一种复杂矿区环境控制爆破方法

技术领域

本发明属于采矿技术领域，具体涉及一种复杂矿区环境控制爆破方法。

背景技术

在露天矿山生产爆破中，除了少数特殊要求的工程和部位外，一般采用排间微差爆破的常规爆破方式，尽管该项爆破技术应用较广，但仍存在下述问题：

(1)同段起爆药量相对较大，产生的地震波大，影响周边环境。

(2)排间微差、同段起爆间炸药能量得不到充分利用。首先孔间连通贯穿，然后推墙作用，使墙体沿自由面法线方向倾倒或碎裂，爆后岩石块度不均匀，大块较多、根底较多，二次破碎量大，铲装效率低。

(3)排间微差爆破有害效应得不到有效控制。排间微差爆破时地表采用导爆管连接，虽然方便，但爆破产生的冲击波及噪声都较大。

在复杂的矿区环境条件限制下，一般的常规爆破方式无法满足安全要求；若采用机械开采的方法，开采效率低、成本费用高。

因此，本申请提出一种复杂矿区环境控制爆破方法。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种复杂矿区环境控制爆破方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种复杂矿区环境控制爆破方法，包括以下步骤：

步骤1：侦查待爆破地点，计算爆破参数；根据计算出的爆破参数布置炮孔，炮孔分为多排主爆孔和一排预裂孔，采用梅花形布孔方式，用皮尺放线，在炮孔孔位处做上标识；

步骤2：采用钻孔设备在标记的炮孔孔位处钻凿形成炮孔，炮孔倾斜角度为65°，各排炮孔的钻孔方向保持平行，测量孔深后对炮孔采用编织袋进行封堵，全部炮孔钻凿完成后进行全面检查，保证炮孔质量；

步骤3：钻凿完炮孔后即开始装药，主爆孔炸药选取常规的膨化硝铵炸药，装药方式为连续装药；预裂孔炸药选取乳化炸药，装药方式为间隔不耦合装药；

步骤4：装药完成后，采用毫秒延时逐孔起爆的控制爆破方式，按起爆网路图进行起爆网路连接，各网路经检查合格后再连接到主干线，人员撤离及施放安全信号后，进行安全点火起爆。

优选地，参数计算包括台阶爆破参数选取和预裂爆破参数选取，具体包括：

台阶爆破参数选取

(1)炮孔直径D：选用履带式液压钻机，根据钻机性能、台阶高度、岩石性质和破碎度要求，取炮孔直径D为90mm～120mm，炮孔倾斜角度θ为65°；

(2)台阶高度H：

(3)炮孔长度L：L＝H/sinθ+h；h为炮孔超深，h＝(0.1～0.2)H；

(4)孔网面积S：S＝ab，式中a为孔距，b为排距，单位均为m；

(5)台阶爆破填塞长度L

(6)炸药单耗q：根据岩石结构和以往在该地区的台阶爆破经验，取q＝0.35～0.40kg/m

预裂爆破参数选取

(1)孔径、孔距、药卷直径：根据岩石结构、钻机性能确定预裂爆破孔径取90mm，炮孔倾斜角度为65°；

孔距依据公式a＝(7～12)D计算，并根据以往在类似地层爆破的经验取a＝1.2m；

距主爆孔间距取b＝1.5m；

药卷直径按不耦合系数D/d>2取值，式中d为药卷直径；

(2)线装药密度：预裂爆破的线装药密度用经验公式计算，在实际施工中，根据预裂爆破效果作适当调整；

Q

式中：Q

(3)预裂爆破填塞长度：台阶高度为10m时，预裂爆破填塞长度为1.5m。

优选地，所述台阶高度H均为10m，炮孔长度L为12.0m，炮孔超深h为1.0m，台阶爆破填塞长度L

优选地，预裂孔炸药选取Φ32mm乳化炸药，使用竹片将乳化炸药捆绑固定，每1m竹片捆绑3节乳化炸药，乳化炸药之间使用导爆索连接以保证爆轰波稳定传播。

本发明提供的复杂矿区环境控制爆破方法具有以下有益效果：

(l)采用毫秒延时逐孔起爆的控制爆破方式可以增强应力波叠加作用，加强破碎效果；

(2)采用毫秒延时逐孔起爆的控制爆破方式可以增强自由面作用，增加岩块相互碰撞作用，减少飞石；

(3)采用数码电子雷管实现毫秒延时逐孔起爆，可改善爆破效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的复杂矿区环境控制爆破方法的爆破区环境示意图；

