基于爆破漏斗試驗的爆破參數(shù)研究

歐陽光，張耀平，侯永強(qiáng)，項 宇

（1.江西理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000；2.江西理工大學(xué) 應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，江西 贛州 341000）

基于爆破漏斗試驗的爆破參數(shù)研究

歐陽光1，張耀平2，侯永強(qiáng)1，項 宇1

（1.江西理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000；2.江西理工大學(xué) 應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，江西 贛州 341000）

某金屬礦山采礦方法由無底柱分段崩落法改為階段崩落嗣后充填采礦法，為了設(shè)計與階段嗣后充填采礦法相適應(yīng)的爆破參數(shù)，展開了系列單孔漏斗試驗、寬孔距同段爆破漏斗試驗以及斜面臺階爆破試驗。通過對數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析得出下面結(jié)論，最佳埋深比：Δ=0.409；最佳單位炸藥爆破體積：V/Q=0.386 1m3/kg；最佳爆破漏斗時炸藥的單耗q=0.68 kg/t；孔間距為1.4m；最小抵抗線的范圍為0.85～0.90m。在實際生產(chǎn)中采用80m孔徑的中深孔爆破時，孔間距為2.6m；排距為1.61～1.71m；爆破效果最好單耗小于0.68 kg/t。

爆破參數(shù)；爆破漏斗試驗；最佳埋深比；充填采礦

某金屬礦床的成因類型屬層控沉積巖-熱液疊加改造型金屬礦床，其構(gòu)造及節(jié)理裂隙發(fā)育，該礦體的形態(tài)主要呈現(xiàn)為層狀、似層狀。礦體的傾角范圍為5°～30°。按礦體的傾角分類，屬于緩傾斜礦床。圍巖的構(gòu)成比較復(fù)雜，主要有綠泥石、硅化、磁鐵礦化、角巖化泥質(zhì)、鈣質(zhì)粉砂巖。由于原有的無底柱分段崩落采礦方法地表不允許崩落，不能滿足礦山生產(chǎn)中所需要的安全、高效。階段崩落嗣后充填法的回采效率高，充填有效地保護(hù)了地表，其生產(chǎn)能力比較大，能較好地滿足礦山的生產(chǎn)要求。因為采礦方法的改變，為達(dá)到最佳的爆破效果，降低成本提高生產(chǎn)效率，所以要重新對其爆破參數(shù)進(jìn)行研究。試驗時使用炸藥的基本性能指標(biāo)：猛度≥13mm，殉爆距≥5 cm，爆速≥3 400 m/s，爆破力≥300 mL，密度是 0.85～1.05 g/cm3；炸藥的規(guī)格：其直徑為（35±1）mm，藥卷長度為200mm，質(zhì)量為（150±6）g。爆破過程中使普通毫秒導(dǎo)爆管雷管引爆，腳線長度為4m[1-2]。

1 爆破試驗原理

針對該金屬礦山爆破參數(shù)研究主要進(jìn)行以下幾個試驗：系列單孔爆破漏斗試驗、寬孔距同段爆破漏斗試驗以及斜面臺階爆破漏斗試驗[3]，每組試驗都有針對性，但它們側(cè)重點不同，各個試驗之間又有相互聯(lián)系，其試驗原理如下。

C.W.Livingston的爆破漏斗理論，主要是從爆破瞬間產(chǎn)生的能量傳遞給巖體，使需要爆破的巖體破壞[4]，主要有兩種方法：炸藥包的重量不變，改變炸藥包的埋深；藥包的埋深不變，改變藥包的重量。根據(jù)爆破漏斗理論推導(dǎo)出藥包處于臨界埋深（Le）最佳埋深（Lj）、應(yīng)變能系數(shù)（Eb）的計算公式見公式（1）～（3）。

式中：Le自由面巖石藥包的臨界埋深，m；Eb應(yīng)變能系數(shù)；Q炸藥包質(zhì)量，kg；Lj為最佳埋深，為爆破體積較大且爆破后礦石塊度均勻時藥包中心埋深。

2 系列爆破漏斗試驗

2.1 試驗爆破地點選擇

為了讓爆破方案具有代表性，試驗地點應(yīng)選在與實際爆破巖體的堅固性、容重、可爆性、節(jié)理裂隙的發(fā)育等基本相差不大的地方。爆破試驗地點選在該金屬礦區(qū)標(biāo)高為-340m的水平1～3線之間的穿脈中。試驗選擇位置要使其巖性與實際爆破盡量一致來確保試驗后整理出數(shù)據(jù)的可靠性，應(yīng)該避免典型的構(gòu)造帶，炮孔布置圖如圖1。試驗段礦巖的物理性質(zhì)主要有礦巖容重為40.1 kN/m3，碎脹性為1.48～1.72，普氏堅固性約為10，力學(xué)參數(shù)性質(zhì)如表1所示。

