半徑的10～15倍：此計算方法可靠。

根據理論計算所得出的結論應用到實際中，在具體進行炮孔布眼時，將邊眼炮孔布置在距邊界160mm～400mm處進行試驗。

5 試驗及成果

依據理論成果指導實踐，在試驗過程中發現邊眼布置在160mm時對上盤巖石還是有較大破壞。初步分析是因為試驗樣品的代表性、巖石的不均勻性，泊松比及理論的估算性等問題較為復雜，對結果都會有相應的影響。經試驗所得邊孔布設在距邊界200mm～450mm時效果較好。最終炮眼布設原則為：不同排距之間邊眼錯動一定距離（200mm左右），并且所有炮眼間距在800mm～900mm時爆破效果較為理想。

試驗最終確定最優邊孔布置及實際效果圖如圖2、圖3所示：

圖2 邊孔優化圖

圖3 實際爆破效果圖

6 結語

從實際爆破效果圖上可清晰的看出兩炮孔爆破后所形成的裂隙圈痕跡，驗證了爆破取得了良好的效果。本文雖然只針對本礦山不耦合裝藥爆破進行了簡要分析計算，但同樣也可對類似工程起借鑒作用。只有將理論與實踐相互結合，才會更好的發揮作用。