如何在安全生产的基础上实现更高利润是露天采矿场业主一直的追求, 其中爆破方式的选择是采矿成本高低的一个重要制约因素。目前, 广西范围内的露天采矿场 (特别是小型规模) 大都采用浅孔爆破方式, 而中深孔爆破在少数露天采矿场中的应用表明, 中深孔爆破无论从技术的可行性还是经济的实用性均优于浅孔爆破方式, 其操作的可行性与安全性也是适合的。中深孔爆破的台阶结构示意图如图1。
(1) 分层台阶高度:H=10.0m。
(2) 钻孔形式:自上而下方向打70°倾斜钻孔。
(3) 炮孔布置形式:排与排之间交错布置, 如图2。
(4) 炮孔直径:d=68~130mm, 取d=90mm。
(5) 炮孔深度 (L) :
式中:H——分层台阶高度, H=10.0m;
γ——炮孔超深系数, 一般γ=0.1~0.15, 取γ=0.13;
β——炮孔倾角, β=70°。
(6) 炮孔超深 (Lc) :
式中:H———台阶高度, H=10.0m。
(7) 最小抵抗线:Wa= (25~40) d=30×0.090=2.70m
式中:d——炮孔直径, d=0.090m。
(8) 底盘抵抗线:根据炮孔倾角及最小抵抗线在台阶结构图上量取, Wp=4.0m。
(9) 炮孔间距:a=m·Wp=1.25×4.0=5.0m
式中:m——临近系数, m取1.00~1.40, 取m=1.25。
(10) 炮孔排距:b= (0.9~0.95) a, 取b=0.90×5.0=4.5
(11) 单位炸药消耗量 (q) :采用岩石型乳化炸药爆破, 岩石硬度系数按f=6~8, 则选取q=0.50kg/m3 (与浅孔爆破的一致) 。
(12) 单孔装药量:Q=q·Wp·a·H=0.50×4.0×5.0×10=100kg
(13) 堵塞长度:Lt= (20~40) d=28×0.090=2.52 (m)
(14) 日采矿石量:按矿山生产能力15万t/年计, 年工作天数为250d, 则日采矿量为15万t÷250=600t。15万t÷250=600t。
(15) 米炮孔崩矿量:P1=1·a·bsin70°=1×5.0×4.5sin70°=21.1 (m3/m) , 折合P1=21.1×2.65=56t/m (矿石密度按2.65t/m3计) 。
(16) 日需爆破炮孔总长度L:
式中:L——日需炮孔总长度, m;
Q1——日采矿量, Q1=600t;
P1——米炮孔崩矿量, P2=56t/m。
(17) 年爆破次数
设每次爆破布置x个炮孔, 爆破的矿石量相当于y日的采矿量, 则x和y的关系为:
式中:P1——米炮孔崩矿量, P2=56t/m;
H——分层台阶高度, H=10.0m;
Q1——日采矿量, Q1=600t。
则:56×10x=600y
当每次爆破布置15个炮孔 (x=15) 时, 则爆破的矿石量相当于14 (y=14) 日的采矿量。根据年工作天数为250, 即除去节假日及雷雨天, 平均每20日爆破一次, 即:
一年需爆破的次数:365÷20=18 (次)
(18) 一次爆破炸药量:
式中:Q2—一次破炸药量, kg;
Q1——一次爆破崩矿量, Q1=200×26=5200t;
q——单位炸药消耗量, q=0.50kg/m3;
ρ——矿石密度, ρ=2.65t/m3。
中深孔爆破和浅孔爆破各参数比较如表1。浅孔爆破的各参数计算方法与中深孔的计算方法差不多, 只是少数取值有所区别, 在此不逐一列出计算, 只将其计算数值列于表中。
从上表中可以看出, 中深孔爆破的炸药消耗量与浅孔爆破的虽然相同, 但后者日需爆破炮孔总长度与日需爆破炮孔数相比, 分别为9倍和17倍, 而两者目前每米钻孔的成本相差不大, 因此, 从经济上而言, 中深孔爆破优于浅孔爆破。从爆破时间消耗上看, 浅孔爆破每天要爆破一次, 每爆破一次则整个矿山需停工约30min, 而爆破的次数越多, 爆破本身对周围环境的影响就越大, 因此, 中深孔爆破不仅每天可以赢得30min的作业时间, 而且爆破对周围环境的影响也大大降低。
