楊勃++陳慶凱++雷高

摘 要：露天臺階爆破在國民經(jīng)濟建設中具有廣泛的應用，在煤炭、金屬礦、建材礦山等工程領域，爆破方法是破碎礦巖的主要手段。結合國內(nèi)外露天臺階爆破設計方法與工程實踐，總結了露天臺階爆破的鉆孔形式、布孔方式和爆破參數(shù)的設計計算方法，并應用于工程實例中，為露天臺階爆破設計提供一個參考。

關鍵詞：露天臺階 爆破設計 抵抗線 填塞長度 單位炸藥消耗量

中圖分類號：TD235 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（a）-0070-02

露天臺階爆破被廣泛應用于礦山、公路、鐵路和水利水電等工程中。據(jù)不完全統(tǒng)計，近年來我國采用露天臺階爆破進行露天開采的礦石產(chǎn)量比例逐年增加，其中，鐵礦石開采占90%，有色金屬礦石開采占52%，化工原料開采占70.7%，建筑材料開采近100%[1]。隨著各種土石方工程難度的增大和爆破成本的增加，露天臺階爆破設計方案越來越受到業(yè)內(nèi)人士的關心。爆破設計方案是爆破施工的前提條件，直接決定著爆破效果和經(jīng)濟效益[2]。

國內(nèi)傳統(tǒng)的露天臺階爆破設計方法是：首先根據(jù)炮孔直徑確定底盤抵抗線，其次根據(jù)巖性選取單位炸藥消耗量，最后再確定孔距、排距、填塞長度等其它爆破參數(shù)。筆者結合多年國內(nèi)外爆破設計和工程實踐所學知識，介紹一種新的設計思路，首先根據(jù)臺階高度選取鉆孔直徑，再依據(jù)巖性和爆破目的計算填塞長度、抵抗線等爆破參數(shù)，最后計算出單位炸藥消耗量。

1 露天臺階爆破設計

1.1 臺階要素

露天臺階爆破的臺階要素主要包括：臺階高度、炮孔直徑、填塞長度、最小抵抗線、底盤抵抗線、孔距和排距b、炮孔長度和裝藥長度等。

1.2 鉆孔形式

露天臺階爆破鉆孔形式一般分為垂直鉆孔和傾斜鉆孔兩種，傾斜孔較垂直孔具有更多的優(yōu)點，但因鉆鑿傾斜孔的操作技術要求高，且在裝藥過程中容易堵孔，故垂直孔應用的比較廣泛。

1.3 布孔方式

布孔方式有單排布孔及多排布孔兩種。多排布孔又分為矩形（含方形）和梅花形（又稱三角形）兩種。

從炮孔施工方面來說，矩形布孔更容易定位，鉆機移動次數(shù)少；從能量均勻分布角度來看，梅花布孔更為理想，特別是等邊三角形布孔，但梅花布孔在爆區(qū)兩端經(jīng)常需要進行補孔，以便獲得均勻整齊的巖面。實際布孔應根據(jù)露天臺階爆破作業(yè)要求、巖體性質以及工作面情況綜合考慮[4]。

1.4 爆破參數(shù)

1.4.1 臺階高度

臺階高度取決于生產(chǎn)規(guī)模、挖掘設備的作業(yè)技術參數(shù)和對開采選別性的要求，控制著臺階垂直方向的能量分布，影響巖石拋擲過程和其它爆破參數(shù)。一般按現(xiàn)有的鉆孔、挖裝設備和開挖條件確定臺階高度。目前，金屬礦石的臺階高度多為12 m；煤礦臺階高度為10～15 m；水利水電工程，臺階高度一般為8～15 m。隨著鉆機和施工機械的發(fā)展，國內(nèi)外已有向高臺階方向發(fā)展，且爆破質量和經(jīng)濟技術指標得到大幅度提高。

1.4.2 炮孔直徑

炮孔直徑控制著垂直方向能量的分布，而且是主要因素。炮孔直徑?jīng)Q定了其它爆破參數(shù)的大小，如填塞長度、最小抵抗線等。通常，鉆大直徑孔較小直徑孔省錢，所以鉆孔直徑越大越好。但是，隨著鉆孔直徑的增加，炸藥單耗不變的情況下，孔網(wǎng)參數(shù)變大，巖塊粒度也會加大。如果想保持巖塊粒度不變，就必須增加炸藥單耗，孔網(wǎng)參數(shù)相對減小。

