露天深孔爆破技術

露天深孔爆破技術作者:陳民單位:河南豫龍水泥有限公司[2004-8-19]

關鍵字:露天深孔爆破-礦山摘要:隨著深孔鉆機如全液壓鉆機、高風壓及中風壓鉆機的出現和不斷完善以及裝運設備的不斷改進，爆破技術的迅猛提高和爆破器材的日益發(fā)展，深孔爆破在改善和控制爆破質量、提高大型機械設備裝運效率和經濟效益方面的優(yōu)越性已明顯地為人們認識與重視。1露天深孔爆破的技術要求

隨著深孔鉆機如全液壓鉆機、高風壓及中風壓鉆機的出現和不斷完善以及裝運設備的不斷改進，爆破技術的迅猛提高和爆破器材的日益發(fā)展，深孔爆破在改善和控制爆破質量、提高大型機械設備裝運效率和經濟效益方面的優(yōu)越性已明顯地為人們認識與重視。露天深孔爆破的技術要求主要是：(1)安全控制;(2)降低大塊率;(3)降低綜合爆破成本。

2露天深孔爆破安全控制技術及設計

爆破的有害效應有地震波、飛石、沖擊波、有毒氣體、噪聲和灰塵。作為露天深孔爆破，必須對地震波、飛石、沖擊波三項分別進行安全距離計算，保證符合要求，同時起爆網路的可靠起爆也是安全控制的重點。

2.1地震波安全距離計算及防護技術

(1)地震波安全距離計算

V=K·(Qm/R)α

式中：K、α—系數，與地形地質條件有關；Q—最大一段起爆藥量,kg；R—藥包中心至被保護物的水平距離,m。

計算的地震波速度應滿足國家安全規(guī)程的要求。注意：①爆破地震波除和計算公式中的參數有關外，還和爆區(qū)與保護點的相對高度有關，當爆區(qū)位于保護點的上方時，計算值偏大；反之則偏小;②爆破地震波的大小還和保護區(qū)方位有關，當保護區(qū)位于爆區(qū)前方時，地震波最小，側向次之，后方最大。③在特殊建筑物附近或爆破條件復雜地區(qū)進行爆破時，必須進行必要的爆破地震效應的監(jiān)測或專門試驗，以確定保護物的安全性。

(2)地震波的安全防護技術

露天深孔爆破，實踐表明，降低爆破振動最經濟、最有效的辦法是增加分段數、減小最大單響藥量。理論上露天深孔爆破采用非電導爆管起爆網路可實現無窮多段，當分段不超過30段時，可用孔內非電導爆管微差、孔外電雷管延時來實現，超過30個段別后需用非電雷管接力延時。如果單靠減小單段炮數還不能夠保證爆破振動安全，應采用預裂爆破方法，在最后排與未爆區(qū)之間形成一條裂縫，即可有效阻隔40%的振動波能量向外傳播。其他方法還可采用如：選用低威力低爆速的炸藥；限制一次爆破的最大藥量；選用適當的炸藥單耗；選擇適當的裝藥結構；調整爆破傳爆方向；改變與被保護物的方位關系；充分利用地形條件，如河溝、渠道、斷層等，都有顯著的隔震作用。

2.2飛石安全距離計算及防護技術

(1)飛石安全距離計算露天深孔爆破個別飛石的計算公式為：Rf=(40/2.54)×D式中：D———炮孔直徑,cm;Rf———為個別飛石最小距離,m。但在實際設計中，有的工程技術人員采用硐室爆破(集中藥包)的公式Rf=20K×n2×W,這是不正確的，對于計算出的Rf還應考慮爆破點的位置，安全保護區(qū)低于爆破點的位置，應增加距離，反之應減少。注意：無論計算結果如何，該距離均不得小于國家安全規(guī)程規(guī)定的最小200m安全距離。

(2)飛石安全防護技術

露天深孔爆破的飛石主要產生于孔口和前排。造成孔口飛石有兩個原因：一是堵塞不嚴，產生沖炮并帶出孔口松動石塊;二是裝藥過多，堵塞長度不夠，使孔口石塊飛出。造成前排飛石的原因主要是前排臨空面不平，最小抵抗線差異太大，或結構面切割，甚至裂縫與炮孔貫通。對于孔口飛石，防護措施可在孔口加壓砂包，就能夠既消除沖炮隱患，又能限制孔口松動石塊的飛出，同時又能有效降低大塊率，因此，在孔口加壓砂包是防止飛石操作方便、效果顯著的有效辦法。對前排飛石的防護，一方面可采用多排微差爆破，減少前排出現次數，另一方面，可根據前排抵抗線和結構面變化情況，在抵抗線太薄的位置堵塞巖粉作間隔裝藥。如果使用銨油炸藥，必須防止過量的炸藥流入前排裂縫，否則必將造成大量飛石，發(fā)生重大事故。一旦發(fā)現炮孔與貫通裂縫或空洞相連，應將該段炮孔堵塞，分段裝藥。如果發(fā)現有過量銨油流入裂縫中，必須注水溶解，然后再回填石沫堵塞裂縫貫通段。個別飛石的飛散距離與爆破方法、爆破參數特別是最小抵抗線的大小、堵塞長度和堵塞質量、孔間或排間毫秒延期時間、地形地質構造(如節(jié)理、裂縫和軟夾層等等)以及氣象條件有關。因此，為了防止飛石的產生，工程技術人員在爆破設計和施工時，一定要根據爆破條件的變化合理確定單位炸藥消耗量和爆破參數，保證炮孔的堵塞長度和質量，以及采取以上種種措施。

2.3爆破沖擊波安全距離的計算與防護技術

(1)爆破沖擊波安全距離的計算

R=K×Q1/3

式中：R———為沖擊波的安全距離,m;K———為系數，有掩體取15，無掩體取30;Q———為最大一段起爆藥量,kg。

(2)爆破沖擊波安全防護技術

為了減少爆破沖擊波的破壞作用，可從兩方面采取措施，一是防止產生強烈的空氣沖擊波;二是利用各種條件來削弱已經產生了的空氣沖擊波。通過合理確定爆破參數，避免采用過大的最小抵抗線，防止產生沖天炮；選擇合理的微差起爆方案和微差間隔時間，保證巖石能充分松動，消除夾制爆破條件；保證堵塞質量和采用反向起爆，防止高壓氣體從孔口沖出；推廣導爆管或電雷管起爆，盡量不用高能起爆索起爆。這些措施都能提高爆破時爆炸能量利用率，有效防止產生強烈空氣沖擊波。此外，盡量避免爆區(qū)正面朝向被保護物，無法避免時也應將建筑物的門窗打開，必要時搭設防護架，也可有效減小沖擊波的危害。

