別斯庫都克露天礦爆堆形態(tài)影響因素研究

王 毅 徐振洋 孫志超

(1.北京理工大學機電學院；2.爆炸科學與技術國家重點實驗室；3.遼寧科技大學礦業(yè)工程學院)

·采礦工程·

別斯庫都克露天礦爆堆形態(tài)影響因素研究

王 毅1，2徐振洋3孫志超1,2

(1.北京理工大學機電學院；2.爆炸科學與技術國家重點實驗室；3.遼寧科技大學礦業(yè)工程學院)

以爆堆形態(tài)作為爆破效果的主要評價依據(jù)，結合炸藥單耗、起爆方式、孔網參數(shù)分別對爆堆松散系數(shù)與爆堆沉降溝的影響關系進行了多因素綜合分析，評價了爆堆形態(tài)與各參數(shù)的內在聯(lián)系。研究結果表明：當單耗增加時，爆堆沉降溝深度的增長速率大于松散系數(shù)的增長速率；當排距增大時，爆堆松散系數(shù)遞減較緩，爆堆沉降溝遞減速度由快至緩。通過對爆堆形態(tài)的多因素綜合分析，為爆破優(yōu)化設計提供了幫助。

松散系數(shù) 爆堆沉降溝 單耗 孔網參數(shù)

別斯庫都克露天煤礦位于巴里坤北西約150 km 處，礦區(qū)內主要有第四系松散巖類、第三系昌吉河群及侏羅系沉積碎屑巖類，采用露天臺階爆破方式進行剝離。露天礦臺階爆破的爆堆受多種因素的影響[1-3]，其形態(tài)的優(yōu)劣直接影響鏟運效率和企業(yè)經濟效益[4]。選取爆堆松散系數(shù)、爆堆沉降溝深度作為爆破效果的評價指標[5]，并結合炸藥單耗、孔網參數(shù)與起爆方式等進行綜合分析。

1 爆堆松散系數(shù)的影響因素分析

1.1 單耗對松散系數(shù)的影響

炸藥平均單耗對爆堆松散系數(shù)的影響較大[6-8]，為研究其對爆堆松散系數(shù)的影響，使用乳化炸藥進行試驗。試驗炮孔φ=150 mm，炮孔傾角ψ=90°，孔距a=6.5 m，排距b=4.5 m，最小抵抗線W=3.5 m 等參數(shù)均保持不變，改變炸藥單耗q=0.49 ～0.8 kg/m3，采用逐孔起爆技術。在地質條件相似的情況下，統(tǒng)計有代表性的6個爆破區(qū)域數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 單耗-松散系數(shù)試驗成果

采用表1中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)作炸藥單耗松散系數(shù)的回歸曲線，如圖1所示。

圖1 單耗-松散系數(shù)

由圖1可知，爆堆的松散系數(shù)隨著平均單耗的增加而增大，并且在特定的單耗范圍內呈現(xiàn)出線性關系。當單耗大于0.8 kg/m3時，單耗與爆堆松散系數(shù)是否繼續(xù)呈線性增長，需要進一步試驗分析。

1.2 孔網參數(shù)對松散系數(shù)的影響

排距的變化直接改變了炮孔抵抗線，需試驗研究排距與爆堆松散系數(shù)的關系。設計炮孔φ=150 mm，炮孔傾角ψ=90°，孔距a=6.5 m，最小抵抗線W=3.5 m，使用逐孔起爆方式。選取0.47，0.54和0.49 kg/m33組單耗進行試驗，試驗結果如表2所示，排距變化對松散系數(shù)的影響規(guī)律如圖2所示。

表2 排距-松散系數(shù)試驗成果

在工程地質狀況和其他爆破參數(shù)相同的條件下，爆堆的松散系數(shù)隨著炮孔排距的增加而減小，且減小趨勢逐漸增強，即爆破效果變差。分析其原因是因為隨著排距的增加，爆炸時推動巖石的阻力增加[9-10]，對巖石的破壞作用減弱，導致爆破效果下降。

圖2 松散系數(shù)隨排距變化

1.3 起爆方式對松散系數(shù)的影響

使用乳化炸藥，采用逐孔起爆與逐排起爆試驗。炮孔φ=150 mm，炮孔傾角ψ=90°，孔距a=6.5 m和排距b=3.5 m，最小抵抗線W=3.5 m。爆堆效果統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 逐孔起爆試驗結果

分析表3中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在其他爆破條件相同的情況下，改變爆區(qū)的起爆方式，可以有效的改變爆破效果。逐孔起爆方式中，每個炮孔單獨起爆，為炮破創(chuàng)造了更多的自由面，增強了應力波的反射作用，改善了爆破效果。逐孔起爆的松散系數(shù)大于逐排起爆的松散系數(shù)，在后期鏟運過程中，逐孔起爆后的爆堆，機械挖運效率明顯比逐排起爆高。

2 爆堆沉降溝影響因素研究

2.1 單耗對爆堆沉降溝的影響

為了研究炸藥平均單耗q與爆堆沉降溝的關系，設計炸藥單耗q的變化范圍為0.49～0.80 kg/m3，爆破孔網參數(shù)與前次爆破相同，采用逐孔起爆技術。在地質條件相同或相似的情況下，選出6個爆破區(qū)域進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，如表4所示。選擇表4中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行回歸分析，結果如圖3所示。