图2为本发明中炮孔布置及装药结构示意图；

图3为本发明中炮孔平面布置及起爆网路示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本实施例提供一种复杂矿区环境控制爆破方法，包括以下步骤：

步骤1：侦查待爆破地点，计算爆破参数；根据计算出的爆破参数布置炮孔，炮孔分为多排主爆孔和一排预裂孔，采用梅花形布孔方式，用皮尺放线，在炮孔孔位处做上标识；

步骤2：采用钻孔设备在标记的炮孔孔位处钻凿形成炮孔，炮孔倾斜角度为65°，各排炮孔的钻孔方向保持平行，测量孔深后对炮孔采用编织袋进行封堵，全部炮孔钻凿完成后进行全面检查，保证炮孔质量；

步骤3：钻凿完炮孔后即开始装药，主爆孔炸药选取常规的膨化硝铵炸药，装药方式为连续装药；预裂孔炸药选取乳化炸药，装药方式为间隔不耦合装药；

步骤4：装药完成后，采用毫秒延时逐孔起爆的控制爆破方式，按起爆网路图进行起爆网路连接，各网路经检查合格后再连接到主干线，人员撤离及施放安全信号后，进行安全点火起爆。

进一步地，本实施例中，参数计算包括台阶爆破参数选取和预裂爆破参数选取，具体包括：

台阶爆破参数选取

(1)炮孔直径D：选用履带式液压钻机，根据钻机性能、台阶高度、岩石性质和破碎度要求，取炮孔直径D为90mm～120mm，炮孔倾斜角度θ为65°；

(2)台阶高度H：

(3)炮孔长度L：L＝H/sinθ+h；h为炮孔超深，h＝(0.1～0.2)H；

(4)孔网面积S：S＝ab，式中a为孔距，b为排距，单位均为m；

(5)台阶爆破填塞长度L

(6)炸药单耗q：根据岩石结构和以往在该地区的台阶爆破经验，取q＝0.35～0.40kg/m

预裂爆破参数选取

(1)孔径、孔距、药卷直径：根据岩石结构、钻机性能确定预裂爆破孔径取90mm，炮孔倾斜角度为65°；

孔距依据公式a＝(7～12)D计算，并根据以往在类似地层爆破的经验取a＝1.2m；

距主爆孔间距取b＝1.5m；

药卷直径按不耦合系数D/d>2取值，式中d为药卷直径；

(2)线装药密度：预裂爆破的线装药密度用经验公式计算，在实际施工中，根据预裂爆破效果作适当调整；

Q

式中：Q

(3)预裂爆破填塞长度：台阶高度为10m时，预裂爆破填塞长度为1.5m。

进一步地，本实施例中，台阶高度H均为10m，L取12.0m，h取1.0m，L

进一步地，本实施例中，预裂孔炸药选取Φ32mm乳化炸药，使用竹片将乳化炸药捆绑固定，每1m竹片捆绑3节乳化炸药，乳化炸药之间使用导爆索连接以保证爆轰波稳定传播。

具体实施例1

本实施例以河北九洲矿业有限公司建筑石料用灰岩矿矿山为例，河北九洲矿业有限公司建筑石料用灰岩矿矿山位于河北省石家庄市井陉县威州镇三峪村东峪沟，矿山分为南北两个矿段，本实例为北矿段矿区。