2.4有毒有害氣體的防護

對露天深孔爆破，前蘇聯學者建議露天大爆破的有毒氣體按R=K×W1/3確定，但本公式對氣象、地形因素考慮不夠，為防止炮煙中毒，應采取以下幾個方面的防護措施：(1)不要使用過期變質的炸藥;(2)加強炸藥的質量管理定期檢驗炸藥的質量;(3)加強炸藥的防水防潮，保證質量，避免炸藥產生不完全的爆炸反應;(4)人員應在上風方向;(5)一切人員必須等到有毒氣體稀釋至爆破安全規(guī)程中允許的濃度以下時，才準返回工作面。

2.5起爆網路安全起爆技術

如使用電爆網路，則要根據爆區(qū)氣象水文條件、爆破要求、成本等方面綜合考慮,選用普通瞬發(fā)、秒、毫秒延期電雷管，以及抗雜電雷管、BJ-1型安全電雷管、無起爆藥雷管、預防雜散電流、射頻電、雷電等的影響，提高電爆網路的安全性、可靠性，防止發(fā)生早爆事故。導爆管網路由于操作簡單，不受外來電影響(雷電除外)、成本低、可實現等間隔微差起爆并且起爆段數和炮孔不受雷管段數限制而得到廣泛推廣應用。缺點是起爆前無法用儀表檢查；爆區(qū)太長或延期段數太多時，采用孔外延期網路容易被空氣沖擊波或地震波、飛石破壞網路；在高寒地區(qū)塑料管硬化會惡化導爆管的傳爆性能。推薦使用新型導爆管發(fā)射四通多閉合起爆網路。該網路具有以下特點：(1)整個起爆網路呈網格狀多通道，傳爆方向四通八達，個別雷管或導爆管的缺陷不影響整個起爆網路的準爆性;(2)對于每個雷管至少有兩個方向傳遞爆轟波，起到雙保險作用，可取代或減少復式導爆管起爆網路形式，節(jié)省起爆器件;(3)整個起爆網路中只要有一個結點被擊發(fā)，即可使整個網路引爆;(4)網路聯接操作簡單，便于檢查;(5)起爆雷管不受限制，可以把封閉的網路無限擴展然后單點或多點擊發(fā)，以起爆整個網路。

3降低大塊率的技術措施

3.1大塊率產生的主要原因(見圖１、圖２、圖３)

……

摘自《中國水泥》2004年07月號第六章深孔爆破

深孔爆破(long-holeblasting)技術在改善破碎質量,維護邊坡穩(wěn)定,提高裝運效率和經濟效益等方面有極大的優(yōu)越性,隨著深孔鉆機等機械設備的不斷改進發(fā)展,在鐵路和公路路塹,礦山露天開采工程,水電閘壩的基坑開挖工程中,深孔爆破技術得到廣泛的應用,深孔爆破技術在石方爆破工程中占有越來越重要的地位.

第一節(jié)深孔爆破基本概念

所謂深孔通常是指孔徑大于75mm,深度在5m以上并采用深孔鉆機鉆成的炮孔.深孔爆破是指在事先修好的臺階(梯段)上進行鉆孔作業(yè),并在鉆好的深孔中裝入延長藥包進行爆破.深孔爆破破碎質量好,破碎塊度符合工程要求,基本上無不合規(guī)格的大塊,無根底,爆堆集中且具有一定的松散度,滿足鏟裝設備裝載的要求.

同時提高延米爆破量,降低炸藥單耗,并在改善破碎質量的前提下,使鉆孔,裝載,運輸和破碎等后續(xù)工序發(fā)揮高效率,并使工程的綜合成本達到最低.深孔爆破的炸藥比較均勻地分散在巖體中,用藥量比較容易控制,與其它爆破方法相比,深孔爆破的優(yōu)越性主要表現在石方的機械化施工和安全性兩個方面.

深孔爆破除了本身機械化程度較高,解決了其它爆破技術主要依靠人工或機械化程度不高的缺陷外,還能提供適合于機械挖運的破碎巖堆的塊度,大小,形狀,及滿足挖運進度要求的一次爆落方量;

在安全性方面,深孔爆破屬露天開挖,裝藥部位與所爆巖體的位置關系很容易搞清楚和取得數據,加上每次爆破量比硐室爆破要小,爆破時振動強度,飛石距離,空氣沖擊波強度和破壞范圍小且容易控制.

一,臺階要素

深孔爆破通常是在一個事先修好的臺階上進行鉆孔作業(yè),這個臺階也稱作梯段.所以臺階深孔爆破也稱作梯段深孔爆破.

深孔爆破的孔網參數表示鉆孔在臺階中的位置,如圖6-1(a)所示.

臺階要素

圖中H為臺階高度(m),W1為前排鉆孔底盤抵抗線(m),h為超深(或超鉆)深度(m),L為鉆孔深度(m),l1為堵塞長度(m),l2為裝藥長度(m),α為臺階坡面角(度),b為排距(m),c為臺階上部邊線至前排孔口的距離(m),a為鉆孔間距(m),為達到良好的爆破效果,必須正確確定臺階要素的各項參數.

二,鉆孔形式

鉆孔一般分為垂直鉆孔和傾斜鉆孔兩種形式,如圖6-1所示.垂直鉆孔和傾斜鉆孔的優(yōu)缺點比較如表6-1所示.從表中可以看出,傾斜鉆孔在爆破效果方面較垂直鉆孔有較多的優(yōu)點,但在鉆鑿過程中的操作比較復雜,在相同臺階高度情況下傾斜鉆孔比垂直鉆孔要長,而且裝藥時易堵孔,給裝藥工作帶來一定的困難.在實際工程中,垂直鉆孔的應用較傾斜鉆孔要廣泛得多.

