1、露天矿山控制爆破技术,中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司2015年7月,主 讲 人：刘为洲联系方式：13955532181,1 控制爆破技术的定义2 露天矿控制爆破技术 2.1 以控制破岩质量为目标的控制爆破技术 2.2 以控制爆破公害和爆破副效应为目标的控制爆破技术 2.3 以控制爆破成本为目标的控制爆破技术 2.4 以控制综合采矿成本为目标的控制爆破技术,目 录,1 控制爆破技术的定义,根据工程要求和爆破具体条件，采用合理的爆破技术，并进一步优化爆破方案和参数，严格控制爆炸能释放过程和介质破碎过程，既要达到最佳的爆破效果，又将爆破公害和爆破副效应控制在规定的范围之内。,定义,控制爆破的破碎程
2、度控制爆破的破坏范围控制爆破的危害作用,爆破控制的内容：,1 控制爆破技术的定义,在炸药爆炸实现有效做功的同时，会产生对公共环境有害的效应。主要有害效应就是：爆破飞石、振动、空气冲击波、有毒有害气体、粉尘和噪声，这些有害效应往往对爆破周围环境的作用是负面的，被称为爆破公害。,爆破公害,在炸药爆炸实现有效做功的同时，产生对具体爆破介质和（或）环境负面的效应。主要副效应有：消弱围岩的强度（容易引起边坡、保安矿带等的不稳定）、边界欠爆与超爆（增加损失与贫化、破坏围岩）、产生不合格大块（造成二次破碎成本增加）、爆堆堆积形状不佳（降低装运效率）、产生根底硬墙（增加二次破碎成本、影响装运效率）等。,爆破副
3、效应,2 露天矿控制爆破技术,短微差顺序延迟爆破技术 大孔距、小抵抗线爆破技术 水力增压爆破技术 间隔（岩粉、水、空气）装药爆破技术 变间距控制爆破技术,2.1 以控制破岩质量为目标的控制爆破技术,主要包括以下内容：,2 露天矿控制爆破技术,2.1.1 短微差顺序延迟爆破技术,2.1 以控制破岩质量为目标的控制爆破技术,微差爆破通过产生辅助自由面 、爆炸应力波互相干扰 、剩余应力的相互作用等作用，可以起到改善爆破效果的目的。合理的微差间隔时间，即前一个炮孔为下一个炮孔形成自由面的时间。 通过控制逐孔顺序起爆的短微差延迟时间，就可以较好的控制破岩质量，改善爆破效果。,图2.1 高精度毫秒延期雷管
4、图,2 露天矿控制爆破技术,2.1.2 大孔距、小抵抗线爆破技术,2.1 以控制破岩质量为目标的控制爆破技术,在保持炮孔负担面积不变的前提下，加大孔距、减少抵抗线，即增大密集系数的一种爆破技术。一般情况下，m=26。,（1）增大爆破漏斗角，形成弧形自由面，为岩石受拉伸破坏创造条件；（2）防止爆生气体过早泄气，提高炸药能量利用率；（3）炮孔间应力叠加作用减弱；（4）增强辅助破碎作用。,图2.2 大孔径、小抵抗线炮孔布置图,爆破机理,2 露天矿控制爆破技术,2.1.3 水力增压爆破技术,2.1 以控制破岩质量为目标的控制爆破技术,主药包起爆后，冲击波波阵面沿炮孔轴向传播的压力传到水柱中，水柱受到冲
5、击波波阵面压缩后，吸收了波阵面的峰值压力，当波阵面压力逐渐衰减后，水柱不再吸收压力而转为逐渐释放能量，从而延长了对岩体的作用时间。同时水柱吸收了压缩区波阵面峰值压力，减小了压缩区的能量损失，且由于水柱起到对能量的传导作用，使得台阶上部岩体受到更大的作用力，从而改善台阶上部岩石的破碎质量。,水力增压机理,水力增压爆破技术是利用水作为传递能量的工作介质进行爆破的方法。,计算机模拟表明，水力增压爆破能更充分地利用炸药爆炸能量，较合理地分布于被爆的岩体之中。,图2.3 两种爆破方式岩体能量分布对比,2 露天矿控制爆破技术,2.1.3 水力增压爆破技术,2.1 以控制破岩质量为目标的控制爆破技术,合理水
