露天矿爆破工程第5章课件

第5章爆破方法第一节浅孔爆破法规格：规格：孔深4m，孔径 75mm；使用条件：使用条件：小型露天矿山、大块的二次破碎、拉底处理；设备：设备：手持风动凿岩机；作业方式：作业方式：垂直孔、倾斜孔和混合炮孔。垂直孔垂直孔适用于台阶坡面角大或钻孔设备不宜钻凿倾斜孔条件。29 七月 20241倾斜孔适用于台阶坡面角小的条件。p优点：优点：药柱的抵抗线沿钻孔长度几乎相等，爆破后能产生较均匀的块度p缺点：缺点：相同条件下炮孔深度大混合孔混合孔台阶高度大于钻孔设备的有效钻孔深度时使用。29 七月 20242爆破参数 最小抵抗线W：装药中心至台阶坡面的最小距离。底盘抵抗线Wp：台阶坡底线至炮孔中心的水平距离。孔深、超深：孔深h=台阶高度H+超深e（克服根底)孔网密集参数m29 七月 20243第二节深孔爆破规格：孔深一般在815m，孔径150300mm技术要求:p合理的爆堆形状。不超高、不埋道、不留“根底”、不出现“伞岩”和硬帮；p块度均匀,大块率低；p爆破地震效应低，无飞石。29 七月 20244包括：最小抵抗线、底盘抵抗线、孔深、超深、孔网密集系数等。影响爆破效果的因素影响爆破效果的因素(3种种)爆破参数与浅孔爆破法相同炸药爆炸能量对爆破效果的影响(3种)a.炸药的爆炸猛度越大,爆破效果越好。即爆轰速度快,冲击波能量越大,爆破效果好。实现手段：实现手段：加大装药直径,加大装药密度,加大起爆能。29 七月 20245原因：原因：接触不紧密,存在空气,造成能量损失。实现手段：实现手段：在炮孔内尽可能采用散装药(不要用袋装药或包装药)。b.炸药的爆力越大，爆破效果越好。即炸药的爆容、爆压、爆温、爆热越大,爆破效果越好。实现手段：实现手段：封闭炮孔,避免能量损失。c.装药与岩体间的偶合性越好,爆破效果越好。即炸药与岩体的接触越紧密,爆破效果越好。29 七月 20246岩体构造对爆破作用的影响(4种情况)a.台阶的坡面与岩层倾向相反爆破效果：爆破效果：岩体位移小,爆堆高度大,台阶底部阻力大,易产生“根底”。宜加大超深。29 七月 20247b.台阶坡面与岩层倾向一致爆破效果：爆破效果：爆堆较低，不易产生“根底”。29 七月 20248c.岩层走向与台阶坡面斜交爆破效果：爆破效果：沿台阶坡面的岩层面多,若各岩层的力学性质差别大,则容易产生不等的后冲,台阶坡面易出现不规则的凸凹现象,造成硬帮。应采用不均匀的疏密孔(硬度大,孔密)。29 七月 20249d.近水平岩层面爆破效果爆破效果:块度均匀,不易产生“根底”,钻孔超深小。29 七月 202410爆破技术对爆破效果的影响ba29 七月 20241112a.孔网参数：孔网参数：孔距a、行距b、联网参数等；如图，可将成排直线联网，改为斜线联网。b.起爆顺序：起爆顺序：掏槽爆破等。c.起爆位置：起爆位置：上、中、下部。d.控制爆破：控制爆破：预裂爆破等。爆破技术除爆破技术除集中装药、分段装药；齐发爆破、微差爆破；自由面爆破、压碴爆破；垂直孔，倾斜孔等之外，还有：29 七月 20245 深孔爆破参数的确定 炸药单耗和装药量a.炸药单耗指爆破每m3矿岩所需的炸药量。p根据矿岩情况确定：矿岩硬度大,单耗高；裂隙多，单耗高；p根据采掘设备情况确定：采运设备规格尺寸大,允许的块度大,单耗小；p根据孔位情况确定：采用多排深孔爆破时,由于后排炮孔岩石受夹制,其单位药耗量要比第一排孔单位药耗量增加1020%。29 七月 202413 b.炮孔装药量 i 根据单耗确定装药量：b29 七月 202414ii 根据装药高度确定装药量Iii 装药高度确定29 七月 202415 底盘抵抗线Wp确定 a.