施工人員正在進行鉆孔

鉆鑿傾斜深孔的技術操作比較復雜

鉆孔長度比垂直鉆孔長

裝藥過程中容易發(fā)生堵孔

抵抗線比較小且均勻,爆破破碎的巖石不易產生大塊和殘根

易于控制爆堆的高度和寬度,有利于提高采裝效率

易于保持臺階坡面角和坡面的平整,減少凸懸部分和裂縫

鉆孔設備與臺階坡頂線之間的距離較大,人員與設備比較安全

傾斜鉆孔

爆破后大塊率比較高,常留有根底

臺階頂部經常發(fā)生裂縫,臺階面穩(wěn)固性比較差

適用于各種地質條件的鉆孔爆破

鉆垂直深孔的操作技術比傾斜孔簡單

鉆孔速度比較快

垂直鉆孔

缺點

優(yōu)點

鉆孔形式

表6-1垂直鉆孔與傾斜鉆孔比較

三,布孔方式

布孔方式有單排布孔(一字形布孔)及多排布孔兩種,多排布孔又分為方形,三角形(或梅花形)三種,如圖6-2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,方形或矩形多用于挖溝爆破.在相同條件下,與多排孔爆破相比較,單排孔爆破能取得較高的技術經濟指標.

a單排布孔b矩形布孔c交錯布孔d方形布孔

炮孔平面布置

第二節(jié)設計計算

為了達到良好的深孔爆破效果,必須合理確定臺階高度,網孔參數,裝藥結構,裝填長度,起爆方法,起爆順序和炸藥的單位消耗量等參數.在以上參數設計合理的情況下,可以達到技術經濟的合理性,從而達到高效,經濟的目的.

一,鉆孔孔徑的選擇

在鉆孔機械確定后,一般鉆孔孔徑的選擇余地不大.如目前使用較多的進口液壓鉆,采用Φ38的鉆桿,使用的鉆頭直徑為3英寸(76mm)和3.5英寸(89mm)兩種,但對Φ38的鉆桿,用3英寸的鉆頭鑿進能發(fā)揮鉆機的最大效率.

從爆破經濟效果和裝藥施工來說,無疑鉆頭直徑越大越好,每米孔爆破方量按鉆孔直徑增加值的平方增加,孔徑越大,裝藥越方便,越不易發(fā)生堵孔現象.而對爆破效果來講,無疑孔徑小,炸藥在巖體中分布更均勻,效果更好.所以在強風化或中風化的巖石以及覆蓋層剝離時可采用大鉆頭(鉆頭直徑100～165mm),而在中硬和堅硬巖石中鉆孔以小鉆頭(鉆頭直徑75～100mm)為宜.

二,臺階高度的確定

臺階高度是深孔爆破的重要技術參數之一,其選取合理與否,直接影響到爆破的效果和碎石裝運效率以及挖掘機械的安全.

因此,確定臺階高度必須滿足下列要求:

1.給機械設備(挖掘機,自卸車等)創(chuàng)造高效率的工作條件;

2.保證輔助工作量最小;

3.能否達到最好的技術經濟指標;

4.滿足安全工作的要求.

從國內外資料看,普遍認為臺階高度不宜過高.在采礦部門取10～15m為宜;在鐵路施工中,根據施工特點和采用鉆機及挖掘機械的技術水平,一般取8～12m較為合適.臺階高度還與鉆孔孔徑有著密切的聯系,不同鉆孔孔徑有不同的臺階高度適用范圍.

臺階高度過小,爆落方量少,鉆孔成本高;臺階高度過大,不僅鉆孔困難,而且爆破后堆積過高,對挖掘機安全作業(yè)不利.臺階的坡面角最好在60°～75°之間.

若巖石堅硬,采取單排爆破或多排分段起爆時,坡面角可大一些.如果巖石松軟,多炮孔同時起爆,坡面角宜緩一些,坡面角太大(α>75°)或上部巖石堅硬,爆破后容易出現大塊;坡面角太小或下部巖石堅硬,易留根坎.

目前,隨著鉆機等施工機械的發(fā)展,國內外已有向高臺階發(fā)展的趨勢.

三,底盤抵抗線的確定

底盤抵抗線是指由第一排裝藥孔中心到臺階坡腳的最短距離.

在露天深孔爆破中,為避免殘留根底和克服底盤的最大阻力,一般采用底盤抵抗線代替最小抵抗線,底盤抵抗線是影響深孔爆破效果的重要參數.

過大的底盤抵抗線,會造成殘留根底多,大塊率高,沖擊作用大;過小則不僅浪費炸藥,增大鉆孔工作量,而且?guī)r塊易拋散和產生飛石,震動,噪聲等有害效應.

底盤抵抗線同炸藥威力,巖石可爆性,巖石破碎要求,鉆孔直徑和臺階高度以及坡面角等因素有關.

這些因素及其相互影響程度的復雜性,很難用一個數學公式表示,需依據具體條件,通過工程類比計算,在實踐中不斷調整底盤抵抗線,以便達到最佳的爆破效果.

1.根據鉆孔作業(yè)安全條件確定

(6-1)

式中W1——底盤抵抗線,m;

H——臺階高度,m;

α——臺階坡面角,一般為60°～75°;

c——從深孔中心到坡頂邊線的安全距離,

c≥2.5～3m.

2,按照體積法(即藥包重量與爆落巖石成正比)反推計算

式中:d——炮孔直徑,dm;

Δ——裝藥密度,kg/dm3;

τ——裝藥長度系數,

當H20m時,τ=0.35;

q——單位耗藥量,kg/m3;

m——炮孔密集系數,一般m=0.8～1.2

(當巖石堅固系數f高,要求爆下的塊度小,臺階高度愈小時,可取較小m值,反之可取較大m值).

L——鉆孔深度,m.

3,按臺階高度確定:

巖石堅硬,系數取小值,反之,系數取大值.

4,按鉆孔直徑確定:

k——日本取k=40,國內鐵路上建議取k=32～38;

d——孔徑,mm.

