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摘要：为改善抛掷爆破质量，提高有效抛掷率，本文结合露天矿山采矿规模、开采工艺、设备型号及岩石岩性等，对抛掷爆破台阶参数、爆破参数等进行分析优化，并在实践应用中进行对比分析，总结提炼经验数据。
关键词：台阶参数；爆破参数；延期时间；有效抛掷率
抛掷爆破是指利用炸药爆炸能量，将被爆岩体的一部分沿一定方向抛向指定位置的爆破。被抛出的岩体无需设备采挖运输，可有效提高生产效率，降低剥离成本。露天矿山抛掷爆破根据环境变化（包括岩性、地质构造、周边受保护建筑物等）、工艺要求（爆堆形状、松散系数、有效抛掷率、边坡稳定及爆破有害效应等）及新技术、新工艺的应用不断优化参数，其中包括炮区线性尺寸、钻孔参数、炸药性能、装药结构及延期时间等参数的优化调整，进一步提高爆破效果，使爆后岩体破碎度及爆堆形态更好的满足后续采装需求，将更多的岩石定向抛掷至采空区进而减少剥离运输成本，同时降低爆破有害效应，带来更高的综合经济效益。
1抛掷爆破参数优化设计
1.1台阶参数
抛掷爆破台阶参数的选取应根据采矿规模、生产工艺、设备选型及生产效率等多方面进行综合考虑，确保安全高效生产。抛掷爆破台阶参数主要包括台阶高度（H）、宽度（B）、炮区长度（L）及坡面角(α);上述参数的选取综合考虑设备选型、开采工艺及爆破效果需求等各方面因素。
1.1.1台阶高度
综合开采工艺中剥离工艺的工作线推进度至少应与采工作线推进度保持一致，因此可根据岩石剥离量和矿石的开采量进行计算，即台阶高度等于V0hηρ/M，其中V0为抛掷台阶每年爆破量，万m3；h为下部矿平均可采厚度，取29m；M为相应矿石开采量，万t；η矿石回采率，取98%；ρ为矿石密度，1.43t/m3；根据目前露天矿山高台阶抛掷爆破剥离量及相应矿石层开采量，经计算，抛掷台阶高度H=52m；目前抛掷台阶所使用钻机为DM-H2钻机，最大钻孔深度70m，倾斜钻孔，考虑钻孔施工因素，台阶高度不宜超过63m。
1.1.2台阶宽度
露天矿山抛掷台阶宽度受抛掷效果需求、吊斗铲作业半径及下部运输空间等各种因素影响。在抛掷效果方面，抛掷量随着炮区台阶高度H与宽度B之比的增加而增加，根据经验，露天矿山所用H/B为0.4～0.85，根据上述计算H=52，则B=20.8m～44.2m。
根据吊斗铲最大卸载半径，由经验公式可确定台阶宽度，即台阶宽度B为0.4倍～0.7倍吊斗铲作业半径RX，经计算可得台阶宽度为40m～70m。根据下部矿层采掘带宽度取决于抛掷爆破台阶宽度，其大小直接影响卡车的安全运行。由于某露天矿山矿层较厚，为满足生产能力需求，同时兼顾优劣矿石的分采分运，矿层台阶分6上、6中、6下三层开采，其中6上、6中共用一条运输道路，位于上部靠排土场一侧，宽度设为B1；6下一条运输道路，位于下部采场一侧，宽度设为B2；则台阶宽度应满足B≥B1+B2；B1应符合通行、会车等安全要求，对于行驶载重68t以上的大型卡车，双车道路面宽度应包括养路设备作业宽度，可按3倍～4倍车体宽度设计，另外考虑道路距采场、排土场安全距离。综上，B1≥（3-4）Ka+2C，其中Ka为卡车车体宽度，取930E卡车9m；C为道路距采场或排土场安全距离，取2m；计算得B1大于等于31m～40m；B2应符合卡车在6下环形调车宽度，即B2≥Ka+2C+2Ra，其中，Ra为卡车最小转弯半径，取930E卡车15m；计算得B2应大于等于43m。根据B≥B1+B2计算得B≥74m～83m，满足矿层开采时卡车运输要求。综上，考虑抛掷爆破吊斗铲作业需求及矿层台阶开采工艺，台阶宽度优化B≥83m；目前某矿抛掷台阶宽度为85m。