保证台阶钻孔作业安全b.满足炮孔装药条件(将装药量两式联立，得)c.考虑一定直径药包所能克服的最大抵抗线的确定29 七月 202416 排距、孔距及炮孔邻近系数a.排距b一般取：b.孔距a及邻近系数m29 七月 202417炮孔邻近系数m与大块率之间的关系如下图。29 七月 202418 填塞长度Ls和超深e a.填塞作用：防止爆轰产物损失,保证炸药反应安全。填塞长度小,易造成能量损失,产生飞石事故。填塞长度大,易出现大块。或填塞长度Ls的检验：Ls=h-Lc29 七月 202419b.超深作用:克服底盘抵抗,防止产生根底。台阶高度越大,台阶坡面角越小,岩石越坚硬,底盘抵抗越大,则超深越大。时间参数排间时间差(微差爆破用)(K为时间系数，27ms/m)或或29 七月 2024206 装药结构与起爆位置的选择 装药结构的选择 a.连续装药特点：钻孔及装药简单，克服底盘抵抗效果好。缺点：容易出现大块及伞岩。b.分段装药特点：炸药在炮孔内均匀分布，岩石破碎均匀。缺点：工艺复杂，不便控制，应用较少。29 七月 202421 起爆位置a.正向起爆 起爆药包位于孔口,起爆后爆轰波自孔口向孔底传播。特点特点 当药柱较长时,由于爆轰尚未传至孔底,而孔口由先爆炸产生的反射应力波作用而形成裂隙,使炮孔内的爆生气体过早泄出,使得破碎下部岩石困难,从而降低炮孔利用率(出岩少),岩石块度大。29 七月 202422起爆药包位于孔底,起爆后爆轰波自孔底向孔口传播。特点特点 孔底周围岩体经受爆轰压作用时间长,能提高炸药的能量利用率,改善爆破质量。只适用于电雷管起爆或导爆管起爆。b.反向起爆 29 七月 20242324两个相邻炮孔,一个炮孔采用正向起爆,另一个炮孔采用反向起爆。特点：特点：可以改善柱状药包的应力波形,使应力分布更均匀,达到改善破碎质量的目的。在前苏联曾做过类似实验,大块率由10%降到1%左右,电铲效率提高30%左右。c.正反向起爆29 七月 20247 起爆方案与起爆顺序的选择p排顺序起爆pV形起爆p直线掏槽起爆29 七月 20242526 按排顺序起爆。炮孔按排联线,逐排起爆。特点：特点：工艺操作简单,爆破前推力大,能克服较大的底盘抵抗线，爆破崩落线明显(台阶边缘明显)。缺点：缺点：后冲大(对台阶坡面破坏大),地震效应大,爆堆平坦。对平行于台阶坡面炮孔按排连线，逐排起爆。在台阶坡面较缓，底盘抵抗线较大，大区域微差爆破时采用。29 七月 2024 V形(斜线)起爆：炮孔联线形成“V”形顺序起爆炮孔连线呈V形(斜线),在不改变钻孔参数的条件下增大炮孔的邻近系数，改变破碎后岩石的运动方向，增加岩石在破碎过程中的碰撞概率；增加爆破自由面。提高爆破质量。特点：特点：块度均匀,爆堆形状规整。能够充分利用自由面反射冲击波及爆堆间的相互挤压作用。原则：原则：创造自由面,利用自由面。29 七月 202427有效联网参数设置：有效联网参数设置：1)合适的炮孔邻近系数合适的炮孔邻近系数图(b),(d)的爆破效果好；三角形布孔比正方形布孔爆破效果好。原因是：图(a),(c)后排孔自由面小，炮孔岩体受夹持。一般使m=35最好，炮孔出岩率高。29 七月 2024282)合适的炮孔交错排列平衡度合适的炮孔交错排列平衡度同时起爆的两相邻炮孔之间的径向裂隙不宜过早地相互贯通，以便保证后排孔爆轰气体不过早地外泄；炮孔交错排列平衡度V/W接近1最好，爆破后岩石块度均匀。