四,孔距與排距

孔距a是指同排的相鄰兩個炮孔中心線間的距離;排距b是指多排孔爆破時,相鄰兩排炮孔間的距離.兩者確定的合理與否,均對爆破效果產生重要的影響.炮孔密集系數m是指炮孔間距a與抵抗線W的比值,即m=a/W.當W1和b確定后,則a=mW1或a=mb.

根據一些難爆巖體的爆破經驗,保證最優(yōu)爆破效果的孔網面積(a×b)是孔徑斷面積(π·d2/4)的函數,兩者之間比值是一個常數,其值為1300～1350.

在露天臺階深孔爆破中,炮孔密集系數m是一個很重要的參數.一般取m=0.8～1.4.

然而,隨著巖石爆破機理的不斷研究和實踐經驗不斷豐富,寬孔距爆破技術發(fā)展迅速,即在孔網面積不變的情況下,適當減小底盤抵抗線或排距而增大孔距,可以改善爆破效果.在國內,炮孔密集系數值已增大到4～6或更大;在國外,炮孔密集系數甚至提高到8以上.

五,超鉆(subdrilling)

超鉆h是指鉆孔超出臺階高度的那一段孔深.其作用是克服底盤巖石的夾制作用,使爆破后不留根底.超鉆過大將造成鉆孔和炸藥的浪費,破壞下一個臺階頂板,給下次鉆孔造成困難,增大地震波的強度;超鉆不足將產生根底或抬高底板的標高,而且影響裝運工作.

超鉆與巖石的堅硬程度,炮孔直徑,底盤抵抗線有關.超鉆值可按h=(0.15～0.35)W1確定.巖石松軟,層理發(fā)達時取小值,巖石堅硬時則取大值.也有按孔徑的8～12倍來確定超鉆值的.傾斜鉆孔的超鉆h=(0.3～0.5)W.

2.00

1.75

1.50

1.25

25

1.75

1.50

1.25

1.00

20

1.50

1.25

1.00

0.85

15

1.25

1.00

0.85

0.70

10

1.00

0.85

0.70

0.60

7

10～20

6～8

3～6

1～3

巖石f值臺階高度H(m)

表6-2超鉆h值(m)

確定超鉆時,還可以參考表6-2進行選取,但表中所列數值適用于鉆孔直徑為150mm的情形.如果鉆孔直徑不是150mm,則將表中的數值乘以d/150即可.

進行多排孔爆破時,第二排以后的超鉆值還需加大0.3～0.5m.

六,單孔裝藥量

在深孔爆破中,單位耗藥量q值一般根據巖石的堅固性,炸藥種類,施工技術和自由面數量等因素綜合確定.在兩個自由面的邊界條件下同時爆破,深孔裝藥時單位耗藥量可按6-3表選取.

0.70

0.67

0.64

0.60

0.56

0.53

0.50

0.46

0.43

0.40

q(kg/m3)

20

16

14

12

10

8

6

5

3～4

0.8～2

f

表6-3單位耗藥量q值表

注:表中數據以2號巖石銨梯炸藥為準.

單排孔爆破(或第一排炮孔)每孔裝藥量按下式計算:

式中q——單位耗藥量,kg/m3;

a——孔距,m;

H——臺階高度,m.

(6-4)

多排孔爆破時,從第二排起,各排孔的裝藥量可按下式計算:

(6-5)

式中K——為考慮受前面各排孔的巖碴阻力作用的裝藥量增加系數,一般取1.1～1.2.

第三節(jié)深孔爆破施工工藝

一,臺階布置

鐵路建設大部分是在一狹小的條形地帶施工,線路綿延于山區(qū)和丘陵地區(qū),就土石方爆破工程來講,除個別站場的工程量較大外,一般工程數量都比較小而分散.因此,鐵路建設工程中深孔爆破的臺階布置形式與露天礦開采有所不同.

根據臺階坡面走向與線路走向之間的關系,可以把深孔爆破的臺階布置方法分為以下兩種.

1.縱向臺階法

爆破施工形成的臺階坡面走向與線路走向平行時,稱為縱向臺階(圖6-3).采用縱向臺階進行土石方施工的方法稱為縱向臺階法.按縱向臺階法進行鉆孔爆破時的炮孔布置方法稱為縱向臺階布孔法.

縱向臺階布孔法適用于傍山半路塹開挖.對于高邊坡的傍山路塹,應分層布孔,按自上而下的順序進行鉆爆施工.施工時應注意將邊坡改造成臺階陡坡形式,以便上層開挖后下層邊坡能進行光面或預裂爆破(圖6-4).

圖6-4傍山高邊坡路塹橫向臺階分層布孔

(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ為施工順序)

圖6-5橫向臺階法

圖6-6橫向臺階單線深拉槽路塹開挖

2.橫向臺階法

爆破施工形成的臺階坡面走向與線路走向垂直時,稱為橫向臺階(圖6-5).采用橫向臺階進行土石方施工的方法稱為橫向臺階法.按橫向臺階法進行鉆孔爆破時的炮孔布置方法稱為橫向臺階布孔法.橫向臺階布孔法適用于全斷面拉槽形式的路塹和站場開挖.

對于全斷面拉槽形式的站場開挖,為加快施工進度,可同時從山體兩側向中間進行深孔爆破作業(yè),如圖6-5(b).單線的深拉槽路塹開挖,由于線路狹窄,開挖工作面小,爆破容易破壞或影響邊坡的穩(wěn)定性,因此在采用橫向臺階法時,最好分層布孔,為便于施工和減少巖石的夾制作用,每層的臺階高度不宜過大,以6～8m為宜.

在布置鉆孔時,對于上層邊孔可順著邊坡布置傾斜孔進行預裂爆破,而下層因受上部邊坡的限制,邊孔通常不能順邊坡鉆鑿傾斜孔.在這種情況下,可布置垂直孔進行松動爆破,但邊坡的垂直孔深度不能超過邊坡線(圖6-6).如果下層邊坡采用預裂爆破,那么邊坡需要改造成臺階形式.

二,深孔鉆鑿

1.孔位布置

布孔應從臺階邊緣開始,邊孔與臺階邊緣要保留一定距離,以保證鉆機安全工作.

孔位應根據設計要求在工地測量確定,遇到孔位處于巖石破碎,節(jié)理發(fā)育或巖性變化較大的地方,可以調整孔位位置,但應注意最小抵抗線,排距和孔距之間的關系.

