消除坡面与矿岩体顺层下爆破根底的台阶爆破方法与流程

1.本发明属于露天矿采矿技术领域，尤其是一种消除露天矿台阶坡面爆破根底的台阶爆破方法。


背景技术：

2.露天矿生产通常采用台阶爆破的方式将需要采下的矿岩从母岩体上分离下来并形成碎块。为保证生产安全，台阶爆破时，会形成与水平面有一定夹角的台阶坡面，该坡面即为下次爆破的自由面。台阶坡面角是露天生产的重要参数之一，矿岩的性质、节理、层理、裂隙发育程度和结构面与台阶坡面的夹角等，对台阶坡面角有较大影响。当露天矿生产台阶坡面坡与矿岩体的结构面呈顺层关系时，每次台阶爆破后，爆破区后方矿岩体会产生沿岩体结构面的垮落、下滑，形成与矿岩体结构面倾角相等的台阶坡面。当矿岩体结构面的倾角小于设计的台阶坡面角时，爆破后形成的台阶坡面角较缓，导致下一循环爆破时台阶根底抵抗线过大，爆破后产生较大根底，直接影响到铲装运工作效率。
3.台阶爆破后形成的根底越大，会对后续生产的铲装设备带来较大的铲入阻力，影响铲装设备的工作效率；同时由于形成的新有台阶面平整度起伏大，对运输设备的工作效率也带来了较大影响；严重影响到了露天矿后续的铲、装、运工作效率，增大了铲装运生产成本。已有文献研究采用倾斜孔或水平孔的方式解决根底抵抗线过大的问题，但其方案对于解决露天矿台阶坡面与矿岩体顺层下形成的大根底具有不适应性。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种消除坡面与矿岩体顺层下爆破根底的台阶爆破方法，以有效地减少根底形成。
5.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：在台阶坡底施工一排辅助微倾斜炮孔配合主炮孔进行辅助爆破；所述辅助微倾斜炮孔向内下方倾斜，倾角γ为3
°
～5
°
，孔口中心距坡底的距离h1＝100～200mm、炮孔水平长度l根据公式(1)计算：
[0006][0007]
式(1)中：l为辅助微倾斜炮孔的水平长度，m；h为台阶坡面的台阶高度，m；β为台阶坡面的坡面角，
°
。
[0008]
进一步的，所述辅助微倾斜炮孔的炮孔间距b’＝3.5～m，炮孔直径为90～100mm。
[0009]
进一步的，第一排主炮孔、辅助微倾斜炮孔以及以后各排主炮孔依次采用微差爆破。
[0010]
进一步的，所述台阶爆破设计与施工过程中对一次爆破区的尺寸进行优化，优化后一次爆破区的宽度w2采用公式(3)计算：
[0011]
[0012]
式(3)中：w2为优化后一次爆破区的宽度，m；h为台阶高度，m；β为坡面角，
°
n为一次爆破区的主炮孔排数；b为一次爆破区的主炮孔排距，m；c为规程规定的牙轮钻机距台阶坡顶线的距离，m。
[0013]
更进一步的，优化后一次爆破区的宽度w2采用公式(4)计算：
[0014][0015]
式(4)中：l2为优化后一次爆破区的宽度，m；l1为优化前一次爆破区的宽度，m。
[0016]
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用辅助微倾斜炮孔爆破技术，对露天矿台阶坡面下方矿岩体进行辅助爆破，以消除爆破根底，能够有效解决露天矿台阶坡面与矿岩体顺层条件下，台阶根底抵抗线过大，爆破后产生较大根底的问题，也有利于降低台阶坡面下矿岩体爆破后的大块率，和提高露天矿后续铲装运的工作效率。
[0017]
本发明进一步的对爆区尺寸结构进行优化，在保证矿山生产能力不降低的前提下，能够有效减少根底形成的次数和辅助微倾斜炮孔的施工，有效地提高了矿山生产效率。
附图说明