侧面后面图a2.001:190中等中等图b5.002:3127中等少量图c1.252:353最小多图d3.256:7113少量少量临界台阶面的破裂程度V形起爆炮孔特性及有关参数形起爆炮孔特性及有关参数正方形三角形a/b炮孔交错排列平衡度V/Wm29 七月 202429爆堆位移方向和位移量受两相邻炮孔之间的距离a和连线交角影响。相邻炮孔间的距离a越小爆堆位移量越大；连线交角越大爆堆位移量越大。一般连线交角=90160较好。有两个自由面条件下（电铲工作面的端头），穿孔采用三角形布孔，爆破采用斜线连线爆破效果最好。块度均匀，平盘爆堆伸出量少。303)合适的爆堆位移29 七月 202430直线掏槽起爆:用于掘沟工程 原则原则：p将爆破区域内的炮孔沿纵向分成若干段（减震）p在炮孔区域中间部位沿一条直线布置较密集炮孔，并首先起爆，以为后续起爆的炮孔创造自由面，两侧炮孔按时间差顺序起爆p块度均匀，爆堆沿纵向轴线集堆缺点：缺点：穿孔工作量大，延米爆破量低，炸药单耗高，对两侧沟边边坡冲击破坏大。若考虑沟边边坡永久保留，则宜考虑辅助预裂爆破。3129 七月 2024318 二次破碎钻孔爆破后会产生一部分超限大块，导致挖掘机不能采装，此部分大块需进行再破碎，称为二次破碎二次破碎。1）块度对采装设备效率及露天矿生产成本的影响大块率与挖掘机生产能力关系29 七月 202432炸药单耗与矿岩块度关系矿岩块度与作业费用关系炸药单耗与采矿成本关系3329 七月 202433归纳：归纳：p矿岩平均块度越大，大块率越大，呈线性关系；p矿岩平均块度越大，挖掘机生产能力越小；p炸药单耗越大，矿岩平均块度越小，大块率越小；p矿岩块度与露天矿生产成本之间存在最佳关系。块度适度可降低炸药消耗、提高挖掘机生产能力和破碎机生产能力。29 七月 202434对采装设备：对破碎机：p浅眼爆破法p裸露爆破法p机械松碎法(用吊车碎石锤)p高能燃烧剂及静态膨胀剂破碎法3）二次破碎方法：2）矿岩合理块度：29 七月 202435a：高能燃烧剂的成分、配比和性能成分：金属氧化剂CuO、MnO、Fe2O3和金属还原剂Al组成反应方程式：配比(按重量比)：氧化剂7080%，还原剂2030%。性能：粒度越细,混合越均匀,反应速度越快。29 七月 202436b：高能燃烧剂的工艺和参数装药量：装药量：一般为浅眼爆破法体积用药量的5倍。眼距：眼距：0.8Wp眼深：眼深：填塞：填塞：长度0.3倍的眼深 点燃方式：点燃方式：导火索,800w电阻丝或高效能发爆器点燃。29 七月 202437c：静态膨胀剂破碎法以CaO为主要膨胀源,加水,产生化学反应。反应方程式：体积增大1.5倍,并放出热,最后导致岩石解体,破裂。工艺操作不易控制,应用不多。29 七月 2024389 控制爆破p控制爆破作用的破坏范围和块度p控制岩石的抛掷方向和堆砌范围p控制爆破地震效应,飞石,空气冲击波和噪音29 七月 202439 预裂爆破为了保护边坡,坝基或堤岸,在边界线上钻一排较密的炮孔,先于主炮孔起爆,爆破后形成贯穿裂隙,故叫预裂爆破。作用：作用：裂隙带能反射或吸收随后起爆的主炮孔的应力波,起到屏蔽作用,从而能最大限度地减少对岩壁的破坏。作用效果要求作用效果要求:控制孔壁上的动压强,使孔壁不致压坏并延长孔内爆生气体的作用时间。29 七月 202440 预裂爆破的基本参数：p孔径孔径:与岩石硬度及对预裂爆破的质量要求有关。一般情况下,孔径越小效果越好。多采用4075mm，最大可达250mm。p孔距孔距:与岩石硬度及孔径大小有关,一般取孔径的612倍。岩石硬度大取下限。p线装药密度线装药密度:单位炮孔长度的装药量,岩石的硬度大,孔径大,线装药密度就大。p不偶合系数不偶合系数:孔径与药包直径之比,一般为15。