一般情況下,應保證最小抵抗線(或排距)和孔距及它們的乘積在調整前后相差不超過10%.在周圍環(huán)境許可時,對前排孔最小抵抗線采取寧小勿大的原則,可以減少大塊率,并保證后幾排炮孔的爆破效果.

布孔時還要注意:

①開挖工作面不平整時,選擇工作面的凸坡或緩坡處布孔,以防止在這些地方因抵抗線過大而產生大塊.

②在底盤抵抗線過大處要在坡腳布孔,或加大超深,以防止產生根坎和大塊.

③地形復雜時,應注意鉆孔整個長度上的抵抗線變化,特別要防止因抵抗線過小而出現飛石現象.

2.鉆孔機械

正是因為鉆孔機械的發(fā)展,深孔爆破技術才得以廣泛應用并迅速發(fā)展.深孔爆破中使用的鉆孔機械主要有牙輪鉆機,潛孔鉆機,旋轉鉆機,鑿巖機和鉆車.在大型礦山中使用的鉆機大部分是孔徑大于200mm的潛孔鉆機和牙輪鉆機.在一般石方開挖和中小型礦山中使用的多是孔徑在200mm以下的輕型潛孔鉆機和液壓鉆機.

牙輪鉆機是一種效率高,機械化,自動化程度高,適應各種硬度的巖石穿孔作業(yè),技術先進的鉆機.它是大型礦山露天開挖的主要鉆孔機械,但由于其一次性投資高,影響了它的廣泛使用.

潛孔鉆機是一種回轉加沖擊的鉆機,它的鉆桿前端裝有與鉆頭相連接的風動(或液壓)沖擊器,鉆桿由回轉機構帶動回轉.鑿巖時,沖擊器潛入孔底,壓縮空氣由鉆桿內部送入沖擊器中,經配氣裝置帶動錘體以高頻沖擊鉆頭,巖石在鉆頭的沖擊和回轉作用下被破碎成巖粉,再由壓縮空氣吹出孔外.與牙輪鉆機相比,潛孔鉆機具有靈活機動,設備重量較輕,投資小,成本低等特點,適合鐵路路塹深孔爆破使用.

表6-4列出了部分國產潛孔鉆機的主要技術性能參數.幾年來鐵路,公路以及其它大多數土石方工程中更多地采用了進口或合資工廠的鉆機設備.常見的有:

可裝在拖拉機上

全風動

備注

860

400

4500

12000

12000

設備重量

(kg)

輪胎

履帶

無

履帶自行

履帶自行

履帶自行

行走方式

>20°

20°

20°

爬坡能力

2.8

2.13

1.23

1.5*

6

9

鉆桿長度

(m)

90°

向下任意

向下任意

向下與地面成

0°,45°,60°

75°,90°

與地面成

45°,60°

75°,90°

鉆孔角度

20

12

向下17

水平50

20

17

17.5

鉆孔深度

(m)

80

100

100

85～100

150

150

鉆孔直徑

(mm)

YQ—80

YQ-100B

YQ-100

CLQ-80

YQ-150B

YQ-150A

型號

表6-4國產部分潛孔鉆機主要技術性能

一次可推進二根桿3.0m.

(1)阿特拉斯·科普柯(ATLASCOPCO)公司(與我國天水等生產廠家有技術合作)的鉆機.國內常見的有以下幾種:

ROC442PC履帶式氣動鉆車,孔徑35mm～102mm,配COP131氣動鑿巖機,所有動力來自壓縮空氣,不帶發(fā)動機和電力裝置.

ROC742HC系列履帶式液壓露天鉆車,自帶發(fā)動機和空壓機,配COP1238或COP1838液壓鑿巖機,可選配駕駛室和自動接桿系統.

(2)宣化英格索蘭(Ingsoland)礦山工程機械有限公司生產的鉆機.主要有:

ROC460PC風動履帶式潛孔鉆車,孔徑85mm～140mm,所有動力來自壓縮空氣,不帶發(fā)動機和電力裝置.

ROC742HC系列履帶式液壓露天鉆車,自帶發(fā)動機和空壓機,配COP1238或COP1838液壓鑿巖機,可選配駕駛室和自動接桿系統.

CM351高風壓露天潛孔鉆機,孔徑105mm～165mm,工作風壓1.05MPa～2.46MPa,耗風量17m3/min～21m3/min,配用DH-4,DH—6,DHD-340A,DHD-360型沖擊器,爬坡能力26°.

CM341中風壓露天潛孔鉆機,孔徑105mm～114mm,工作風壓0.7MPa～1.2MPa,耗風量20m3/min,配用DH-4,DHD-340A型沖擊器,爬坡能力25°.

CLQ80A低風壓露天潛孔鉆機,孔徑90mm～120mm,工作風壓0.5MPa～0.7MPa,耗風量17m3/min.

(3)芬蘭湯姆洛克(TAMROCK)CHA660,DHA660型履帶式液壓露天鉆車,鉆孔直徑76mm～89mm.

(4)日本古河(FURUKAWA)HCR-C180R,HCR-260型履帶式液壓露天鉆車,鉆孔直徑76mm～89mm.

高效液壓鉆機的引入簡化了深孔爆破的施工組織.這些鉆機可以自行,動力單一,不需要安裝供水,供電,供電等線路和管路,對鉆孔平臺的要求也不很高,大大縮短了準備工作時間,促進了深孔爆破的發(fā)展.

這里僅例舉瑞典阿特拉斯·科普柯(ATLASCOPCO)公司生產的ROC742HC液壓鉆機在花崗巖中的性能予以說明.純鉆孔速度1.4m/min,每孔定位時間3.5min,接卸鉆桿時間2.8min,89mm孔徑的鉆孔速度36.1m/h.可以計算出該鉆機的臺班進尺大于200m.按每米鉆孔爆落石方量7.5m3計算,其臺班爆破方量在1500m3以上.

3.炮孔質量

(1)堵孔的原因及預防

在深孔爆破,尤其是在臺階深孔爆破中,受上一臺階超鉆部分炸藥爆破的影響作用,鉆孔作業(yè)常發(fā)生鉆孔被堵現象.

