露天臺階深孔控制爆破

露天臺階深孔控制爆破第八章露天臺階深孔控制爆破通常將直徑大于50mm、深度超過5m的鉆孔稱為深孔。露天深孔一般在臺階〔梯段〕上或事先平整的場地上進行作業(yè)，按開挖形式分為開溝〔拉槽〕深孔爆破和臺階深孔爆破兩種。開溝爆破時，爆破只有一個向上的自由面；臺階爆破時，有兩個或兩個以上的自由面，因此可得到較好的爆破效果。按炮孔方向可分為垂直深孔、傾斜深孔和水平深孔，傾斜深孔和垂直深孔廣泛用于臺階爆破，水平深孔僅在爆破厚度和高度不大、場地條件受限制的路塹爆破、整平場地的爆破中使用。第一節(jié)臺階深孔控制爆破的根本原理一、臺階深孔爆破的原那么露天臺階深孔爆破必須在滿足各種開挖工程技術(shù)要求的同時，提高爆破質(zhì)量，改善爆破的技術(shù)經(jīng)濟指標，降低工程的總本錢。提高爆破質(zhì)量就是一方面要破碎充分，便于高效率鏟裝；另一方面要最大限度地降低爆破危害，減少后沖、后裂和側(cè)裂。改善爆破的技術(shù)經(jīng)濟指標，提高延米爆破量，降低炸藥單耗，在保證爆破質(zhì)量的前提下，使鏟裝、運輸、機械破碎以及邊坡支護等后續(xù)工序發(fā)揮高效率，降低工程的綜合本錢。二、臺階構(gòu)成與炮孔布置〔一〕臺階構(gòu)成要素主要有：臺階高度H、前排鉆孔的底盤抵抗線W1、臺階坡面角α、孔邊距b、鉆孔超深h、排距W2、孔距a、孔深〔H＋h〕、炮孔傾角、堵塞長度等。圖8—1臺階深孔爆破〔二〕炮孔布置形式通常分為：單排布孔和多排布孔兩種。當開挖工作面較長或較多、臺階高度較大、單排孔爆破能確保有一定的方量且滿足裝運要求時，在平安允許的條件下可采用單排布孔。在工作面少、臺階高度較低、單排孔爆破的爆落方量不能滿足挖掘要求時，多采用多排布孔形式。多排布孔又分為矩形和三角形〔或稱梅花形〕兩種形式，如圖8—2所示。從能量均勻分布的觀點看，以等邊三角形布孔最為理想，所以礦山多采用三角形布孔，而矩形布孔多用于開溝爆破。圖8—2多排孔布置形式為了增加一次爆破量，廣泛推廣闊區(qū)多排孔微差爆破技術(shù)，無論采用哪種布孔形式，均應以孔距相等為原那么。鐵路與公路路塹爆破因受地形條件變化的影響，在布孔方法上與露天礦的正規(guī)臺階爆破有所不同。其布孔條件較為復雜，通常有半路塹開挖布孔和全路塹開挖布孔兩種方式。1、半路塹開挖布孔方式半路塹開挖多采用縱向臺階布孔法，即沿平行于線路方向布孔，如圖8—3所示。對于高邊坡半壁路塹，應采用分層布孔。圖8—3半路塹布孔形式圖8—4全路塹分層開挖布2、全路塹開挖布孔方式開挖斷面小，爆破易影響邊坡的穩(wěn)定性。最好采用縱向淺層開挖，每層深約6~8m。上層順邊坡用傾斜孔進行預裂爆破，下層靠邊坡的垂直孔深度應控制在邊坡線以內(nèi)，如圖8—4所示。在露天礦基建初期的剝離、工業(yè)場地平整以及站場開挖等工程中，由于地形變化較大，其炮孔布置應隨地形變化作適當調(diào)整。三、爆堆及其塊度控制的概念臺階深孔爆破的控制目標主要有：巖體破碎程度及其范圍、爆破的后沖作用、爆破地震對基巖或邊坡的動力作用、爆破飛石危害、爆堆形狀和推移距離、爆堆塊度〔工程上常稱為“級配〞〕等。