1.1.3炮区长度
根据露天矿生产规模、所用设备型号及其能力计算。另外，综合考虑钻孔区、待爆区及作业区生产接续，一次抛掷炮区长度（L）设置为300m～600m；临近端帮炮区综合考虑爆破振动对边坡及周围构筑物的影响，宜减小炮区长度，降低最大同段起爆药量。
1.2爆破参数
抛掷爆破参数包括：单位炸药消耗量按岩石性质和爆破要求并结合经验选取，再通过现场试爆确定；台阶参数、孔网参数根据设备选型、岩石岩性、爆破需求等并结合前期经验数据确定；装药结构、装药长度、填塞长度按爆破效果要求确定；最大同段药量根据被保护对象质点允许最大振动速度决定。
1.2.1炸药单耗
影响炸药单耗的因素主要包括以下几个方面：一是自由面数量，自由面越多，越有利于应力波反射拉伸破坏岩石，被爆岩体受到的约束力就越小，需要的药量也越少，炸药单耗越低；二是炸药本身的密度、爆速和爆热，其密度越大、爆速暴热越高，则单位体积炸药能量密度越高，所用炸药量越少，炸药单耗越低；三是地质条件如岩石的变形、强度、构造等，岩石整体性越好，越有利于爆破应力波及爆生气体在岩石中的传播及作用，延长爆破作用时间，炸药单耗越低；四是炸药与被爆岩体波阻抗是否匹配，两者之间波阻抗越相近，越有利于炸药中爆轰波传递至岩石中作业，进而提高炸药能量利用率，降低炸药单耗；五是装药结构的影响，通过选用合理的装药结构方式和装药参数，如采用空气间隔分段装药方式，有效控制炸药爆炸能量的释放、分配和作用过程，延长爆破作用时间，提高爆破效率、控制有害效应、降低爆破成本。
露天矿山抛掷爆破台阶岩石以砂岩为主，岩石硬度系数f=4～6，其中前6排孔装高爆速重铵油炸药，提高有效抛掷率，炸药单耗q=1.13kg/m3；中间4排装铵油炸药，用于破碎岩石，炸药单耗q=0.72kg/m3；后两排及炮区两侧孔装铵油炸药、采用分段装药结构，减小后冲和侧冲，以提高边坡稳定性炸药单耗q=0.50kg/m3；根据炮区总装药量Q和被爆岩体体积V，可根据总装药量与被爆岩体体积之间比值，计算出抛掷平均炸药单耗；露天矿山抛掷爆破平均炸药单耗为0.76kg/m3。
1.2.2炮孔直径
钻孔直径（d）的选取与露天矿山生产规模、岩石软硬程度及破碎效果需求有关，目前某露天矿山抛掷爆破配合吊斗铲作业，年爆破方量近3000万m3，生产规模较大，因此选用钻孔设备孔径d=310mm。
1.2.3最小抵抗线
最小抵抗线W与孔径、岩石物理性质有关，根据经验公式，W等于0.036D（dE/dR）1/3，其中W为最小抵抗线，单位为m；D为装药直径，取310mm；dE为炸药相对密度；dR为岩石相对密度；取炸药密度850kg/m3，岩石密度2650kg/m3；经计算，W=7.6m。
1.2.4孔距
根据炮孔临近系数m=a/W确定孔距（a），m一般介于1～2之间，经计算，a=7.6m～15.2m。
1.2.5排距
根据经验公式，排距（b）=kQ1/2，式中Q为炸药线装药密度，取42.92Lb/ft；k为比例常数，取3.6；经计算，b=7.2m；还可利用排距与孔径之间的关系来确定，即b=k1D/12，其中k1为比例常数，取23；D为孔径，取310mm；经计算，b=5.9m；综上，排距b=5.9m～7.2m。
1.2.6预裂孔