29 七月 20244129 七月 202442 预裂爆破效果评价p裂隙宽度1cm,裂隙小起不到应有屏蔽作用,裂隙大能耗大,成本高；p不平整度30cm。预裂孔径大、岩石节理、裂隙发育时,平整度差；p残留孔痕,坚硬岩石应80%,软岩石应50%；p减震效果在40%以上。（葛洲坝5484%，大冶铁矿4050%）。29 七月 202443微差爆破也叫毫秒爆破,将装药分组,以毫秒级为间隔时间顺序起爆的一种方法,可以减小大块率和地震效应。a：微差爆破机理p应力波作用不同炮孔应力波叠加作用,使岩石破碎效果更好。p参与应力作用应力波反射叠加作用,使岩石破碎。p岩石碰撞作用岩块之间相互碰撞。29 七月 20244445b：微差爆破的间隔时间i 应力波作用合理的间隔时间此值一般仅为几毫秒，限于加工精度，很难实现。ii 自由面作用排间微差间隔时间(Cp为纵波波速),ms；式中：t1岩体破坏前所需时间，t2从裂缝产生到漏斗开始移动时间，ms；t3爆破漏斗开始位移,离开10cm的时间,ms。29 七月 2024 挤压爆破压堆渣条件下连续爆破的一种方法。可使块度均匀,大块、根底减少,爆堆伸出小,台阶规整,电铲效率高。a：挤压爆破机理pi延长岩体中爆炸引起的应力效应,提高炸药的能量利用率。p碰撞挤压提高爆破质量,改善爆堆形状。由于渣体作用,限制破碎岩块移动,渣体与岩块产生碰撞和挤压,形成再次破碎,从而见效块度,提高破碎质量。29 七月 202446 b：渣体的合理厚度:根据爆体和碴体单位面积的动量相等原则，有：29 七月 20244748p隆起现象。由于渣体作用产生隆起,隆起过大,对电铲采装不利；p单位药耗量增加；p由于渣体掩盖,看不清岩性和地质赋存状况,给布孔增加了困难。c：挤压爆破存在的问题29 七月 2024第三节药室爆破法也叫大爆破,药量1t。集中装药。种类:抛掷爆破,松动爆破。一、药室爆破法的鼓包运动和堆积原理根据爆破漏斗的理论,若药包埋深小于爆破漏斗半径r(n1),则爆破效果是以最下抵抗线为中心线,介质表面发生隆起、破坏、破碎介质被抛掷,最终形成爆破漏斗。埋深越小,爆破漏斗的张开角就越大,介质的破碎就越细,抛掷距离就越远。29 七月 20244929 七月 202450根据经验和统计,若已知r,W则爆破漏斗的几何参数可用下列各式确定：爆破作用半径：爆破作用指数：最远抛掷距离抛掷距离可见深度爆堆高度压缩圈半径29 七月 202451521 平坦地形鼓包运动规律：p质点抛掷速度：质点抛掷速度：最小抵抗线方向的速度最大,偏离最小抵抗线越远,抛掷速度越小。p质点抛掷方向：质点抛掷方向：沿最小抵抗线方向质点抛掷是径向抛掷,偏离最小抵抗线方向的质点抛掷不是径向抛掷，而是有一定的向最小抵抗线方向偏离角。偏斜角度离最小抵抗线位置越小,偏斜角度越小,反之越大。29 七月 20242 倾斜地形鼓包运动规律：p鼓包是非对成的,地面初始运动方向是沿径向的p抛掷岩石回落到漏斗的比例少(比平坦地形)p抛体质心运动方程(vs关系)（弹道轨迹方程）29 七月 20245354二、设计内容(一)药包布置参数p药包最小抵抗线：一般为57m,最大为50mp排数：最好单排,采用多排时应考虑安全及起爆顺序p层数：当地形较陡时,要考虑分层p边坡保护层厚度:29 七月 202429 七月 20245529 七月 202456(二)爆破参数1 爆破作用指数n爆破作用指数n是药室爆破极为重要的参数。它决定爆破作用的性质,爆破漏斗的几何尺寸、破碎质量、抛掷率、装药量和堆积形状等。