鉆孔被堵原因主要有:巖體破碎導致孔壁在炮眼鉆好后塌落;巖粉順巖體內貫通裂隙沉積到相鄰炮孔內,造成鄰孔堵孔;鉆孔時造成喇叭形孔口,成孔后孔口塌落堵塞鉆孔;成孔后沒有及時封蓋孔口或封蓋無效,造成地面巖粉或石渣掉入孔中;雨水沖積造成孔內泥土淤塞.

鉆孔被堵導致一些炮孔深度發(fā)生變化,給裝藥帶來很大的困難,甚至造成炮孔報廢.若是炮孔被堵部分為孔底,則因裝不夠藥而造成爆后留根;或者由于炮孔被堵深淺不一,造成底盤高低不平;若局部炮孔全堵,將影響整體爆破效果.

可采取以下措施預防堵孔:避免將孔口打成喇叭狀;巖石破碎易塌落時,要用泥漿固壁封縫;及時清除孔口巖碴及碎石;加工專用木塞封堵孔口或用木板將孔口封嚴;雨天用巖碴在孔口作一小圍堰,防止雨水灌入孔內.

(1)鉆孔檢查及處理

炮孔檢查主要指檢查孔深和孔距.孔距一般都能按設計參數控制.孔深的檢查可分為三級檢查負責制,即打完孔后鉆孔操作人員檢查,接班人或班長檢查,專職檢查人員驗收.檢查的方法可用軟繩(或測繩)系上重錘進行測量,要作好記錄.裝藥前的孔深檢查應包括孔內的水深檢查和數據記錄.

炮孔深度不能滿足設計要求的原因有:炮孔壁面掉落石塊堵孔;巖碴未排到孔外而回落孔底;孔口封蓋不嚴造成雨水沖垮孔口引起堵孔等.排出這些原因,或適當加大超深,就可以防止或減少因堵孔而造成的孔深不足的問題.

對發(fā)生堵塞的鉆孔應進行清孔.可用高壓風管吹排,或用鉆機重新鉆鑿.如果堵孔部位在上部,也可用炮棍或鋼筋捅開.

在地下水位高,水量大的地方或雨季施工,炮孔中容易積水,應使用防水炸藥如水膠炸藥,乳化炸藥等.由于防水炸藥一般多為卷裝,在炮孔內的裝藥密度遠小于散裝炸藥的裝藥密度,在設計時應對孔網參數進行調整.

排水一般用高壓風吹出法.這種方法簡單有效.使用的高壓風管管徑與鉆孔孔徑有關,過細吹不上來,過粗易被孔壁卡住.操作時要小心,防止將孔壁吹塌或風管飛起傷人.

三,裝藥結構和裝藥

1.裝藥結構

在第四章已經介紹過,裝藥結構是影響爆破效果的主要因素之一.深孔爆破采用的裝藥結構主要有連續(xù)裝藥結構,間隔裝藥結構和混合裝藥結構.

(1)連續(xù)裝藥結構.炸藥從孔底裝起,裝完設計藥量之后再進行堵塞.這種方法施工簡單,但由于設計裝藥量一般不足以填滿炮孔的較大部分,易出現炮孔上部不裝藥段(即堵塞段)較長的現象,使巖體上部出現大塊的比例增加.連續(xù)裝藥結構適用于臺階高度較小,上部巖石比較破碎或風化嚴重,上部抵抗線較小的深孔爆破.

(2)間隔裝藥結構.在鉆孔中把炸藥分成數段,使炸藥能量在巖石中比較均勻的分布(圖6-7).間隔裝藥結構適合于特殊地質條件下的深孔爆破,如所爆破的巖層中含有軟弱夾層或溶洞時,通過堵塞物將炸藥布置到堅硬巖層中,可以有效地降低大塊率.除非安全需要,一般不在均勻巖層中采用間隔裝藥結構,而是通過擴大孔網參數來調整孔口堵塞長度.這樣可以節(jié)省鉆孔數量,降低鉆孔成本.

(3)混合裝藥結構.所謂混合裝藥結構就是在同一炮孔內裝入不同種類的炸藥,即在炮孔底部裝入高密度,高威力炸藥,而在炮孔上部裝入威力較低的炸藥.采用混合裝藥結構的目的是充分發(fā)揮高密度,高威力炸藥的作用,解決深孔爆破中底部巖體阻力大,炸不開,易留巖坎的問題,同時又可避免上部巖石過度破碎或產生飛石.

深孔裝藥方法分為手工操作和機械裝藥兩種.在鐵路爆破施工中,手工操作仍是目前主要的裝藥方法.

手工操作主要用炮棍和炮錘裝藥.炮棍可以使用木頭,竹竿或塑料制作,必要時可以在炮棍頭上裝上銅套或銅制尖端.

當炮棍長度不夠時,可以采用炮錘搗實孔底裝藥,炮錘使用耐腐蝕的木料制成,為了加大錘體重量,可以在錘體內注鉛.錘體上應加工有連接環(huán),以便套結強度足夠的麻繩或尼龍繩.

任何情況下都嚴禁使用鐵器制作炮錘,炮棍或炮棍頭.

圖6-7孔間交錯間隔裝藥結構

1-沙土,巖粉;2-炸藥

裝藥機械主要有粉狀粒狀炸藥裝藥機和含水炸藥混裝車.其中含水炸藥混裝車(乳化炸藥或漿狀炸藥混裝車)的應用是爆破工程的一項重大技術進步.它集制藥,運輸,貯存和向炮孔內裝填炸藥于一體,可以連續(xù)進行32h以上的裝藥施工,大大提高了爆破效率,減輕了勞動強度.這種裝藥車已在南芬露天礦,德興銅礦,平朔露天礦及三峽工地投入使用,取得了顯著的經濟效益.

裝藥開始前先核對孔深,水深,再核對每孔的炸藥品種,數量,然后清理孔口附近的浮碴,石塊.打開孔口作好裝藥準備,再次核對雷管段別后,即可進行裝藥.

對深孔而言,炮棍的作用主要是保證炸藥能順利裝入孔內,尤其是防止散裝炸藥中的結塊藥堵孔,同時炮棍還可以控制堵塞長度.