圖1 炮孔布置圖Fig.1 Layout diagram of blasthole

表1 礦巖的力學(xué)性質(zhì)Tab.1 M echanicalpropertiesof oreand rock

2.2 鑿巖、裝藥、填塞、爆破與漏斗測量

試驗的所有炮孔采用YT-28鉆機(jī)，炮孔直徑均為42mm。裝藥前應(yīng)該對試驗炮孔的深度進(jìn)行測量，檢查炮孔是否達(dá)到要求。針對部分過深的炮孔要用炮泥填堵到要求的深度。炮棍裝填藥卷后用炮泥將炮孔填堵，由于炮孔不是很深，此時炮孔的填塞長度有30～40 cm。總共進(jìn)行了17組爆破試驗，每次試驗所用藥包的質(zhì)量都是0.15 kg，試驗前畫好10 cm× 10 cm網(wǎng)格，量出各爆點深度，用辛卜生法求解出漏斗各斷面的面積Si見公式（4），然后求出每個爆破漏斗體積V見式（5）[5]。

式中：B為測點之間距離，0.1m；Si為漏斗的各斷面面積，m2；yi為第i點爆破的深度，（i=1，2，……，n）。

每次爆破漏斗口量3次取其平均值并計算每個爆破漏斗的總體積，計算出每個爆破漏斗爆破所用炸藥的單耗，采用毫秒延期爆破，主要通過藥包不同的埋深、重量、孔距和排距的組合來確定爆破參數(shù)。

3 爆破漏斗試驗及結(jié)果分析

3.1 系列單孔漏斗試驗

系列單孔爆破漏斗試驗結(jié)果統(tǒng)計如下，單孔爆破漏斗試驗共進(jìn)行了10次，其中有4次爆破沒有出現(xiàn)爆破漏斗，所以沒有得到數(shù)據(jù)。單孔爆破漏斗試驗數(shù)據(jù)及爆破效果統(tǒng)計如表2。埋深比Δ是由表2數(shù)據(jù)及公式（1）～（3）得到，見式（6）。

Δ為最佳埋深比，在一定的礦巖和炸藥性能條件下為常數(shù)。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可以采用相應(yīng)的專業(yè)函數(shù)繪圖軟件對表中炸藥在該礦區(qū)試驗結(jié)果進(jìn)行單位炸藥爆破體積（V/Q）與埋深比（Δ）之間的曲線關(guān)系擬合（見圖2）；四次多項式擬合見公式（7）；爆破漏斗體積與藥包埋深的多項式擬合曲線（見圖3），多項式擬合見公式（8）；爆破漏斗半徑與藥包中心埋深的多項式擬合曲線（見圖4），多項式擬合見公式（9）。并對以上擬合式進(jìn)行研究分析，得出最佳爆破漏斗參數(shù)[3]。

圖2 單位炸藥爆破體積與埋深比關(guān)系曲線Fig.2 Ratio of unitexplosive volumeand depth

表2 系列單孔試驗爆破數(shù)據(jù)Tab.2 Blasting data for the seriessinglehole test

圖3 爆破漏斗體積與藥包埋深關(guān)系曲線Fig.3 Volum e funnel chargeb lasting depth

圖4 爆破漏斗半徑與藥包中心埋深關(guān)系曲線Fig.4 Blasting funnelvolum eand explosive depth

依據(jù)表2的數(shù)據(jù)及擬合的多項式可知最佳埋深比：Δ=Lj/Le=0.409，裝藥量為0.15 kg時的最佳炮孔深度為0.42m，藥包的中心臨界埋深：Le=0.80m；最佳單位炸藥體積比為V/Q=0.386 2m3/kg，擬合后得出最佳爆破漏斗體積時炸藥的單耗：q=0.68 kg/t，爆破漏斗半徑最大時藥包的中心埋深L=0.421m。

3.2 寬孔距爆破漏斗試驗

已知該礦山試驗前孔底距為a，從而以a為孔底距和單孔系列所確定藥包的最佳埋深Lj及其對應(yīng)的裝藥量Q為試驗基礎(chǔ)，可以初步確定試驗所需要的炮孔數(shù)和多個不同的孔間距參數(shù)，有方向目的地進(jìn)行孔底距參數(shù)的優(yōu)化。試驗相鄰炮孔之間的間距不同，爆破后觀察其相鄰爆破漏斗的重疊情況以及對爆破效果的描述，從而得到最佳爆破效果，寬孔距試驗數(shù)據(jù)如表3。