6、柱高度：,图2.4 装药结构图,2 露天矿控制爆破技术,2.1 以控制破岩质量为目标的控制爆破技术,2.1.3 水力增压爆破技术,表2.1 现场试验参数表,2 露天矿控制爆破技术,2.1 以控制破岩质量为目标的控制爆破技术,2.1.3 水力增压爆破技术,表2.2 水力增压爆破与常规爆破对比表,2 露天矿控制爆破技术,2.1 以控制破岩质量为目标的控制爆破技术,2.1.3 水力增压爆破技术,2 露天矿控制爆破技术,2.1.4 间隔（岩粉、水、空气）装药爆破技术,2.1 以控制破岩质量为目标的控制爆破技术,间隔装药属于不耦合装药；其作用为: 提高药柱高度; 减少装药量，提高炸药能量利用率; 延长爆
7、炸气体在炮孔内的作用时间; 增大爆炸气体作用面积; 减轻爆炸冲击波对炮孔壁的破坏（也就是降低介质的粉碎率）。,图2.5 空气间隔装药结构图,2 露天矿控制爆破技术,2.1.4 间隔（岩粉、水、空气）装药爆破技术,2.1 以控制破岩质量为目标的控制爆破技术,间隔装药改变了药柱与炮孔壁的接触关系，从而降低压缩应力波和爆轰气体产物作用于孔壁的初始压力，并使这种压力的作用时间延长，使之不至于形成压碎区或明显减小压碎区的范围，使炮孔在装药量减少的情况下，依靠炸药能量有效利用率的提高，来达到保证爆破破碎质量的目的。,图2.6 连续、间隔装药孔壁压力与作用时间对比,2 露天矿控制爆破技术,2.1.5 变间距
8、控制爆破技术,2.1 以控制破岩质量为目标的控制爆破技术,由于爆破参数的大小受自由面影响是巨大的，所以第一个延迟炮孔爆破后，产生了新的自由面，对第二个延迟炮孔来说，其爆破参数尤其是孔网参数就要根据新旧自由面组合情况变化，余此类推，一直到最后一个延迟段别的炮孔被起爆。一般来说，由于增加了新的自由面，后续炮孔的孔网参数可以增大，这就降低了爆破成本。这项技术和井巷掘进的螺旋式掏槽爆破原理接近。,2 露天矿控制爆破技术,松动爆破和防护网防飞石技术 大孔距预裂爆破技术 定向切割爆破技术 孔内外延迟联合爆破技术 囊塞爆破技术 微尘毒爆破技术,2.2 以控制爆破公害和爆破副效应为目标的控制爆破技术,主要包括
9、以下内容：,2 露天矿控制爆破技术,2.2.1 松动爆破和防护网防飞石技术,2.2 以控制爆破公害和爆破副效应为目标的控制爆破技术,松动爆破是指将岩体破碎成岩块，而不造成过多飞散的爆破技术。它的装药量只有标准抛掷爆破的40%50%。松动爆破后岩石只呈现破裂和松动状态，爆破作用指数n0.75。,除采用科学设计孔网参数等主动防护措施外，还可以采用柔性飞石防护网等被动防护技术。,图2.7 爆破飞石防护网敷设图,2 露天矿控制爆破技术,2.2.2 大孔距预裂爆破技术,2.2 以控制爆破公害和爆破副效应为目标的控制爆破技术,技术优势主要在于不耦合系数相对较高，大孔径使得相邻孔作为导向孔的效果更为明显，使
10、得预裂孔孔距可以增大50%以上。,2 露天矿控制爆破技术,2.2.3 定向切割爆破技术,2.2 以控制爆破公害和爆破副效应为目标的控制爆破技术,根据孔壁上初始裂缝形成机制和方式的不同，分为三类： 切槽炮孔岩石定向断裂爆破 聚能药包岩石定向断裂爆破 切缝药包岩石定向断裂爆破 通过形成的爆破切割缝，阻止生产爆破爆生裂隙向预维护岩体的延伸，降低爆破后冲作用，减小爆区对边坡的影响，提高其稳定性。,图2.9 定向切割缝现场效果图,2 露天矿控制爆破技术,2.2.4 孔内外延迟联合爆破技术,2.2 以控制爆破公害和爆破副效应为目标的控制爆破技术,通过孔内和地表雷管联合延期起爆，降低爆破振动强度，避免爆破振
11、动的次生灾害，减小爆破作业对爆区周围建（构）筑物的影响。,图2.10 孔内外联合延期爆破网络图,2 露天矿控制爆破技术,2.2.5 囊塞爆破技术,2.2 以控制爆破公害和爆破副效应为目标的控制爆破技术,囊塞爆破技术是根据岩石的破碎机理和炸药能量突变时对周围介质产生干扰和破坏的原理，在炮孔孔底采用低密度物质作为缓冲及储能物质的一种爆破新技术。 它能够更好地调节爆破过程，降低爆破初始压力，减小炸药直接作用在围岩上的作用力，延长爆破作用时间，提高爆破能量利用率，降低爆破振动强度，从而削弱爆破振动对周围建筑物及设施设备的影响。,图2.12 爆炸水雾除尘效果图,图2.11 普通爆破效果图,2 露天矿控制