在以堵塞長度來控制裝藥量時,應掌握裝藥孔的大致裝藥量.當裝入相當數量的炸藥尚未達到預定的裝藥部位時,應報告技術人員處理,避免因孔內出現異常情況而造成裝藥量過多過集中而引起安全事故.

起爆藥包的位置一般安排在離藥包頂面或底面1/3處.起爆藥包的聚能穴應指向主藥包方向.裝藥長度較大時可安排上下兩個起爆體.在使用電雷管起爆網路時,要注意雷管腳線與孔內聯結線接頭的絕緣和防水處理.

四,堵塞

堵塞工作在完成裝藥工作后進行.堵塞長度與最小抵抗線,鉆孔直徑和爆區(qū)環(huán)境有關.當不允許有飛石時,堵塞長度取鉆孔直徑的30～35倍;允許有飛石時,取鉆孔直徑的20～25倍.堵塞材料可用泥土或鉆孔時排出的巖粉,但其中不得混有大于30mm的巖塊和土塊.

堵塞時,不得將雷管的腳線,導爆索或導爆管拉得過緊,以防被堵塞材料損壞.堵塞過程要不斷檢查起爆線路,防止因堵塞損壞起爆線路而引起瞎炮.

五,起爆網路與起爆

起爆網路有電爆網路,導爆索網路,導爆管起爆網路.其中導爆管起爆網路在鐵路系統應用較為廣泛.

連接網路時應注意以下安全問題:

①孔內引出的導線或導爆管等要留有一定的富余長度,以防止因炸藥下沉而拉斷網路,在有水炮孔內裝藥或使用散裝炸藥時尤其要注意.

②網路連接工作應在堵塞結束,場地炸藥包裝袋等雜物清理干凈后再開始進行.接線應有爆破員按操作規(guī)程進行.

③網路連接后要有專人警戒.

對于導爆索,導爆管非電爆破網路應采用電雷管引爆.在一些爆區(qū)周圍環(huán)境較好,便于警戒和撤離,規(guī)模較小的深孔爆破中,現場也常采用火雷管引爆.多排炮孔時,為取得好的爆破效果,常采用毫秒電雷管進行微差爆破.

放映完畢,謝謝觀看!積極推廣中深孔爆破方法2005年7月1日《安全與健康》

一、全國和福建省非煤礦山安全現狀簡述

2004年，全國非煤礦山安全生產形勢總體穩(wěn)定，事故總起數和死亡總人數同比均有所下降，但重大事故上升幅度較大。非煤礦山傷亡事故的主要原因之一就是集中在違反操作規(guī)程或勞動紀律、生產場所環(huán)境不良和安全設施缺少或有缺陷上，這三種原因造成的事故起數和死亡人數分別占2004年非煤礦山事故總起數和總死亡人數的74.6%和75.3%。這反映出了我國非煤礦山安全生產基礎工作還很薄弱，職工素質低，安全意識差，建設項目安全設施“三同時”工作還沒有落到實處；二是多數企業(yè)自身的安全管理工作基礎薄弱，安全投入不足，職工教育培訓不夠或流于形式，導致企業(yè)技術裝備水平普遍低下，開采技術含量低，部分企業(yè)不具備基本安全生產條件，多數從業(yè)者素質低，安全意識差。

目前我省非煤礦山存在的突出問題：一是技術裝備水平普遍低下，小礦多，多數礦山技術手段落后，采礦方法不規(guī)范，設施設備簡陋，沒有嚴格的安全措施。二是超層越界開采，“礦中礦”、“樓上樓”的現象仍然存在，開采秩序混亂，埋下了事故隱患。三是火工材料的管理問題較大。不少企業(yè)沒有嚴格的火工材料管理制度。四是小礦山的排土場是重大的危險源，有的遇到大雨，極易發(fā)生潰壩事故。

因此國家安監(jiān)總局和我省安監(jiān)局提出今年工作重點之一就是積極推廣先進技術，鼓勵企業(yè)開展技術改造，提高企業(yè)技術水平，積極推廣露天采石場中深孔爆破技術，努力實現露天采石場規(guī)?；?、規(guī)范化開采。

二、我省非煤露天礦山爆破方式

據統計，我省非煤礦山有5000多座，采用露天開采方式的礦山約占75%，其中：開采飾面用花崗巖的礦山有1300家，主要采用低威力炸藥(如黑火藥)預裂爆破方式，其余礦山絕大部分采用淺眼藥壺式爆破。對于采用淺眼藥壺式爆破作業(yè)的礦山，現場施工普遍存在少打眼、亂打眼、多裝藥、亂放炮的現象，造成的后果是炮眼利用率低，巖石碎塊拋擲遠，爆堆不集中，周邊超挖量大，成型質量差，圍巖松動破壞嚴重，開采邊坡無法控制，爆破后開采工作面坡度大，甚至出現上部巖石無法下落，開采面出現掏采現象，工作坡面角出現負角等嚴重違反規(guī)程規(guī)范的現象。同時，采用淺眼藥壺式爆破作業(yè)，其鑿巖工具一般采用普通的氣腿式鑿巖機(如常用的7655型和YT-24型)，炮眼深度宜控制在2.5m以內，因此開采高度應控制在6m以下，且應分層爆采。

三、中深孔爆破方法

露天淺孔爆破特指巖土開挖、二次破碎大塊時采用的炮孔直徑小于50mm、深度小于5m的爆破作業(yè)。深孔爆破就是炮孔孔徑大于75mm且深度在5m以上的采用延長藥包的一種爆破方法。而中深孔爆破方法是介于淺孔爆破與深孔爆破之間的以專用鉆鑿設備鉆孔作為炸藥包埋藏空間一種爆破方法，其直孔徑一般為50mm—350mm，孔深為5m—20m，以下簡要介紹目前在我省中小型露天礦山生產實踐中較為有效實用的中深孔爆破斜眼炮孔布置方式的基本參數。

孔徑d：決定于鉆鑿設備。中小型露天礦山可采用輕型支架式潛孔鉆機，其直孔徑一般為75mm—100mm；

孔深：一般為12m—15m；

炮孔排數：視最小工作平臺寬度，(3—6)排，一般取(4—5)排；

孔距a：指同一排炮孔中相鄰兩個炮孔的中心線間的距離。計算方式：可用底盤最小抵抗線W和鄰近系數m的乘積來計算，即a=m·W(單位：米)中深孔爆破a值經驗取值為3m～7m；