为确保爆破后高台阶边坡稳定性，减小爆破振动对周边构筑物的影响，某露天矿山抛掷爆破采用大孔径预裂爆破技术进行控制爆破。预裂孔孔距、线装药密度及装药结构的选取直接影响预裂爆破效果。其中，预裂孔孔距可根据经验公式计算，即孔距a等于8～15倍孔径d，d为预裂孔孔径，取310mm。
经计算，a=2.5m～4.7m；根据被爆岩体岩性及钻孔直径进行优化；孔径大时取小值，孔径小时取大值；岩石硬且完整度好，有利于应力波传播和爆生气体长时间作用，孔距取大值；岩石软且破碎的取小值；目前露天矿山预裂孔孔距a=3.0m～3.5m。
露天矿山抛掷爆破预裂孔装药结构结合施工工艺、施工效率及爆破效果等因素，采用轴向不耦合装药结构，即沿炮孔长度方向利用空气间隔器进行分段装药，形成空气柱，减少孔壁受爆炸冲击效能，提高预裂爆破效果。其装药量可根据经验公式进行计算，即Q=qsaL，其中，qs为预裂坡面单位面积炸药消耗量，kg/m2；L为炮孔长度，m；a为预裂孔孔距，m。
qs根据岩性取1.0kg/m2～1.5kg/m2；硬岩取大值，软岩取小值。露天矿山预裂孔孔深较大，考虑炸药能量均匀分布及上下部夹制作用，同等装药量时利用低密度炸药以提高装药长度，同时分三段装药，避免炸药集中作用；根据上下夹制作用，最下部装药量最多，取0.5Q；最上部装药量少，取0.2Q；中间取0.3Q。
1.2.7延期时间
露天矿山抛掷爆破采用毫秒微差爆破，降低爆破振动、改善破碎质量，同时减少爆破后冲，控制爆破岩体沿固定方向抛掷集中。爆堆抛掷方向排与排之间的炮孔延时间隔主要要考虑爆堆的松散度，时差应大一些；而同排各炮孔之间的延时间隔主要考虑爆堆的破碎效果，时差应小一些。在工业数码电子雷管起爆网路中，同排炮孔之间最佳延期时间取3ms/m～8ms/m孔距，排间最佳延期时间取8ms/m～15ms/m排距。
为获得较好的抛掷效果，同一排炮孔应尽可能的同时起爆，同时考虑爆破减振，如果两炮孔起爆间隔时间小于8ms，则两孔接近同时起爆。因此孔间延期时间设置为9ms，同时同一排炮孔末端孔应增加孔间延期时间以放缓起爆速度，减少爆破能量对端帮的破坏；排间延期时间应可以使先爆岩石完全脱离原来位置，为后爆破岩石创造自由面，不会阻挡后面岩石的移动。如果排间延时过小，则爆破后，前排岩石阻碍使爆破后冲加重，爆堆变高，不利于后排岩石抛掷，且爆堆底部由于夹制作用大，松散度较差，不利于电铲作业；如果排间延时过大，则前排孔爆破产生的应力易破坏后排孔，使后排药柱不连续，造成炸药不能连续爆轰及爆破能量的泄露。通过不断优化设计，露天矿山排间延期时间为180ms～330ms。
1.2.8孔深及装药结构设计
为确保爆破后不留根底，同时减少爆破对矿层顶板的破坏，采用钻机钻孔至矿层顶板，装药时对前6排孔进行反充填方式进行孔深设计；钻孔深度通过爆破设计软件计算基础数据（台阶破顶面数据、矿层顶板数据、坡面数据）等，自动生成孔深数据，钻机依据相应数据进行钻孔施工；根据前后排炮孔对矿层顶板爆破破坏的不同程度，对前六排炮孔按照1m～3m高度行反充填，前排充填高度取大值，后排依次减少。
根据抛掷台阶岩性及其波阻抗，为充分利用炸药能量，选择波阻抗与其相匹配炸药进行爆破；考虑到抛掷爆破孔数多、装药量大且装药周期长，因此要求炸药稳定性高。露天矿山抛掷爆破选取重铵油炸药、铵油炸药及低密度炸药进行爆破。其中前6排孔装高爆速重铵油炸药，提高有效抛掷率；中间4排装铵油炸药，用于破碎岩石；后两排孔装铵油炸药、采用分段装药结构，减小后冲，以提高边坡稳定性；低密度炸药用于预裂孔，以减少爆破能量对预裂孔壁破坏，提高预裂效果。