[0018]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0019]
图1是本发明用于炮孔布置的台阶坡面的剖面结构示意图；
[0020]
图2是本发明所述炮孔布置的俯视结构示意图。
[0021]
图中：ⅰ、矿岩体结构面；ⅱ、露天矿台阶坡面；ⅲ、露天矿设计台阶坡面；1-1、正常爆区第一排主炮孔，1-2、正常爆区第二排主炮孔，1-3、正常爆区第三排主炮孔，3-1、优化扩展区第一排主炮孔，3-2、优化扩展区第二排主炮孔；a、b、b’、c、c’、d—d’分别为台阶坡面的位置点；1、主炮孔，2、辅助微倾斜炮孔，3、优化扩展区炮孔。
具体实施方式
[0022]
所述台阶爆破所产生的台阶坡面如图1所示，根据露天矿设计台阶坡面ⅲ设计台阶爆破参数，台阶爆破后，因顺层的原因，矿岩体结构面ⅰ实际会形成露天矿台阶坡面ⅱ；图中，α为露天矿设计台阶坡面ⅲ的倾角，β为台阶坡面的坡面角、也即岩层倾角，a—b为实际形成的台阶坡面，a—b’为设计的台阶坡面，。
[0023]
本消除坡面与矿岩体顺层下爆破根底的台阶爆破方法采用下述工艺：
[0024]
1)辅助爆破：露天矿台阶坡面与矿岩体顺层条件下或其它任何条件下，本台阶爆破采用台阶主爆破+辅助爆破。
[0025]
1.1)辅助微倾斜炮孔：图1、图2所示，采用辅助微倾斜炮孔2，对露天矿台阶坡面下方矿岩体进行辅助爆破，以消除爆破根底；所述辅助微倾斜炮孔布置于台阶坡面底部、根底上方一定高度处，炮孔向内下微倾，与水平面的夹角即倾角γ为3
°
～5
°
、炮孔直径为90～100mm、孔口中心距坡底的距离h1＝100～200mm、炮孔水平长度l根据公式(1)计算：
[0026][0027]
式(1)中：l为辅助微倾斜炮孔的水平长度，即辅助微倾斜炮孔在水平方向上的长
度，m；h为台阶坡面的台阶高度，m；β为台阶坡面的坡面角，
°
。
[0028]
所述辅助微倾斜炮孔的炮孔堵塞长度3.0～3.5m，辅助微倾斜炮孔沿爆破区长度方向呈一排设置，相邻辅助微倾斜炮孔的b’＝3.5～4.0m。
[0029]
1.2)台阶主爆破：台阶主爆破采用常规台阶爆破技术，或者采用下述一次爆破的爆区尺寸结构优化后的台阶爆破技术；所述台阶主爆破的主炮孔1采用矿山原有的炮孔直径、孔网参数及其它爆破技术参数。
[0030]
1.3)爆破过程：为避免辅助微倾斜炮孔爆破时可能产生的飞石，第一排主炮孔先起爆，爆破后的矿岩覆盖于辅助微倾斜炮孔的上方；然后，辅助微倾斜炮孔采用微差、滞后于第一排主炮孔起爆；而后，第二排及以后各排主炮孔依次滞后于辅助微倾斜炮孔；采用50μs微差爆破。
[0031]
1.4)采用辅助微倾斜炮孔爆破技术，提高了炸药在待爆岩体内分布的均匀程度，实现了台阶坡面下方岩体的有效破碎，能够有效解决露天矿台阶坡面与矿岩体顺层条件下，台阶根底抵抗线过大，爆破后产生较大根底的问题。
[0032]
2)一次爆破的爆区尺寸结构优化：对一次爆破区的尺寸进行优化，减少露天矿生产爆破的次数、即减少生产中新台阶形成的次数，以避免爆破根底的出现，减少辅助微倾斜炮孔的施工。
[0033]
2.1)根据矿山一次爆破的爆区尺寸结构优化前的爆区面积，长度l1、宽度w1，计算待爆体的体积v和爆区平面面积s，见公式(2.1)和(2.2)：
[0034]
v＝η
×
l1×
w1(2.1)；
[0035]
s＝l1
×
w1(2.2)；
[0036]
式(2.1)和(2.2)中：v为待爆体的体积，m3；h为台阶坡面的台阶高度，m；l1为优化前的一次爆破区长度，m；w1为优化前的一次爆破区宽度，m。所述优化前的一次爆破区长度和一次爆破区宽度，是采用常规台阶爆破时设计的一次爆破区长度和宽度。