29 七月 20245758单药包n的确定按地形及抛掷率选取：a：平坦地形掘沟抛掷爆破(E为预期抛掷率)b：斜坡地形单侧抛掷爆破,当抛掷率为60%左右时地形坡角与爆破作用指数的关系：29 七月 2024地形坡角（）n值15301.752.030451.51.7545601.251.560701.01.2529 七月 202459多排、多层药包n值的确定p主药包n值,一般比辅助药包的n值大25%；p后排药包应比前排药包的n值大25%；p上下层同时起爆的药包,上层药包的n值增大10%。29 七月 2024602 最小抵抗线W最小抵抗线的大小和方向对岩体的破碎范围和抛掷方向起决定作用。最小抵抗线方向,就是破碎体的位移方向。最小抵抗线越小,破碎体的抛掷距离就越远。29 七月 202461确定最小抵抗线的原则 对双侧山坡地形条件当要求两侧爆破效果相同时,药包应选择在距两侧的最小抵抗线相等的位置；当要求一侧为抛掷爆破,另一侧为松动爆破时,两侧抵抗线的比值为：（Wp为抛掷，Ws为松动）29 七月 202462 山脊地形多向作用的药包,各作用方向上的最小抵抗线应相等。如果各向的爆破作用相同,但岩石性质不同,即爆区一侧岩石较软,另一侧较硬时,则靠硬岩一侧的最小抵抗线应取最小值。从技术、安全、经济综合效果考虑,抵抗线不宜选用太大必要时宜采用多层药包、多排药包和子药包等措施来实现,以便减少爆破后的土方清理工作。29 七月 2024633 药包间距a合理药包间距应保证爆后在两药包之间不留岩坎,同时又不使岩崩的过碎。不同条件下药包间距的经验公式(P141 表5-14)。29 七月 2024644 抛掷百分率E影响抛掷率的因素：地形、抛掷角、爆破作用指数、最小抵抗线及岩石容重等。经验公式计算：平坦地形平坦地形：单斜坡地形单斜坡地形(=3060,单排药包爆破)：(为地形坡角,弧度)山脊地形山脊地形(=3060,单排药包爆破)：29 七月 202465665可见深度P平坦地形向上抛掷：单斜坡地形(单层药包)：山脊地形(多面临空地形)：29 七月 2024(三三)装药量计算装药量计算1平坦地形药室药量的计算标准抛掷爆破：(K为标准抛掷爆破单位药耗)松动爆破：(K为松动爆破单位药耗)29 七月 202467炸药单耗确定单位药耗K、K的确定在特定条件下,可用小规模爆破漏斗试验来确定。常用d=100150mm的炮孔，最小抵抗线W=13m，先假定一个Kc值进行试验,炮孔装药量：若试验结果r=W（即n=1）则说明所确定的单位药耗为标准抛掷单位药耗。即Kc=K；实际装药量为：29 七月 202468 若试验得rW,则要对假定的单位药耗进行修正。由于W为设计值,是实际结果(取W=1),而r为实测结果。标准抛掷的炮孔装药量应为：达到标准抛掷的条件是：我国实践证明:当W25m时,标准抛掷爆破装药量的计算结果偏小,应为：29 七月 2024692 斜坡地形药室爆破参数修正平坦地形形成的爆破漏斗小,斜坡地形形成爆破漏斗大(由于地形影响和重力作用)。爆破瞬间形成一个标准的爆破漏斗AOB,但由于受震动影响,BOC会随之坍塌,最后形成一个不对称的爆破漏斗AOC。29 七月 202470下破裂半径下破裂半径R(与平坦地形的破裂半径相同),即：上破裂半径上破裂半径R(根据经验为)：(为修正系数)。取决于地形坡角和岩性的坚固性：松软岩石：坚硬完整岩体：29 七月 202471三、药室爆破实例大丰矿药室爆破(一)概述宁夏大丰露天煤矿位于宁夏武县内,露天矿正式开采前进行了一次大爆破。p岩层普氏硬度系数f=68,岩性：砂岩及砂页岩；p地形坡度3545,爆破位置是山脊地形；p要求:北侧抛掷爆破,南侧松动爆破,爆破量19万m3；29 七月 202472(二)基本参数确定1 药室布置和装药量由于要求北侧为抛掷爆破,南侧为松动爆破,所以药室布置在山脊轴线被端,共计9个药室,设计控制水平2136m。