表4 單耗-沉降溝深度試驗成果

圖3 沉降溝隨單耗變化回歸曲線

在工程地質狀況和其他爆破參數(shù)相同的條件下，爆堆沉降溝深度在初始階段隨著單耗增加增長較慢，然后隨著炸藥單耗增加，爆堆沉降溝加深速度迅速增加，并呈現(xiàn)出一定的指數(shù)關系。因為隨著單耗增加，爆破類型由露天松動爆破逐漸變?yōu)槁短鞉仈S爆破，隨著拋擲能力的增加，爆堆的沉降深度也迅速增加[11]。在單耗大于0.8 kg/m3的情況下，爆堆的沉降深度是否繼續(xù)隨著單耗的增長而增加，需要進一步試驗確定。

2.2 孔網參數(shù)對爆堆沉降溝的影響

研究排距變化對爆堆前沖距離的影響。試驗使用乳化炸藥，炮孔φ=150 mm，炮孔傾角ψ=90°，孔距、炸藥單耗和最小抵抗線均保持不變，僅改變孔網參數(shù)中的排距。試驗選取0.47,0.54,與0.49 kg/m3的3組單耗進行了統(tǒng)計，結果如表5所示。

表5 排距-沉降溝深度試驗成果

選取表5中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)作圖，則排距的變化與沉降溝深度之間的關系如圖4所示。

當工程地質狀況和其他爆破參數(shù)相同的條件下，爆堆沉降溝深度隨著孔距的增加而減小，這種減少近似于線性。因為隨著孔距的增加，炸藥推動巖石的阻力增加，導致爆破漏斗深度不夠[12]。

3 結 論

以別斯庫都克露天煤礦爆破試驗為基礎，以爆堆為爆破效果評價指標，分析了爆破參數(shù)對爆堆形態(tài)的影響關系，得到以下結論：

圖4 排距對沉降溝深度的影響

(1)當工程地質狀況和其他爆破參數(shù)相同時，單耗從0.49 kg/m3逐漸增加到0.80 kg/m3，爆堆沉降溝深度的增長速率大于松散系數(shù)的增長速率。

(2)排距從3.6 m增加為4.3 m時，爆堆松散系數(shù)遞減較緩，爆堆沉降溝遞減速度由快至緩；排距為4.3 m時，單耗為0.49 kg/m3和0.54 kg/m3獲得的爆堆松散系數(shù)和沉降溝深度基本相同。

(3)采用逐孔起爆爆破方式，爆堆的松散系數(shù)較好。

[1] 韓 亮，畢文廣，李紅江，等．基于Weibull模型的爆堆形態(tài)主要影響因素的灰色關聯(lián)分析[J]．礦業(yè)研究與開發(fā),2011，31(5)：112-116．

[2] 李祥龍．孔距、排距對高臺階拋擲爆破拋擲率的影響[J]．北京理工大學學報，2011(11)：1265-1269．

[3] 馬 力，李克民，丁小華，等．拋擲爆破巖體拋擲距離影響因素研究[J]．工程爆破,2013(1)：50-53．

[4] 伊志宣，郭連軍，李超亮，等．礦山爆破質量定量評價系統(tǒng)研究[J]．工程爆破,2012，18(3)：25-28．

[5] 高克林，邢占利，宋克英，等．臺階炮孔排間毫秒延時爆破爆堆形狀的計算機模擬[J]．爆破,2005，22(4)：35-37．

[6] 于亞倫，高煥新，張云鵬，等．用彈道理論模型和Weibull模型預測臺階爆破的爆堆形態(tài)[J]．工程爆破,1998，4(2)：2-19．

[7] 丁希平．深孔臺階爆破應力場及若干設計參數(shù)的數(shù)值分析研究[D]．北京：鐵道部科學研究院，2001．

[8] Ludwiczak J T．Blast casting: don't let it carry you away[J]．Expl.Eng 1985，3(1)：20-22．

[9] Tagieddin S A. Applicability of blast casting technique in strip-mining phosphate rock[J]．Engineering Geology，1992，3(2)：127-139．

[10] 林愛民，馬增光，徐全軍，等．臺階爆破抵抗線對塊度影響試驗研究[J]．工程爆破,2006，12(2)：36-39．

[11] 陳慶凱，孫俊鵬，李松鵬，等．基于高速攝影的露天礦山爆破效果評價[J]．爆破,2012，29(3)：31-35．

[12] 李本平，劉 聰，王雙利，等．松散介質拋擲爆破試驗研究[J]．爆破，2012，27(1)：11-13．

Research on the Influence Factors of the Form of Blasting Muck Pile in Biesikuduke Open Pit

Wang Yi1,2Xu Zhenyang3Sun Zhichao1,2

(1. School of Mechanical Engineering, Beijing Institute of Technology;2. State Key Laboratory of Explosion Science and Technology, Beijing Institute of Technology;3. College of Mining Engineering, University of Science and Technology Liaoning)

The form of blasting muck pile is taken as the main evaluation index of blasting effect, combined with the explosive unit consumption, detonation way, parameters of blasting hole arrangement, the influence relationship between loose blasting heap coefficient and blasting pile settlement groove is analyzed comprehensively by multi-factors so as to evaluate the internal relationship between the form of blasting muck pile and the above parameters. The research results show that, when the explosive unit consumption increases, the increase rate of blasting pile settlement groove depth is greater than that of loose coefficients; when the row spacing increases, the blasting muck pile loose coefficients declines slower and slower, the decline speed of blasting pile settlement groove depth from fast to slow. The above research results show that, the comprehensive analysis method of blasting muck pile form based on multi-factors is more conducive to optimization and design of blasting.

Loose coefficients, Blasting pile settlement groove, Unit consumption, Parameters of blasting hole arrangement

2014-11-12)

王 毅(1985—)，男，工程師，碩士，100081 北京市海淀區(qū)中關村南大街5號。