由于巖體不同程度地存在著節(jié)理、層理和斷層等自然缺陷，為了爆破后獲得可接受的塊度，最大炮孔直徑往往受到了限制。炮孔直徑與臺階高度之間存在一定比例關系。

（1）

炮孔直徑取值的大小與巖體節(jié)理裂隙發(fā)育程度和爆破目的相關。當巖體節(jié)理裂隙很發(fā)育時，取1/50，當巖體節(jié)理裂隙很不發(fā)育時，取1/80。

1.4.3 超深

超深是指鉆孔超過臺階底盤水平的深度，只有需要的時候，才設置超深，其值大小與炮孔直徑成一定比例關系。

（2）

超深取決于巖體結構和類型，而且與挖掘設備要匹配，避免超挖。

1.4.4 炮孔長度和裝藥長度

垂直鉆孔時，炮孔長度L等于臺階高度與超深之和。

（3）

為了充分利用炮孔的長度，一個炮孔的長度除了填塞以外，其余長度全部用于裝藥。

（4）

1.4.5 填塞長度

填塞長度由炮孔直徑控制，也決定著抵抗線的大小。

（5）

填塞長度取決于爆破塊度的要求和填塞物的性質，如密度大的硬巖（鐵礦石）取小值，要求控制飛石時取大值。

1.4.6 最小抵抗線

為了克服抵抗線向前和向上兩個方向上的約束，抵抗線和填塞長度保持一種平衡關系。

（6）

抵抗線取值的大小取決于巖體的節(jié)理裂隙發(fā)育程度和爆破目的。

對于垂直鉆孔，排距就是最小抵抗線B。但在順層節(jié)理面明顯，底盤抵抗線較大時，最小抵抗線不同于底盤抵抗線。此時，底盤抵抗線值較大，應采取相應措施，增加頭排孔數(shù)目及裝藥量，用以克服較大的阻力。

1.4.7 孔距

孔距大小由抵抗線大小決定，與布孔方式有關，采用等邊三角形布孔最好，它決定了水平方向上的能量分布。

（7）

1.4.8 炸藥類型及單孔裝藥量

根據(jù)巖性及爆破條件選取炸藥類型，如炮孔中無水，且節(jié)理裂隙較發(fā)育時，可選用多孔粒狀銨油炸藥，炮孔中有水時則應選用乳化炸藥。選擇完炸藥以后，先計算出每米炮孔長度裝藥量（延米裝藥量）Ky，然后根據(jù)下式計算出單孔裝藥量。

（8）

1.4.9 單位炸藥消耗量q

單位炸藥消耗量可用公式（9）計算得出。endprint

（9）

單位炸藥消耗量q是露天臺階中的重要指標，影響炸藥單耗的因素有很多，主要有炸藥性能、巖體的可爆性、爆破目的等。所以，對于同樣的巖性，使用同樣的炸藥，因為爆破目的的不同，單位炸藥消耗量有較大差異也是可能的。設計計算出的q值是否合理可與表1對照比較。表1中的q值只能作參考，不可強求相同。

1.5 起爆方案

盡管多排孔的布孔方式只有矩形和三角形兩種，但是起爆順序卻是變化萬千，主要有排間順序起爆、V形起爆、斜線起爆、梯形起爆和逐孔起爆等。由于大量工程實踐表明，逐孔起爆具有明顯的優(yōu)勢，所以這里只介紹逐孔起爆。

所謂逐孔起爆技術，就是爆區(qū)中任何一個炮孔爆破時，在空間上相鄰的炮孔都是按照一定的起爆順序單獨起爆的爆破技術。核心是先起爆的炮孔為后起爆的炮孔提供新的動態(tài)的自由面。逐孔起破技術要求起爆雷管的精度高，延時誤差小，爆破設計必須精準而且能夠優(yōu)選爆破設計方案。

確定孔間和排間延期間隔時間是實現(xiàn)逐孔起爆的重要保證，以形成新自由面所需要的時間確定毫秒延期間隔時間是常用的方法，可用公式（10）計算：

Δt=k·B （10）

式中k-與巖石性質、結構構造和爆破條件有關的系數(shù)?？组g取2～8 ms/m，排間取10～16 ms/m，硬巖取小值，軟巖取大值，節(jié)理裂隙發(fā)育時取大值。