[0037]
2.2)根据一次爆破的主爆炮孔排数，与矿岩结构可能垮落的范围，采用公式(3)计算确定优化后的一次爆区的宽度w2：
[0038][0039]
式(3)中：w2为优化后一次爆破区的宽度，m；h为台阶高度，m；β为坡面角，
°
n为一次爆破区的主炮孔排数，n的大小与期望减少露天矿爆破新生成台阶的数量、增加的一次爆区的宽度w2的大小相关，期望新生成台阶的数量越少、增加的宽度越大，则n就大；b为一次爆破区的主炮孔排距，与常规台阶爆破时设计的主炮孔排距相同，m；c为规程规定的牙轮钻机距台阶坡顶线的距离，m。
[0040]
2.3)根据前述公式(2)和公式(3)，得到公式(4)，可根据其计算优化后的一次爆破区长度l2；l2应不对采装运输设备的正常作业造成影响；
[0041][0042]
式(4)中：l2为优化后一次爆破区的宽度，m；l1为优化前一次爆破区的宽度，m。
[0043]
以图1、图2所示为例进行说明，根据常规设计，正常爆区设有三排主炮孔，分别为
正常爆区第一排主炮孔1-1、正常爆区第二排主炮孔1-2、正常爆区第三排主炮孔1-3；采用本方法对爆区尺寸结构进行优化后，在正常爆区后优化扩展形成优化扩展区，优化扩展区根据公式(3)(4)进行计算，优化扩展区炮孔3包括两排主炮孔，分别为优化扩展区第一排主炮孔3-1、优化扩展区第二排主炮孔3-2；c—c’为爆区结构尺寸优化前爆破形成的台阶坡面，d—d’为爆区结构尺寸优化后爆破形成的台阶坡面。
[0044]
2.4)采用尺寸结构优化后的爆区尺寸后，有效减少了露天矿爆破生成新台阶的次数。减少新台阶生成的次数多少取决于w2和w1的比例，如当w2＝2w1时，在爆区宽度为w2的情况下，采用本方法优化后进行1次爆破，形成了1个新台阶；而采用优化前的方案，在爆区宽度为w2的情况下需进行2次爆破，会先后形成2个新台阶。
[0045]
实施例：本消除露天矿台阶坡面爆破根底的台阶爆破方法具体如下所述。
[0046]
1)以某露天矿山为例，矿山露天矿台阶坡面与矿岩体呈现顺层关系条件，采用本发明方案前，每次爆破均出现较大的爆破根底。后采用辅助微倾斜炮孔对露天矿台阶坡面下方矿岩体进行辅助爆破，有效解决了台阶爆破的根底形成问题。
[0047]
1.1)所述的辅助微倾斜炮孔布置于台阶坡面底部根底上方一定高度处，孔口距根底的距离h1＝200mm，炮孔向内下微倾，倾角β为5
°
，辅助微倾斜炮孔的直径90mm、炮孔间距b’＝3.5m；台阶高度h＝15m、坡面角为45
°
，炮孔的水平长度l根据公式(1)计算：
[0048][0049]
计算得到辅助微倾斜炮孔水平长度l＝15m。
[0050]
1.2)正常爆区的主炮孔先采用矿山原设计有的炮孔直径、孔网参数及其它爆破技术参数，即炮孔直径为350mm、同排炮孔的中心距7.0m、炮孔排距为8.0m、炮孔填塞长度5.0m，炮孔排与排之间采用微差爆破，起爆时差为50μs。
[0051]
1.3)爆破过程：为避免辅助微倾斜炮孔爆破时可能产生的飞石，第一排主炮孔先起爆，爆破后的矿岩覆盖于辅助微倾斜炮孔的上方；然后，辅助微倾斜炮孔滞后于第一排主炮孔起爆；而后，第二排及以后各排主炮孔依次滞后于辅助微倾斜炮孔；采用50μs微差爆破。
[0052]
1.4)未采用辅助微倾斜炮孔进行辅助爆破之前，爆破根底的最大高度达到了1.10～1.8m,而采用辅助微倾斜炮孔进行辅助爆破之后，爆破根底的最大高度也只有0.15～0.30m左右，新生成的台阶面平整，基本无根底。同时,采用辅助微倾斜炮孔爆破后，实现了炸药能量在台阶坡面下的均匀分布，爆破后的大块率也从原来的15％左右下降到了6％左右。