经过对几个采用中深孔爆破方式爆破的石灰岩矿山的调查访问, 其中大部分矿山的凿岩选用HQD110电动潜孔钻机, 其主要技术参数见表2。
采用HQD110电动潜孔钻机凿岩时, 不需要人员时时跟踪操作。将钻机安装好, 调整并固定好凿岩角度后即可开始开机凿岩。岩石普氏硬度系数6~8的岩石, 该种钻机的凿岩进度约为1m/10min (90mm的孔径) , 作业人员只需每10min操作一次。因此, 中深孔爆破的凿岩非常方便。
中深孔爆破炮孔深度为L=12.0m, 单孔装药量为56kg, 炸药的密度约为980kg/m3 (可以调配:900~1050kg/m3) , 钻孔截面积则装药长度堵塞长度为2.52m, 则12.0-9.17-2.52=0.31 (m) , 即装药长度与堵塞长度之和小于炮孔长度0.31m, 可以采用调配炸药密度或分段装药的方式调节装药长度。可见, 装药量基本合理。
中深孔爆破与浅孔爆破的安全性的不同点主要体现在两者的各安全距离的不同。中深孔爆破的各主要安全距离如下:
(1) 爆破地震波安全距离:
地表建筑物安全距离
式中:Ra——爆破地震波对地表建筑物危害半径, m;
Ka——地基系数, 取Ka=9;
ad——爆破性质系数, 取ad=1;
Q2——一次起爆炸药量, Q3=179kg。
(2) 爆破振动对地表建筑物允许的安全距离:
式中:R′——爆破振动对地表建筑物允许的安全距离, m;
K、a——系数, 石灰岩取K=250, a=1.8;
Q2——一次起爆炸药量, Q3=981kg。
当V=2cm/S时, 一般建筑物完好。
(3) 空气冲击波的安全距离
地表建筑物安全距离
式中:RK——爆破空气冲击波对地表建筑物允许的安全距离, m;
K物——爆破作用指数, 与破坏状态相关, 取K物=5;
Q2——一次起爆炸药量, Q2=981kg。
(4) 对人的安全距离
式中:RK——爆破空气冲击波对人允许的安全距离, m;
K人——爆破作用指数, 取K人=25;
Q2——一次起爆炸药量, Q2=981kg。
(5) 飞石安全距离
式中:R飞——飞石安全距离, m;
n——药包的爆破作用指数, 一般为1~1.25, 最高为1.5, 取n=1.5;
Wa——最小抵抗线, W=2.70m;
K飞——与地形、风向、岩石特性及地质条件有关的系数, 一般为1.5~2, 取K飞=2。
根据以上计算, 各安全距离均小于300m, 符合国家爆破安全规程规定的爆破安全警戒范围以爆破点为中心半径300m以远的要求, 即中深孔爆破的安全距离是适合的。
随着爆破技术的不断提高, 中深孔爆破在露天开采中的应用将得到更广泛的推广。国家安全生产监督管理局对中深孔爆破在露天开采中的应用也予以重视, 对其优势也予以肯定, 部分省份的安监局已下文规定露天开采的爆破方式须采用中深孔爆破, 这对矿山的爆破安全是有利的, 同时矿山也能实现更高的经济效益。
摘要：通过对各参数的计算并与浅孔爆破相应参数的比较, 说明中深孔爆破方式在技术和经济上均优于浅孔爆破方式, 并从其可操作性及安全距离两方面进行计算论证。矿山生产实践表明, 采用中深孔爆破方式爆破能够减少爆破次数, 为矿山生产赢得时间的同时提高生产的安全性, 降低采矿成本, 提高矿山的经济效益。
关键词：中深孔爆破,浅孔爆破,可操作性安全距离
[1] 徐小荷, 《采矿手册》第二卷, 北京:冶金工业出版社1999.
[2] 汪旭光、于亚伦、刘殿中, 《爆破安全规程实施手册》, 北京:人民交通出版社, 1994.
[3] 徐忠义、杜前进, 《采矿知识问答》, 北京:冶金工业出版社2005.
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