排距b：相鄰兩排炮孔間的距離。按炮孔的布置方式有不同的計算方式。排間炮孔交錯呈等邊三角形布置時，計算方式：b=a·Sin60o=0.866a(單位：米)；排間炮孔平行布置時，計算方式：b=f·a，(單位：米)；f為排間系數，根據礦巖性質，一般常取為0.45～0.75。

底盤最小抵抗線W的大小與炮孔直徑、裝藥直徑、炸藥威力、裝藥密度、巖石可爆性、要求破碎程度和階段高度有關。計算方式：W=(0.6～0.9)H；超鉆深度h：h=(0.15～0.35)W，巖石松軟、層理發(fā)育時，取小值，巖石堅硬時取大值。但應注意超深也不能太大，否則會將底板或下一臺階的頂部破壞；

填塞長度：合理的填塞長度和良好的填塞質量對炸藥爆炸能量的充分利用，爆破質量和安全有很大的影響。填塞過短或不嚴密，容易造成巖塊飛散，產生沖天炮和出現根底，填塞過長又容易在孔口部分形成大塊。填塞長度一般為炮孔直徑的(15～30)倍。

炸藥單位消耗量q：一般硝銨炸藥，取(0.15～0.6)kg/m3，軟巖取小值，硬巖取大值；

炮孔裝藥量：影響其取值的因素較多，主要因素有：合理炸藥單位消耗量取值、巖石性質和地質條件、炸藥品種、裝藥結構、氣候條件、爆破方法的選擇。

炮孔裝藥量計算公式為：Q=q·V=q·aWH，(單位：kg)；H為臺階高度。

以上計算為一般常用計算方法，在實際運用過程中應根據礦山實際情況作適當的調整，以達到理想的爆破效果。

四、采用中深孔爆破方法的優(yōu)點

(1)符合國家和我省提倡的應在非煤礦山開采過程中推廣先進技術的要求。

(2)在相同的鑿巖條件下，采用普通的氣腿式鑿巖機，同一根釬子鉆眼，每增加1m炮眼，其鉆眼速度就下降4%～10%，且隨著鉆眼深度的增加，鉆眼速度就下降得越快。特別當炮眼深度超過3.0m時，由于釬子重量增加，使克服釬子彈性變形的沖擊功增大，排粉難度也增大；其次釬桿與眼壁間摩擦阻力增大，能量消耗增加；再者人工拔釬也相當困難。而且，隨著鉆眼深度的增加，鉆眼速度的衰減加快，鉆鑿3.0m的炮眼時，其鉆眼速度僅有眼深0.5m時的40%左右。因此，使用普通氣腿式鑿巖機，炮眼深度宜控制在2.5m以內。但如果采用中深孔爆破方法，由于其鑿巖工具是專用鉆鑿設備，孔深一般在5m—20m，因此其開采高度可以達到20m。

(3)比較符合我省非煤礦山開采現狀的要求。目前我省非煤露天山坡式開采的礦山，主要采用淺孔爆破，根據國家安全生產監(jiān)督管理總局頒發(fā)的《非煤礦礦山企業(yè)安全生產許可證實施辦法》(9號令)的要求，爆破時分層高度不應超過6m，但目前我省非煤露天山坡式開采的礦山，其開采高度(工作面高度)絕大部分大于6m，一般都在10m～25m之間。因此，只要大力推廣中深孔爆破方法，我省非煤礦山開采現狀就可以在硬件上基本符合國家的要求。

(4)符合礦山業(yè)主的實際要求。2005年，隨著《安全生產許可證條例》的進一步落實，國務院、國家安全生產監(jiān)督管理總局進一步加強安全生產工作，業(yè)主若要取得非煤礦礦山企業(yè)安全生產許可證，就必須投入較多的資金，對礦山進行較大程度的整改。但業(yè)主只要采用中深孔爆破方法，對鑿巖設備進行更新、爆破作業(yè)人員進行重新培訓，使他們掌握新的開采技術，就可以以較小的資金投入，改變現狀，從而為順利取得安全生產許可證奠定了堅實的基礎。

(5)由于中深孔爆破的鉆孔和爆破作業(yè)是在平緩的臺階上進行，具有機械化程度高，一次爆落礦量大，爆破成本低，生產效率高，施工進度快，工作環(huán)境好，爆破時對開采邊坡的影響比大炮小、采礦作業(yè)安全等優(yōu)點，從長期來看，可以降低開采成本，提高成為作業(yè)安全，因此，中深孔爆破應可以成為我省非煤露天礦山的主要爆破方法。

(6)中深孔爆破開采技術是一種自上而下的作業(yè)方式，作業(yè)人員可在寬廣的平臺上作業(yè)，產生的遠距離飛石和震動較少，減少礦山企業(yè)的每月爆破次數，從而改善礦山作業(yè)條件。在我省，由于受市場價值的牽制，很多礦山都在城鎮(zhèn)周圍，距離城鎮(zhèn)在20km左右，而且周邊環(huán)境復雜，有重要的建(構)筑物，如國防工程、水利設施、鐵路、公路、學校、居民區(qū)、工廠、高壓輸電線、重要廣播線路、重要自然保護區(qū)、重要風景區(qū)、歷史文物和名勝古跡等，采用中深孔爆破方法，可以有效的降低因開采活動對周邊環(huán)境的影響，緩解礦主與當地居民的矛盾。

(7)采用中深孔爆破方法，由于一次爆破石方量大，因而每月爆破次數少，同時爆破作業(yè)時爆破噪聲和震動也比較小。因此，采用中深孔爆破作業(yè)方式，可以提高了安全系數，增強安全性，同時也可以解決礦山爆破作業(yè)過程中，震動大、飛石多、爆破次數多等等這些都是一直困擾民用爆破物品的難題。

(8)在使用相同炸藥量的情況下，大大提高了碎石產出量，并可以提高礦山產量，增加了爆破方量，從長期來看，有利于降低投資者的開采成本，提高經濟效益。

五、結論

在我省，露天邊坡開采(碎石型)采用中深孔爆破方法，符合我省非煤礦山開采現