[0053]
2)所述一次爆破的爆区尺寸结构优化方案：
[0054]
2.1)根据矿山一次爆破的爆区尺寸结构优化前的爆区面积(若长度l1＝150m，宽度w1＝34m)，采用公式(2)计算待爆体的体积v和爆区平面面积s：
[0055][0056]
计算得到待爆体的体积v＝76500m3、爆区平面面积s＝5100m2。
[0057]
2.2)矿山原生产爆破设计采用当一次爆破3排炮孔，考虑到一次爆破区的长度与
宽度的匹配关系等因素，将一次爆破的排数增加到5排，炮孔排距为8m、牙轮钻机距台阶坡顶线的距离c＝3m，根据一次爆破的主爆炮孔排数，与矿岩结构可能垮落的范围，矿岩体的结构面倾角β＝45
°
，采用公式(3)计算确定优化后的一次爆区的宽度w2(即ad之间的距离)；
[0058][0059]
计算得到一次爆区的宽度w2＝50m。
[0060]
2.3)根据公式(4)，可计算出优化后的一次爆破区长度l2：
[0061][0062]
得到优化后的爆区尺寸结构，即一次爆破的爆区长度为120m、宽度为50m。爆区长度为120m时，不会对矿山采装运输设备的正常作业造成影响。
[0063]
2.3)矿山采用优化后的爆区尺寸结构，一方面不会对矿山采装运输设备的正常作业造成影响；另一方面，优化后的爆区宽度(50m)是原设计爆区宽度(34m)的1.47倍，使整个露天矿生产过程中生成新台阶的次数下降了47％。因而有效减少了生产过程中新台阶的形成次数，减少了爆破根底的生成几率。

技术特征：
1.一种消除坡面与矿岩体顺层下爆破根底的台阶爆破方法，其特征在于：在台阶坡底施工一排辅助微倾斜炮孔配合主炮孔进行辅助爆破；所述辅助微倾斜炮孔向内下方倾斜，倾角γ为3
°
～5
°
，孔口中心距坡底的距离h1＝100～200mm、炮孔水平长度l根据公式(1)计算：式(1)中：l为辅助微倾斜炮孔的水平长度，m；h为台阶坡面的台阶高度，m；β为台阶坡面的坡面角，
°
。2.根据权利要求1所述的消除坡面与矿岩体顺层下爆破根底的台阶爆破方法，其特征在于：所述辅助微倾斜炮孔的炮孔间距b’＝3.5～m，炮孔直径为90～100mm。3.根据权利要求1所述的消除坡面与矿岩体顺层下爆破根底的台阶爆破方法，其特征在于：第一排主炮孔、辅助微倾斜炮孔以及以后各排主炮孔依次采用微差爆破。4.根据权利要求1、2或3所述的消除坡面与矿岩体顺层下爆破根底的台阶爆破方法，其特征在于：所述台阶爆破设计与施工过程中对一次爆破区的尺寸进行优化，优化后一次爆破区的宽度w2采用公式(3)计算：式(3)中：w2为优化后一次爆破区的宽度，m；h为台阶高度，m；β为坡面角，
°
n为一次爆破区的主炮孔排数；b为一次爆破区的主炮孔排距，m；c为规程规定的牙轮钻机距台阶坡顶线的距离，m。5.根据权利要求4所述的消除坡面与矿岩体顺层下爆破根底的台阶爆破方法，其特征在于，优化后一次爆破区的宽度w2采用公式(4)计算：式(4)中：l2为优化后一次爆破区的宽度，m；l1为优化前一次爆破区的宽度，m。

技术总结
本发明公开了一种消除坡面与矿岩体顺层下爆破根底的台阶爆破方法，当出现爆破根底时，在台阶坡底施工一排辅助微倾斜炮孔进行辅助爆破；所述辅助微倾斜炮孔向内下方倾斜，倾角γ为3


技术研发人员：田欣 李胜 李万涛 赵振兴 崔鹏 李硕 孙勇成 张敬杰 田益琳 梁艳涛 王磊 李月旺 荣辉 李志鹏 刁鹏飞 李珺玮 李海洋 周蒙 袁继明 尚悦
受保护的技术使用者：河北钢铁集团矿业有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/9/25