2 應用實例

2.1 實例條件

例1：金礦，臺階高度6 m，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石硬度大，無水。

要求：用挖掘機鏟裝，一次挖掘高度3 m，避免過分前拋。

例2：鐵礦，臺階高度12 m，節(jié)理裂隙很發(fā)育，無水，硬巖。

要求：電鏟鏟裝，一次挖掘高度12 m，中等前拋。

例3：土石方，臺階高度4 m，堅硬巖體，有水，節(jié)理裂隙不發(fā)育，必須控制飛石。

要求：挖掘機分兩步鏟裝，一次挖掘高度2 m，中等前拋。

2.2 設計結果（見表2）

3 結語

露天臺階爆破是一個復雜的過程，且是一門較為成熟的技術。在實際爆破作用過程中，爆破參數(shù)選擇是否合理，直接決定著爆破效果和經(jīng)濟效益。通過對露天臺階爆破鉆孔形式、布孔方式和各個爆破參數(shù)的設計介紹，為國內(nèi)露天臺階爆破設計提供一種新的思路。

設計不是一成不變的。針對某個具體的露天臺階爆破工程，依據(jù)設計進行爆破實踐，根據(jù)爆破效果好與壞調整爆破參數(shù)，再實踐，再調整，循環(huán)往復，直至確定最佳的爆破參數(shù)為止。爆破現(xiàn)場的條件千變?nèi)f化，必須有大量的爆破工程實踐經(jīng)驗，才能應對各種復雜爆破設計。

參考文獻

[1] 汪旭光，鄭炳旭，張正忠，等.爆破手冊（上冊）[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2013.

[2] 蘇都都，嚴鵬，盧文波，等.露天臺階爆破爆堆形態(tài)的PFC模擬[J].爆破，2012，29（3）：35-41.

[3] 高爾新，楊仁樹.爆破工程[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1999.

[4] 祁茂富，尚文凱.臺階深孔爆破產(chǎn)生根底與大塊原因分析及其控制措施探討[J].露天采礦技術，2003，1：10-12.endprint

（9）

單位炸藥消耗量q是露天臺階中的重要指標，影響炸藥單耗的因素有很多，主要有炸藥性能、巖體的可爆性、爆破目的等。所以，對于同樣的巖性，使用同樣的炸藥，因為爆破目的的不同，單位炸藥消耗量有較大差異也是可能的。設計計算出的q值是否合理可與表1對照比較。表1中的q值只能作參考，不可強求相同。

1.5 起爆方案

盡管多排孔的布孔方式只有矩形和三角形兩種，但是起爆順序卻是變化萬千，主要有排間順序起爆、V形起爆、斜線起爆、梯形起爆和逐孔起爆等。由于大量工程實踐表明，逐孔起爆具有明顯的優(yōu)勢，所以這里只介紹逐孔起爆。

所謂逐孔起爆技術，就是爆區(qū)中任何一個炮孔爆破時，在空間上相鄰的炮孔都是按照一定的起爆順序單獨起爆的爆破技術。核心是先起爆的炮孔為后起爆的炮孔提供新的動態(tài)的自由面。逐孔起破技術要求起爆雷管的精度高，延時誤差小，爆破設計必須精準而且能夠優(yōu)選爆破設計方案。

確定孔間和排間延期間隔時間是實現(xiàn)逐孔起爆的重要保證，以形成新自由面所需要的時間確定毫秒延期間隔時間是常用的方法，可用公式（10）計算：

Δt=k·B （10）

式中k-與巖石性質、結構構造和爆破條件有關的系數(shù)。孔間取2～8 ms/m，排間取10～16 ms/m，硬巖取小值，軟巖取大值，節(jié)理裂隙發(fā)育時取大值。

2 應用實例

2.1 實例條件

例1：金礦，臺階高度6 m，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石硬度大，無水。

要求：用挖掘機鏟裝，一次挖掘高度3 m，避免過分前拋。

例2：鐵礦，臺階高度12 m，節(jié)理裂隙很發(fā)育，無水，硬巖。

要求：電鏟鏟裝，一次挖掘高度12 m，中等前拋。

例3：土石方，臺階高度4 m，堅硬巖體，有水，節(jié)理裂隙不發(fā)育，必須控制飛石。

要求：挖掘機分兩步鏟裝，一次挖掘高度2 m，中等前拋。

2.2 設計結果（見表2）

3 結語

露天臺階爆破是一個復雜的過程，且是一門較為成熟的技術。在實際爆破作用過程中，爆破參數(shù)選擇是否合理，直接決定著爆破效果和經(jīng)濟效益。通過對露天臺階爆破鉆孔形式、布孔方式和各個爆破參數(shù)的設計介紹，為國內(nèi)露天臺階爆破設計提供一種新的思路。