矿区东南侧为井陉县革命烈士陵园，距离开采境界约60m，矿区西北侧为上庄村，距离开采境界105m，矿区西侧为三峪村，少数居民距离开采境界200m。矿山破碎系统位于矿区内东南侧。破碎站北侧山坡底部距离卸料口约50m。

破碎站周围矿石开采环境复杂，施工及开采条件困难，存在较大范围的机械开采区，后期开采成本高。开采费用高、安全隐患大、开采效率低，难以保证正常生产。

针对该地复杂环境，通过查阅相关资料及大量实践实践，综合运用逐孔爆破技术、预裂爆破技术、数码电子雷管，制定了一套切实可行的复杂矿区环境控制爆破技术方案。

逐孔爆破技术以高强度、高精度数码电子雷管为起爆及传爆元件进行起爆网络铺设，孔内采用高段位延时毫秒雷管进行起爆，孔外采用低段位延时毫秒雷管连接，起爆顺序采用分散螺旋状，是实现单孔孔间微差起爆的一种先进爆破技术。

预裂爆破技术是指，进行石方开挖时，在主爆区爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝。以缓冲、反射开挖爆破的振动波，控制其对保留岩体的破坏影响，使之获得较平整的开挖轮廓。预裂爆破不仅在垂直、倾斜开挖壁面上得到广泛应用；在规则的曲面、扭曲面、以及水平建基面等也采用预裂爆破。预裂爆破适用于稳定性差而又要求控制开挖轮廓的软弱岩层。

数码电子雷管，又称电子雷管、数码雷管或工业数码电子雷管，即采用电子控制模块对起爆过程进行控制的电雷管。其中电子控制模块是指置于数码电子雷管内部，具备雷管起爆延期时间控制、起爆能量控制功能，内置雷管身份信息码和起爆密码，能对自身功能、性能以及雷管点火元件的电性能进行测试，并能和起爆控制器及其他外部控制设备进行通信的专用电路模块。

本实施例提供的一种复杂矿区环境控制爆破方法，为了减小爆破振动、控制飞石，减小爆破最小安全距离，确保周围建筑物及设施的安全，现对破碎站周围采用毫秒延时逐孔起爆台阶爆破、预裂爆破的控制爆破技术方案。为避免飞石对被保护物造成损坏，尽可能调整抛掷方向，采用延时爆破技术，合理安排炮孔的起爆顺序，创造新的临空面，改变抛掷方向，具体包括以下步骤：

步骤1：侦查待爆破地点，计算爆破参数；根据计算出的爆破参数布置炮孔，炮孔分为多排主爆孔和一排预裂孔，主爆孔采用梅花形布孔方式，孔距3m，排距6m，预裂孔孔距1.2m，距主爆破间距1.5m，用皮尺放线，在炮孔孔位处用红色塑料袋做上标识；

步骤2：采用阿特拉斯A7钻机在标记的炮孔孔位处钻凿形成炮孔，主爆孔炮孔直径120mm，预裂孔炮孔直径90mm，炮孔倾斜角度均为65°，主爆孔孔深为12m，超深1m，预裂孔孔深12.5m，超深1.5m，各排炮孔的钻孔方向保持平行，测量孔深后对炮孔采用编织袋进行封堵，全部炮孔钻凿完成后进行全面检查，保证炮孔质量；

步骤3：钻凿完炮孔后即开始装药，主爆孔炸药选取常规的膨化硝铵炸药，装药方式为连续装药；预裂孔炸药选取Φ32mm乳化炸药，装药方式为间隔不耦合装药，使用竹片将乳化炸药捆绑固定，每1m竹片捆绑3节乳化炸药，乳化炸药之间使用导爆索连接以保证爆轰波稳定传播，每个炮孔装药完成后及时记录单孔装药量及堵塞长度，全部炮孔装药完成后，做一次全面的检查，检查是否有漏装孔和遗留在工作面内的剩余爆破器材；

