浅析矿山开采中的预裂爆破技术应用

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摘要:预裂爆破是利用相邻炮孔内炸药爆轰时瞬间产生的应力和爆生高压气体的气楔作用,使得岩石沿相邻炮孔的轴线形成一条裂缝,从而在以后的开挖中形成一个平整和稳定的面。在开挖区主爆破炮孔爆破前,沿设计轮廓线先形成平整的预裂缝(当根据岩石性质地质条件选用的预裂爆破参数――孔间距、不耦合系数、线装药密度合适时,预裂缝的宽度可达成1～2cm)。预裂缝形成后,再起爆主爆炮孔组,能在一定范围内,减小主爆炮孔组的爆破地震效应。

关键词:露天矿开采;预裂爆破;边坡

中图分类号:TB41 文献标识码:A 文章编号:1673-0992(2010)06A-0170-01

预裂爆破是利用相邻炮孔内炸药爆轰时瞬间产生的应力和爆生高压气体的气楔作用,使得岩石沿相邻炮孔的轴线形成一条裂缝,从而在以后的开挖中形成一个平整和稳定的面。多用于边坡开挖或其它需要保护性开挖的轮廓开挖。主要用于进出口明挖和洞内台阶竖直钻孔爆破。钻孔直径d为64mm和76mm,洞内主要采用64mm的孔。孔深为4m～12m,孔底用φ50mm、柱部用φ25mm或φ35mm的炸药,其偶合系数对64mm的孔为1.8或2.6,对76mm的孔为2.2或3.0。间距a和线装药密度q线均是先通过经验公式试选试爆,然后调整为合理值,且根据不同部位和地质条件随时进行调整。

1预裂爆破要求

1.1预裂缝要贯通且在地表有一定开裂宽度。对于中等坚硬岩石,缝宽不宜小于1.0cm;坚硬岩石缝宽应达到0.5cm左右;但在松软岩石上缝宽达到1.0cm以上时,减振作用并未显著提高,应多做些现场试验,以利总结经验。

1.2预裂面开挖后的不平整度不宜大于15cm。预裂面不平整度通常是指预裂孔所形成之预裂面的凹凸程度,它是衡量钻孔和爆破参数合理性的重要指标,可依此验证、调整设计数据。

1.3预裂面上的炮孔痕迹保留率应不低于80%,且炮孔附近岩石不出现严重的爆破裂隙。

2预裂爆破技术措施

2.1炮孔直径一般为50～200mm,对深孔宜采围较大的孔径。

2.2炮孔间距宜为孔径的8～12倍,坚硬岩石取小值。

2.3不耦合系数(炮孔直径d与药卷直径d0的比值)建议取2～4,坚硬岩石取小值。

2.4线装药密度一般取250～400g/m。

2.5药包结构形式,目前较多的是将药卷分散绑扎在传爆线上。分散药卷的相邻间距不宜大于50cm不大于药卷的列爆距离。考虑到孔底的夹制作用较大,底部药包应加强,为线装药密度的2～5倍。

2.6装药时距孔口1m左右的深度内不要装药,可用粗砂填塞,不必捣实。填塞段过短,容易形成漏斗,过长则不能出现裂缝。

3 预裂爆破的参数选取

3.1 间距a选用的经验公式为:

a =(6～10)d,对d=64mm的孔:a=0.4m～0.65m,对d=76mm的孔:a=0.45m～0.8m;

3.2 E、H库图诺夫采用:a=22dβ.K3α水. KY。式中:E为药包直径(米); K3α为水挤压系数。全挤压时(即抵抗线很大时),K3α水=0.85。在斜坡或台阶上作业,松动孔超过三排时K3α水=1.0,同样条件下松动排数较小时, K3α水=1.1。KY为地质条件系数。没有很明显的层面或裂隙KY=1.0。在占优势的裂隙组与预裂缝的夹角呈90°时,KY=0.9,角度为20°～70°时,KY=0.85,在水平岩层以及地质构造平面与裂缝相吻合时,KY=1.15。这样计算结果a=0.4m～0.9m。