設計不是一成不變的。針對某個具體的露天臺階爆破工程，依據(jù)設計進行爆破實踐，根據(jù)爆破效果好與壞調整爆破參數(shù)，再實踐，再調整，循環(huán)往復，直至確定最佳的爆破參數(shù)為止。爆破現(xiàn)場的條件千變?nèi)f化，必須有大量的爆破工程實踐經(jīng)驗，才能應對各種復雜爆破設計。

參考文獻

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[2] 蘇都都，嚴鵬，盧文波，等.露天臺階爆破爆堆形態(tài)的PFC模擬[J].爆破，2012，29（3）：35-41.

[3] 高爾新，楊仁樹.爆破工程[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1999.

[4] 祁茂富，尚文凱.臺階深孔爆破產(chǎn)生根底與大塊原因分析及其控制措施探討[J].露天采礦技術，2003，1：10-12.endprint

（9）

單位炸藥消耗量q是露天臺階中的重要指標，影響炸藥單耗的因素有很多，主要有炸藥性能、巖體的可爆性、爆破目的等。所以，對于同樣的巖性，使用同樣的炸藥，因為爆破目的的不同，單位炸藥消耗量有較大差異也是可能的。設計計算出的q值是否合理可與表1對照比較。表1中的q值只能作參考，不可強求相同。

1.5 起爆方案

盡管多排孔的布孔方式只有矩形和三角形兩種，但是起爆順序卻是變化萬千，主要有排間順序起爆、V形起爆、斜線起爆、梯形起爆和逐孔起爆等。由于大量工程實踐表明，逐孔起爆具有明顯的優(yōu)勢，所以這里只介紹逐孔起爆。

所謂逐孔起爆技術，就是爆區(qū)中任何一個炮孔爆破時，在空間上相鄰的炮孔都是按照一定的起爆順序單獨起爆的爆破技術。核心是先起爆的炮孔為后起爆的炮孔提供新的動態(tài)的自由面。逐孔起破技術要求起爆雷管的精度高，延時誤差小，爆破設計必須精準而且能夠優(yōu)選爆破設計方案。

確定孔間和排間延期間隔時間是實現(xiàn)逐孔起爆的重要保證，以形成新自由面所需要的時間確定毫秒延期間隔時間是常用的方法，可用公式（10）計算：

Δt=k·B （10）

式中k-與巖石性質、結構構造和爆破條件有關的系數(shù)?？组g取2～8 ms/m，排間取10～16 ms/m，硬巖取小值，軟巖取大值，節(jié)理裂隙發(fā)育時取大值。

2 應用實例

2.1 實例條件

例1：金礦，臺階高度6 m，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石硬度大，無水。

要求：用挖掘機鏟裝，一次挖掘高度3 m，避免過分前拋。

例2：鐵礦，臺階高度12 m，節(jié)理裂隙很發(fā)育，無水，硬巖。

要求：電鏟鏟裝，一次挖掘高度12 m，中等前拋。

例3：土石方，臺階高度4 m，堅硬巖體，有水，節(jié)理裂隙不發(fā)育，必須控制飛石。

要求：挖掘機分兩步鏟裝，一次挖掘高度2 m，中等前拋。

2.2 設計結果（見表2）

3 結語

露天臺階爆破是一個復雜的過程，且是一門較為成熟的技術。在實際爆破作用過程中，爆破參數(shù)選擇是否合理，直接決定著爆破效果和經(jīng)濟效益。通過對露天臺階爆破鉆孔形式、布孔方式和各個爆破參數(shù)的設計介紹，為國內(nèi)露天臺階爆破設計提供一種新的思路。

設計不是一成不變的。針對某個具體的露天臺階爆破工程，依據(jù)設計進行爆破實踐，根據(jù)爆破效果好與壞調整爆破參數(shù)，再實踐，再調整，循環(huán)往復，直至確定最佳的爆破參數(shù)為止。爆破現(xiàn)場的條件千變?nèi)f化，必須有大量的爆破工程實踐經(jīng)驗，才能應對各種復雜爆破設計。

參考文獻

[1] 汪旭光，鄭炳旭，張正忠，等.爆破手冊（上冊）[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2013.

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[4] 祁茂富，尚文凱.臺階深孔爆破產(chǎn)生根底與大塊原因分析及其控制措施探討[J].露天采礦技術，2003，1：10-12.endprint