對于前四個目標的控制，在臺階深孔爆破的實際應用中，可以通過優(yōu)化選取爆破作用指數(shù)、炸藥單耗、孔網(wǎng)參數(shù)〔最小抵抗線、孔距、排距、孔深〕、微差間隔時間、裝藥結(jié)構(gòu)和起爆方案以及采用緩沖爆破、預裂爆破和擠壓爆破等措施來實現(xiàn)。然而，對于爆堆形狀和塊度級配的控制問題目前涉及的并不多，并且由于其復雜性，實現(xiàn)起來尚有一定的困難。爆堆塊度的控制正日益受到工程爆破界的重視。除了礦山生產(chǎn)中需要控制大塊率和到達適合的塊度組成外，在應用臺階爆破法開采石料構(gòu)筑堆石壩的水利電力工程中，爆堆的塊度組成或級配對構(gòu)筑的壩體質(zhì)量起著決定性的影響，不管大塊度級或小塊度級巖塊的含量過高，都將影響壩體的穩(wěn)定性和滲透性。塊度級配就是將不同塊度級〔尺寸〕的巖石碎塊按照一定的配比混合在一起。爆破塊度控制是一項較為復雜的研究課題。盡管國內(nèi)外研究者已進行了大量的調(diào)查與實驗工作，其難點在于爆破碎塊的形成受巖體內(nèi)宏觀節(jié)理、裂隙、斷層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)〔構(gòu)造〕和爆破參數(shù)的雙重控制。實際調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，爆破巖塊沿巖體的原生地質(zhì)弱面〔節(jié)理、裂隙、層理等〕形成的比例超過80%。爆破塊度在很大程度上受巖體節(jié)理裂隙分布特征的控制，受節(jié)理裂隙的間距分布狀態(tài)的控制。假設巖體內(nèi)的節(jié)理裂隙呈多向發(fā)育，平均間距小于0.5m，那么，當采用爆破法開采石料時，要獲得含0.5m以上塊度的級配石料是相當困難的。與此相反，假設節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體完整且均質(zhì)，那么，通過選取不同的爆破參數(shù)、布孔形式和起爆順序，就可能獲得多種不同的級配石料〔爆堆〕。一般要求塊度小時，應采用小孔徑爆破；反之，采用大孔徑爆破。需要指出的是，在富含各種結(jié)構(gòu)弱面的巖體中爆破時，為了到達控制塊度的目的，必要時可以不滿足孔距相等的布孔原那么，尤其在含有地質(zhì)斷層的情況下，不能為保證孔距相等而布孔于斷層帶上。第二節(jié)臺階深孔爆破參數(shù)的設計計算臺階深孔爆破的爆破參數(shù)包括：孔徑、孔距、底盤抵抗線、排距、，超深、孔深、臺階高度、臺階坡面角、孔邊距、炸藥單耗、每米炮孔裝藥量、堵塞長度、間隔裝藥時的藥包分配、間隔距離、合理微差間隔時間等。一、孔徑與孔深露天臺階深孔爆破的孔徑主要取決于鉆機類型、臺階高度、巖石性質(zhì)和爆破要求。當采用潛孔鉆機時，孔徑通常為100～200mm。采用牙輪鉆機或鋼繩沖擊式鉆機時，孔徑通常為250～310mm，也有的達500mm大直徑鉆孔。通常，鉆機型號確定后，其鉆孔直徑已固定下來，國內(nèi)采用的深孔孔徑多為100、150、170、200、250、310mm等幾種?？咨钣膳_階高度和超深確定。