3.3根据兰格弗乐斯经验数据:d=64mm:a=0.55m～0.8m,d=76mm:a=0.6m～0.9m。通过施工调整确定为:(1)进口明挖和LDO+000～LDO+800段, a=0.5m～1.0m;(2)LDO+800～LD1+087.75和出口明挖,a=0.5m～0.7m。

3.4 根据q线选用的经验公式为:

3.4.1武汉水利电力学院公式;q线=0.12[δ压]0.5.[a]0.84.[d/2]0.24。对进口明挖至LDO+800段基本为正长岩或变质玄武岩:δ压≈176.5Mpα,q线=0.43kg/m～0.77kg/m;对LDO+800至出口明挖:δ压≈80.0Mpα,q线=0.28kg/m～0.5kg/m。3.3.2根据兰格弗乐斯的经验数据:对d64mm的孔q′线=0.35kg/m;对d76mm的孔q′线=0. 5kg/m。此时是纳比特炸药,对乳化炸药需乘系数1.2,所以对d64mm孔,q线=0.35kg/m×1.2=0.42kg/m,d76mm孔q线=0.5kg/m×1.2=0.6kg/m,只不过此时的q线是指全孔的装药集中度。根据施工调整确定为:q线=0.25kg/m～0.8kg/m对出口取小值,进口取大值。

4应注意的事项

4.1关于预裂后在预裂面附近钻辅助孔或爆破孔成孔率低的问题,实际施工时,在地质情况不佳的情况下,解决这一问题的措施主要是控制预裂装药量和堵塞段长度。

4.2关于预裂与爆破区爆破连线的问题

预裂药包的结构形式较多地采用间隔装药,导爆索引爆。当预裂孔与开挖区爆破孔在一次放炮内起爆,为达到预裂效果,预裂应先响于开挖区。预裂所用的导爆索爆速为6 000～7 000 m/s,是爆破区所用传爆管爆轰速度2 000 m/s的3倍。若预裂与爆破区相连雷管选用不当,预裂过早起爆所产生的飞石在爆破区内传爆管传爆之前将传爆管砸坏,将造成爆破区哑炮。故预裂连结起爆雷管段位应早于相邻主爆孔段位100 s左右。

4.3关于预裂孔角度变化的问题

影响预裂孔角度变化的因素除上述外,还存在一些不可避免的因素。如:钻机冲击器外径大于钻杆外径,钻机花架上卡瓦内径与冲击器外径相符。在预裂孔角度不等于90度时,钻机开孔沿钻杆轴向施加压力,分解为水平力,垂直力。在钻头接触地面时,水平方向阻力小,钻杆有向水平力方向移动的趋势,钻杆受卡瓦约束。因钻杆外径小于卡瓦内径,在水平力作用下,钻杆轴线偏离原来的轴线位置,使钻杆壁向水平力方向紧靠卡瓦内壁,从而使预裂孔角度在开孔时将变缓,新卡瓦开孔角度变缓约0.5度;而磨损严重卡瓦的开孔角度变缓可达1.5度。由于上述原因,在调整钻机预裂角度时,应比设计角度调陡1～2度。

5结 语

预裂爆破带对主爆区爆破应力波的反射吸收,削减振动强度可达90% ,而单条预裂缝削减振动强度最高也只达到70% ～75%。在工程预裂爆破中,应对工程地质结构、机械设备和施工的熟练程度等因素进行仔细的分析,合理地选择预裂爆破参数,就可以在各种地质情况下取得较好的预裂效果。

参考文献:

[1]中国力学学会工程爆破专业委员会.爆破工程[M].北京:冶金工业出版社.1992

[2]孙良誉.浅论深孔预裂爆破对煤层透气性影响。四川。煤矿安全与技术,2007