2抛掷爆破参数优化应用实践
数码雷管在抛掷爆破中的推广应用，为抛掷爆破提供安全可靠的起爆系统，同时，也实现了灵活优化调整延期时间及精准控制起爆的可能。原爆破方案使用高精度导爆管雷管，延期时间采用孔间9ms、排间1排～2排100ms，2排～3排150ms，其余200ms；装药结构采用前6排重铵油与铵油炸药混装、中间及后排采用铵油炸药的装药方式，平均炸药单耗0.740kg/m3；使用数码雷管优化方案，孔网参数及台阶参数不变，延期时间采用孔间延期时间不变，增加前排孔延期时间，以为后排孔爆破岩石创造自由面，同时为后排孔爆破位移提供空间，减少阻挡，提高抛掷量；缩小后排孔延期时间，促使后排孔岩石碰撞破碎，满足采挖需求；即延期时间调整为前三排330ms、中间七排280m～220ms、最后两排180ms；装药结构调整为前6排均装重铵油炸药以提高前排爆破能量，增加抛掷量。为统计优化后方案对有效抛掷率的贡献，通过选取爆区线性尺寸、岩性及区域位置相邻的炮区进行对比。
通过统计7次优化后抛掷爆破相关数据信息，7次数码雷管抛掷爆破平均炸药单耗为0.777kg/m3，与优化前抛掷爆破平均炸药单耗0.74kg/m3相比，炸药单耗增加0.037kg/m3，排间延期时间增加80ms～130ms，优化后有效抛掷率平均增加4.68%。因此，通过适当增加抛掷爆破炸药单耗，尤其时前排孔爆破能量，并增加前排孔延期时间，能有效增加前排抛掷距离的同时，为后排岩石位移提供更多空间，从而提高有效抛掷率。
3结论
本文讨论了露天矿山抛掷爆破炮区台阶参数、爆破参数等的设计优化，结合所用设备型号、开采工艺、岩石岩性、抛掷爆破效果需求等对各参数进行了设计优化，并结合实例对优化后爆破效果进行了分析，具体如下。
（1）露天矿山抛掷爆破台阶高度、宽度及炮区长度等台阶参数的选取应综合考虑露天矿生产规模、所用设备型号、矿层台阶开采工艺及爆破振动控制等因素，台阶高度不宜超过63m，宽度不小于83m，长度取300m～600m，确保安全高效生产。
（2）抛掷爆破爆破参数的优化应根据岩性、所用炸药种类、钻孔设备型号、爆破需求等进行炸药单耗、孔网参数、延期时间、孔深及装药结构、预裂爆破等参数设计，达到提高有效抛掷率、控制边坡稳定等需求。
（3）结合露天矿山抛掷爆破预裂孔钻孔直径，传统的径向不耦合装结构已难以满足爆破需求；结合现场混装车装药工艺，采用轴向不耦合装药结构进行装药，装药量自下而上采用0.5Q、0.3Q、0.2Q药量分布方式进行分段装药，达到良好的预裂爆破效果。
（4）重点优化前排装药结构使炸药单耗提高炸药单耗0.037kg/m3，通过使用数码雷管灵活调整延期时间、精准控制起爆等措施，增加排间延期时间80ms～130ms，可使前排抛掷距离增加的同时为后排岩石位移提供更多空间，使有效抛掷率平均增加4.68%。后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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露天矿抛掷爆破参数优化及应用论文
人参与 2025-02-13 10:31:20 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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