在實際施工中，鉆孔內(nèi)巖碴排不完，因此會出現(xiàn)鉆孔深度與爆破實際孔深不一致的現(xiàn)象。在施工中，要盡量讓孔深到達要求，以防出現(xiàn)根底。但是在設計中應充分考慮鉆孔深度與爆破實際孔深的關(guān)系。二、臺階高度一般確定臺階高度的原那么有：①為鉆機、鏟裝設備創(chuàng)造高效率工作的條件；②能創(chuàng)造最好的經(jīng)濟效益；③滿足平安施工的要求。我國各行業(yè)間采用的臺階高度相差較大，主要隨鉆機、鏟裝設備的不同而異。在確定臺階高度時，應把機械設備的平安高效作業(yè)放在第一位，一般為8~15m，在國內(nèi)的金屬礦開采中也有采用15~18m高臺階的。三、底盤抵抗線由于臺階坡面往往是一斜面，對于垂直深孔而言就存在兩種抵抗線，即最小抵抗線與底盤抵抗線。最小抵抗線是指臺階平臺水平上藥柱中心至臺階坡面的最小距離。底盤抵抗線是指臺階平臺水平上藥柱中心至臺階坡面底線的距離。為了克服爆破時的最大阻力，防止臺階底部出現(xiàn)“根底〞，一般都采用底盤抵抗線作為爆破參數(shù)設計的依據(jù)，而不是用最小抵抗線。底盤抵抗線過大，根底增多，影響爆破效果；底盤抵抗線過小，爆破量又會太小，影響爆破技術(shù)經(jīng)濟指標。對于一定的炮孔直徑有一個適合的底盤抵抗線。因此，底盤抵抗線可按炮孔直徑計算W1=nD式中W1——底盤抵抗線，m；D——炮孔直徑，m；n——與炮孔傾角、巖石硬度有關(guān)的系數(shù)，一般取n=20~45；對于垂直炮孔，巖石硬度大時取小值，巖石硬度小時取大值。在炮孔直徑、裝藥密度和炮孔密集系數(shù)的條件下，可根據(jù)單個炮孔的裝藥量計算底盤抵抗線式中Δ——裝藥密度，kg/m3；Τ——裝藥系數(shù)，Τ=0.6~0.8;m——炮孔密集系數(shù)，即孔距與排距之比，m＝0.7~1.4；q——炸藥單耗，kg/m3?？勺鳛榘词健?-1〕所確定的底盤抵抗線的校核公式，計算值應大于式〔8-1〕的計算值；否那么，就可能出現(xiàn)炮孔裝不完計算炸藥量的情況。此外，據(jù)實踐經(jīng)驗，在臺階高度和炮孔直徑選擇合理的條件下，底盤抵抗線還可按臺階高度H確定，即

當巖石堅硬、臺階高度小時，取小值；反之，那么取大值。為了鉆機平安作業(yè)的需要，底盤抵抗線應滿足如下關(guān)系b——孔邊距，m；α——臺階坡面角，α=600~750。四、孔距與排距孔距一般可按底盤抵抗線和炮孔密集系數(shù)確定a=mW1〔8—5〕對于一般條件下的爆破，炮孔密集系數(shù)m＝0.7~1.4，在小抵抗線寬孔距爆破中〔如斜線起爆時〕，m＝2.0~5.0。多排齊發(fā)爆破

W2=〔0.9~1.0〕W1多排微差爆破W2=W1在采用正三角形布孔時，可按排距與孔距的幾何關(guān)系確定排距W2=asin600≈0.866a五、超深超深是鉆孔超過臺階底板的局部。為增加炮孔底部的炸藥量，克服臺階底板的夾制作用，防止爆破后在臺階底部留下根底。超深值主要取決于巖石的可爆性，如果巖石堅硬、可爆性差，超深應加大；如果巖石松軟，超深那么小。超深與底盤抵抗線大小、坡面角和底部裝藥情況有關(guān)，坡面角越大，底部裝藥量大，那么超深就小，反之那么大。