步骤4：装药完成后，采用毫秒延时逐孔起爆的控制爆破方式进行起爆，按起爆网路图进行起爆网路连接，各网路经检查合格后再连接到主干线，在连接到主干线之前，所有人员撤离工作面，并在必要的地点设置警戒，在烈士陵园及国防电缆处架设爆破测振仪，测量周边建筑物的振动速度，施放3次起爆信号后，进行安全点火起爆。

步骤5：爆破完成后，分析周围建筑物振速，确保周围建筑物的安全。

本实施例的参数设计如下所述：

第一、台阶爆破参数选取

(1)炮孔直径D：选用履带式液压钻机，根据钻机性能、台阶高度、岩石性质和破碎度要求，取炮孔直径D为90mm和120mm，炮孔倾斜角度θ为65°。

(2)台阶高度H：台阶高度均为10m。

(3)炮孔长度L：L＝H/sinθ+h，台阶高度为10m时，L取12.0m；h为炮孔超深，h＝(0.1～0.2)H，取1.0m；

(3)孔网面积S：S＝ab，式中a为孔距，b为排距，单位均为m；为满足挖运对爆碴粒径的要求，当孔径为120mm时，S可取18m

(4)填塞长度L

(5)炸药单耗q：根据岩石结构和以往在该地区的台阶爆破经验，取q＝0.35～0.40kg/m

第二、预裂爆破参数选取

(1)孔径、孔距、药卷直径：根据岩石结构、钻机性能确定预裂爆破孔径，取90mm。

孔距依据公式a＝(7～12)D计算，并根据以往在类似地层爆破的经验取a＝1.2m。

距主爆孔间距根，据以往在类似地层爆破的经验取b＝1.5m。

药卷直径按不耦合系数D/d>2取值(d为药卷直径)，本工程取药卷直径32mm的乳化炸药，不耦合系数为2.81。

(2)线装药密度：预裂爆破的线装药密度用经验公式(1)计算，在实际施工中，根据预裂爆破效果作适当调整。

Q

(1)式中：Q

因孔底夹制作用底部应加强装药，根据经验一般为正常装药的(1～3)倍，取Q

(3)填塞长度：预裂爆破填塞长度为1.5m。

本实施例的爆破振动与飞石控制设计如下所述：

第一、爆破振动控制

爆破振动要确保周围建筑物及设施的安全。周围建筑物距离爆破作业区域较近，因此爆破振动控制成为本工程最关键的安全问题之一。目前国内外许多国家以质点振动速度作为衡量爆破振动强度的物理量，可按经验公式(2)计算：

υ＝K(Q

式中：υ为质点振动速度，cm/s；Q为最大段药量，kg；R为爆心与被保护物之间的距离，m；K、α为与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。根据实际经验参照类似工程K取887.7、α取1.923。

由于爆区周围建筑物类型较多、周围环境复杂，为了确保爆破时各类建筑物的安全，爆破前对爆区周围建筑物深入踏勘。根据踏勘结果，对爆区周围的建筑物进行分类，并确定安全振速值为：国防光缆≤10cm/s，烈士陵园≤3cm/s。

由式(2)可见，当地形地质条件、爆破参数、安全振速及保护距离等因素确定后，建筑物的安全程度决定于最大段药量。根据式(2)及上述确定参数，不同类型建筑物在不同距离处最大段药量按式(3)计算，计算结果列于表1。

Q＝(υ/K)

表1对应不同安全距离与振速的最大段药量

第二、爆破飞石控制措施

矿区东侧有一处烈士陵园，距矿区边界最小距离60m；且埋有国防电缆。要求飞石不得损坏烈士陵园和国防电缆及其附属设施，保证周围建筑物的安全。

(1)炸药单耗的调控。炸药单耗的大小是决定爆堆及飞石抛掷距离的最主要因素之一，选择合理的单耗是控制爆破飞石的重要手段。因此每次爆破时对炮孔的岩石特性、节理裂隙要进行细致的踏勘，对孔网参数和每孔的装药量及单耗都要进行认真计算和调整，以达到控制飞石的目的。