12、爆破技术,2.2.6 微尘毒爆破技术,2.2 以控制爆破公害和爆破副效应为目标的控制爆破技术,爆炸水雾除尘是利用炸药的爆炸能量使水雾化，增大水与粉尘的接触面积，通过雾滴对尘粒的碰撞、截留、扩散和凝集作用，达到液态雾滴与固态尘粒凝结成较大的微粒后沉降的目的。,通过研制有效的爆破毒气吸收剂添加到炸药中，以降低爆破有毒有害气体量，创造良好的劳动卫生条件和生产作业环境，维护生产作业人员的身心健康，避免炮烟中毒事故，提高生产安全。,图2.13 添加毒气吸收剂与对照试验毒气浓度对比,2 露天矿控制爆破技术,2.2.6 微尘毒爆破技术,2.2 以控制爆破公害和爆破副效应为目标的控制爆破技术,图2.14 添加
13、毒气吸收剂效果,图2.15 对照试验,2 露天矿控制爆破技术,2.2.6 微尘毒爆破技术,2.2 以控制爆破公害和爆破副效应为目标的控制爆破技术,2 露天矿控制爆破技术,减弱松动爆破技术 水力增压爆破技术,2.3 以控制爆破成本为目标的控制爆破技术,主要包括以下内容：,2 露天矿控制爆破技术,2.3.1 减弱松动爆破技术,2.3 以控制爆破成本为目标的控制爆破技术,减弱松动爆破作用指数n0.75，药包爆破后只使岩石破裂，发生松动和隆起，不发生抛掷现象，不形成可见的爆破漏斗。 通过减弱松动爆破技术，降低炸药的消耗量，提高炸药的能量利用率，减小爆破炸药成本。,图2.16 不同爆破条件下的爆破漏斗图
14、,2 露天矿控制爆破技术,2.3.2 水力增压爆破技术,2.3 以控制爆破成本为目标的控制爆破技术,通过水力增压爆破技术提高了炸药能量利用率，延长了爆破作用时间，减小了炸药单耗，进而降低炸药成本；同时明显改善爆破效果，降低了大块率及二次破碎成本，提高了铲装、运输效率，提高了企业经济效益。,图2.17 爆破块度效果图,2 露天矿控制爆破技术,2.4 以控制综合采矿成本为目标的控制爆破技术,爆破效果（指大块率、块度组成、爆堆的形态等）不仅反映了爆破设计参数和爆破方法的准确性、合理性, 同时也直接影响着铲装、运输、破碎等后续工序和采矿总成本。 一般情况下, 穿孔爆破成本随着爆破质量的降低而增加, 而
15、后续工序的作业成本则随爆破作业质量的提高而降低, 在理论上则存在着使采矿总成本为最低的“ 最佳爆破效果”, 见图2.18。,图2.18 爆破效果与成本关系曲线,2 露天矿控制爆破技术,2.4 以控制综合采矿成本为目标的控制爆破技术,采矿总成本目标函数： C=Cdr+Cbl+Cl+Ch+Ccr,爆破优化经济数学模型,式中，Cdr穿孔成本； Cbl爆破成本； Cl铲装成本； Ch运输成本； Ccr破碎成本。,2 露天矿控制爆破技术,2.4 以控制综合采矿成本为目标的控制爆破技术,根据矿山生产作业条件，可以确定穿孔、爆破、铲装、运输及破碎的各自的相应函数式，然后就得到了矿山采矿总成本的目标函数，进而通过控制相应的变量参数，可以达到控制综合采矿成本的目的。 该函数的约束条件主要与孔距a、炸药负担面积S、炸药单耗q、底盘抵抗线W、炮孔密集系数m及块度分布参数n有关。,1 爆破效果的好坏，不仅影响爆破成本，对后续生产环节 （装载、运 输、粗破碎等）的生产成本影响很大。对生 产效率影响也比较大；2 每一个矿山都应该根据自己矿山矿岩性质、采矿基本参 数、生产设备和所用爆破器材等进行优化爆破作业，以使得本矿山所使用的爆破技术是合理的，对爆破公害和爆破副效应的控制是有效的，综合生产效率和生产成本是最优的。（完）,结 语,