超深可按下式計算實踐說明，在超深值大于15D后，超深局部炸藥爆破克服臺階底板夾制作用的能力已減弱，過大的超深已沒有實際意義。目前，臺階深孔爆破的超深一般不超過3.5m，假設條件允許，應力求減小超深。六、孔邊距與巖石性質(zhì)有關(guān)，還對穿孔設備的平安影響較大，同時與垂直孔的底盤抵抗線大小有直接關(guān)系。在鉆垂直深孔時，在平安前提下，往往要求穿孔時孔邊距盡量小一些?？走吘嘁话闳?.5~3.0m。七、堵塞長度堵塞長度L一般可按炮孔直徑或底盤抵抗線確定，即L=〔20~30〕D或L=〔0.5~0.75〕W1八、炸藥單耗取決于以下幾個因素：〔1〕巖石的爆破性能。一般與巖石的物理力學特性和結(jié)構(gòu)特征有關(guān)，巖石越硬、越完整，單耗就越高?！?〕炸藥的威力。使用的炸藥威力越高，單耗就越低?！?〕裝藥的堵塞情況。堵塞越差，單耗越高?！?〕開挖對爆破的要求。即要求爆破后塊度的大小、爆堆堆散的范圍等等。對于2#巖石銨梯炸藥；在保證堵塞長度大于2m的情況下，q值也可按表5-1選取。九、每孔裝藥量單排孔爆破或多排孔爆破的第一排孔的每孔裝藥量Q1由下式計算：Q1=qW1當可以不考慮對邊坡的影響，且邊孔在無側(cè)向臨空面時，為了克服巖體的夾制作用，藥量可增加20%左右。多排孔齊發(fā)爆破時，后排孔抵抗線用排距計算，其藥量要增加20%，即后排孔每孔裝藥量為Q2=1.2qW2多排孔微差爆破時，后排孔的藥量可與單排孔的藥量計算方法相同。十、裝藥結(jié)構(gòu)深孔爆破最好使用綜合裝藥法：孔底用威力大、爆速高的炸藥；上部用威力小、爆速低的炸藥?；蛘呖椎撞捎酶哐b藥密度，上部采用低裝藥密度。目前大多數(shù)工程爆破中仍使用一種炸藥和相同的裝藥密度，此時整個炮孔的裝藥結(jié)構(gòu)分為連續(xù)裝藥與間隔裝藥兩種形式?！惨弧尺B續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)施工簡單，但由于孔的上部不裝藥段〔即堵塞段〕較長，這一局部巖體爆破后容易出現(xiàn)大塊，特別是臺階較高、坡面較陡、上部巖石堅硬時，大塊率較高。這種裝藥結(jié)構(gòu)適用于臺階較低、孔深小、外表巖石比擬破碎或風化嚴重、上部抵抗線較小的深孔爆破?！捕抽g隔裝藥結(jié)構(gòu)采用間隔裝藥可以改善爆破質(zhì)量，提高裝藥高度，減少孔口不裝藥局部的長度，降低大塊率。采用間隔裝藥時，應該把大局部炸藥裝在臺階爆破阻力最大處，孔中不裝藥局部要選擇在距臺階坡面最近之處〔即抵抗線小的地方〕，或爆炸氣體可能沿裂隙逸出的地方。圖圖8-5孔間間隔裝藥結(jié)構(gòu)1—不裝藥、堵塞段；2—裝藥段如果巖體是水平走向的層狀巖石，那么裝藥部位應該位于較厚或較堅硬的巖層部位。在地質(zhì)條件復雜時，要根據(jù)炮孔中的地質(zhì)變化情況，選擇薄弱局部〔如斷層、土夾層〕或巖性破碎局部作為不裝藥段。在間隔裝藥中，上部藥包頂至孔口的垂直距離不能小于孔邊距。間隔裝藥段不宜過多，在臺階高度小于15m時可分2~3段，中間不裝藥局部的長度為1~2m,一般情況下，為了提高裝