(2)填塞长度的选择。填塞长度的大小是决定爆破飞石远近的另一主要因素。填塞长度过大，爆破效果就差，甚至只出现裂隙和龟裂，无法进行挖运；填塞长度过小，岩石被抛出，个别飞石就无法控制。填塞长度一般取(20～40)倍炮孔直径，并保证其长度≥1.1W，以确保爆破时最小抵抗线为爆破的抛掷方向，控制冲炮。

(3)填塞材料。选择好的填塞材料也可以很好地控制飞石，本工程“干孔”采用黏土填塞炮孔，“水孔”采用岩屑填塞炮孔，填塞时用竹竿轻轻捣实，中间不得间断，保证炮孔的填塞长度和质量。

(4)爆破方向的调整。为避免飞石对被保护物造成损坏，尽可能调整爆破抛掷方向，采用延时爆破技术，合理安排炮孔的起爆顺序，创造新的临空面改变爆破抛掷方向。

(5)加强对炮区的覆盖。在爆破施工中，由于岩石的不均匀性或其它未考虑到的因素，往往个别飞石脱离爆破岩体而飞出。为了防止个别飞石，采取以下覆盖措施：

在填塞好和连接好的起爆网路上每个炮孔孔口上压一竹篱笆，炮孔处在竹篱笆中心位置上(必要时，在炮区上方覆盖一层或多层的铁丝网，铁丝网必须把炮孔上方的竹篱笆覆盖上)；然后在每块竹篱笆上压砂袋；另外，对爆破区域边坡上或拐角处等不便直接覆盖的地方采取斜撑防护(即用脚手架斜搭在边坡上或拐角处的爆破孔上，然后在脚手架上挂放竹篱笆，最后用砂袋压在竹篱笆上)或搭防护棚的办法进行防护。

本实施例提供的复杂矿区环境控制爆破方法进行复杂环境下爆破作业，具有以下优点：

(l)采用毫秒延时逐孔起爆的控制爆破方式可以增强应力波叠加作用。

高速摄影资料表明，当底盘抵抗线小于10m时，从起爆到台阶坡面出现裂缝，历时约10-25ms，台阶顶部鼓起历时约80-15oms，此时爆生高压气体逸出，鼓包开始破裂。在逐孔爆破时，后爆药包较先爆药包延迟数十毫秒起爆，这样后爆药包在相邻先爆药包的应力震动作用下处于预应力的状态中(即应力波尚未消失)起爆的，两组深孔爆破产生的应力波相互叠加，可以加强破碎效果。

(2)采用毫秒延时逐孔起爆的控制爆破方式可以增强自由面作用。

在先爆深孔破裂漏斗形成后，对后爆深孔来说相当于新增加了自由面，逐孔微差爆破后爆破孔的自由面由排间微差爆破的两个自由面增至3个自由面，后爆炮孔的最小抵抗线和爆破作用方向都有所改变，增多了入射压力波和反射拉伸波的反射，增强了岩石的破碎作用，并减少夹制作用。

(3)采用毫秒延时逐孔起爆的控制爆破方式可以增加岩块相互碰撞作用，减少飞石。

先爆的炮孔起爆后，爆破漏斗内的破碎岩石起飞尚未回落时，后爆的炮孔在先爆炮孔的“岩块幕中”起爆，后爆药包的爆生气体不易逸散到大气中，从而又增加了补充破碎机会。逐孔爆破由于所相邻的两孔都有微差时间，较排间微差爆破提供的补充破碎机会多，因而在碰撞破碎过程中，岩石中的动能降低，导致抛距减少，爆堆相对集中。

(4)采用数码电子雷管实现毫秒延时逐孔起爆，可改善爆破效果。

为了获取数码电子雷管逐孔起爆网路的最佳延时时间，改善爆破效果，通过调整孔间、排间的延时时间，进行多次爆破试验。采用控制变量法，即在保持爆破孔网参数和单耗等参数均不变的情况下，确定最佳的延时时间，以达到较好的爆破效果，提高矿山挖装效率和采场平整度。

以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。