nN=1.321362136WNRNNSnS=1.096RSWSrNrS1#药室29 七月 202473 选取(n=1为标准抛掷爆破)；根据预爆范围,做1#药室位置的剖面图,由关系，通过作图确定药室位置,得1#药室 计算药室药量经计算，1#药室装药量：2#岩石炸药为17t，铵沥腊炸药为83t。其他药室间距布置 29 七月 2024742 坑道布置、药室容积、充填设计坑道布置、药室容积、充填设计 坑道布置：坑道布置：工程两越少越好,支巷与主导硐之间应采用T形联结,主导硐应留有1%的自然坡度,以便于出渣。药室规格药室规格 a：容积计算b：药室形状:当药室60m3采用方形或圆形；60m3时,采用十形。充填：充填：硐口用碎石充填。29 七月 202475每个起爆体中有4个电雷管(每两个并联),外加8个大雷管绑在一起,周围用2#岩石炸药堆放。3 起爆系统设计起爆系统设计R总=12.55，电源电压E=380V，管=7.56A 个别飞石4 安全距离计算安全距离计算 对建筑物29 七月 20247629 七月 202477第四节特种爆破一、概述特种爆破是控制爆破的一种,研究的内容包括：p旧有建筑物的拆除；p爆破加工型材。如爆炸成型、爆炸切割、爆炸复合、爆炸压接及合成金刚石。p建材开采等。29 七月 20247879二、旧建筑物拆除的基本要点p等能：使爆炸产生的能量与破碎介质所需的最低能量相等；p分散：将总装药“化整为零”,分散装填在较多的炮孔中；p失稳：切梁断柱，使之失稳，利用重利坍塌。29 七月 2024 通过破坏各个立柱底部不同高度来形成倾覆力矩，定向拆除。破坏高度不同，柱下座距离短；柱下座距离长；形成绕柱I的倾覆。29 七月 202480 采用毫秒微差爆破技术，使各立柱按间隔顺序起爆来产生倾覆力矩，定向拆除。破坏高度相同，起爆时间不同。柱，先起爆，然后，柱起爆。11111111129 七月 202481 将立柱的不同破坏高度和毫秒延时起爆相结合，实现建筑物的原地坍塌，折叠倾倒。p先爆起加强破碎作用；p起爆起引导坍塌作用；p起爆起整体坍塌和破碎作用。29 七月 2024824 采用适宜的爆破器材和安全可靠的防护措施:起爆器材p地面一般建筑物拆除,采用2#岩石炸药；p水下爆破,采用抗水炸药。如硝化甘油类炸药、浆状炸药等；p高温爆破,采用三氨基三硝基苯等,可在300条件下使用；p对飞石、噪音、振动要求高的场合,一般采用高能燃烧剂和静态破碎剂。29 七月 202483 防护措施p降低地震效应。微差爆破p防止飞石。措施主要是覆盖和遮挡p降低噪音。保证炮孔的填塞长度，提高填塞质量及加强覆盖29 七月 202484三、旧建筑物拆除的爆破参数设置1 孔位p梁(柱)。一般采用垂直(或水平)炮孔。局部切断时,采用梅花形布孔。梁柱分离部位应加密炮孔。p承重墙。一般采用水平孔。距地面0.5m以上，炮眼从内壁打入。直径28mm，孔深：2/3墙厚。布孔呈多排交错排列。p烟囱、水塔。一般采用水平孔。a：定向倾斜时，在倾斜方向设计爆裂口,炮孔范围为其周长的1/21/3。b：原地坍塌时，设计水平爆裂口，沿全周均匀布孔，切口高度应大于壁厚的1.5倍，可布置错列的35排孔。或折叠倒塌。29 七月 2024853 炮孔深度L2 最小抵抗线W最小抵抗线的方向和大小,决定着碎块的飞散方向和破裂范围。对梁、柱、墙。4 装药量Q确定好孔距和行距。要布置多排孔（3排），以便确定单耗和装药量。29 七月 2024868729 七月 20242024/7/2988