表3 寬孔距同段爆破試驗數(shù)據(jù)Tab.3 Data of blasting testwith widehole distance

由寬孔距同段試驗數(shù)據(jù)和相關(guān)的爆破漏斗之間的疊加情況可知當(dāng)孔距較小時相鄰的炮孔爆破后的爆破漏斗疊加明顯，爆破沿炮孔中心連線所形成的溝槽的中間寬度和深度較大；隨著炮孔間距離的增大，溝槽的寬度和深度會隨之減小，最后會沒有疊加，相鄰間的炮孔會形成明顯的脊柱[6]。根據(jù)表3數(shù)據(jù)知炮孔編號為11時，爆破效果好且爆破疊加形成溝槽，其他全部形成脊柱，此時炮孔間距取1.4m，爆破后的疊加效果最好。在實際生產(chǎn)時采用QZG80鑿巖機(jī)鑿中深孔直徑為80mm時，回采過程用ap/Wp= am/Wm=m計算ap：其中ap、WP為實際生產(chǎn)的孔底距和抵抗線；am、Wm為試驗時的孔底距和抵抗線，m為炮孔密度系數(shù)；所以實際生產(chǎn)時孔底距為2.6m。

3.3 斜面臺階試驗

斜面臺階試驗原理是為了確定合理的排距，試驗前根據(jù)礦山之前實際爆破生產(chǎn)時采用的排間距范圍計算出42mm孔徑不耦合裝藥的排間距大小，依據(jù)相似理論知道當(dāng)模型試驗與原型的礦巖條件、炸藥種類、裝藥密度及起爆方式完全相同時有Wp/dp= Wmdm，其中WP、dp為原實際炮孔的最小抵抗線和炮孔直徑；Wm、dm為試驗時炮孔的最小抵抗線和炮孔直徑[7]。斜面臺階試驗的炮孔數(shù)據(jù)和爆破效果描述見表4。

表4 斜面臺階爆破試驗數(shù)據(jù)Tab.4 Testing data for slanting step blasting

根據(jù)表4斜面臺階爆破試驗數(shù)據(jù)分析可知，試驗炮孔的爆破效果都比較好，其最小抵抗線是0.85～0.90m。在實際回采過程中采用QZG80鑿巖機(jī)鑿直徑為80mm中深孔，爆破回采時采用公式Wp·dp=Wm·dm計算可得在爆破過程中炮孔采用的排距為1.62～1.71m。在實際生產(chǎn)時炸藥單耗要小于試驗的炸藥單耗，炸藥單耗小于0.68 kg/t。

4 結(jié)論

該金屬礦山在進(jìn)行了一系列的單孔爆破漏斗試驗、寬孔距同段爆破漏斗試驗以及斜面臺階爆破漏斗試驗得出結(jié)論如下：

依據(jù)系列單孔試驗結(jié)果可知，該礦試驗采用卷裝乳化炸藥，藥包質(zhì)量為0.15 kg時：最佳埋深為0.42m；最佳埋深比Δ=Lj/Le=0.409；最佳爆破漏斗體積的單耗是0.68 kg/t。

依據(jù)寬孔距同段試驗結(jié)果及斜面臺階爆破試驗的炮孔直徑為42mm，使用卷裝乳化炸藥其炮孔間距取1.4m時；最小抵抗線的范圍是0.85～0.90m。在實際生產(chǎn)中的施工炮孔直徑為80mm時，該礦區(qū)礦體采用卷裝乳化炸藥爆破其孔底距取值為2.6m。由斜面臺階試驗及相似理論計算可知最小抵抗線（排距）的范圍是1.62～1.71m，炸藥的單耗q≤0.68 kg/t，此時爆破效果最好。

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Blasting Funnel Test based Blasting Parameters in a M ine

OUYANGGuang1,ZHANGYaoping2,HOUYongqiang1,XIANGYu1
(1.College Resourcesand EnvironmentalEngineering,JiangxiUniversityofScienceand Technology,Ganzhou 341000,Jiangxi,China；2.CollegeofApplied Science,JiangxiUniversityofScienceand Technology,Ganzhou 341000,Jiangxi,China)

Ametalmineminingmethod isupgraded from a pillarless cavingmethod to a stage of caving and then to a miningmethod.To design the blasting parameterswhich are compatible with the stage fillingmethod,a series of single-hole funnel test,wide-hole blasting funnel test and slope step blasting testwere carried out.The following conclusionsare drawn through analyzing statisticaldata:the optimum blasting ratio is:V/Q=0.386 1m3/kg;the best blowoutof theexplosive funnel q=0.68 kg/t;hole spacing is1.4m;theminimum resistance line range is0.85～0.90m. In the actualproduction with 80m aperture in the deep hole blasting:hole spacing of2.6m,row distance of1.61～1.71m,blasting the bestunitconsumption isalso less than 0.68 kg/t.

blasting parameters;blasting funnel;optimum depth ratio;fillingmining

TD235

A

（編輯：游航英）

10.3969/j.issn.1009－0622.2017.03.005

2017-04-31

歐陽光（1991-），男，江西吉安人，碩士研究生，研究方向：巖石力學(xué)與工程。

張耀平（1974-），男，河南渾河人，教授，主要從事巖石力學(xué)與工程及金屬礦山地下開采工藝研究。