一种降低露天矿顺层岩体大块率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，尤其是一种降低露天矿顺层岩体大块率的台阶爆破方法。


背景技术：

2.露天矿生产采用台阶爆破的方式进行采矿与岩石剥离。采矿生产时，按一定的方式在台阶上平面布置并钻凿炮孔，然后装药爆破，将需要采下的矿岩从母岩体上分离下来并形成碎块。矿石碎块尺寸的大小与多少(即大块率的高低)对于后续的铲、装、运输以及后续的选矿生产破碎有较多的影响，直接影响到铲装运及选矿效率与生产成本的高低。
3.大型露天矿山为提高生产效率，生产爆破多采用牙轮钻机进行穿孔，炮孔垂直于台阶上平面。当矿岩层的倾角与台阶的坡面角顺倾、且矿岩层倾角小于设计台阶坡面角时，容易发生矿岩体的垮落、下滑，并产生大块或超大块矿岩；如图1所示，露天矿生产时，理想情况下形成的台阶坡面为be线代表的设计台阶坡面(即应该形成的台阶坡面，该台阶坡面与水平面的夹角即为设计台阶直面角)，gf线代表一次爆破后应该形成的新的台阶坡面。但由于矿岩层的倾角与台阶的坡面角顺倾、且矿岩层倾角α小于设计台阶坡面角时，生产形成的实际台阶坡面为ba线代表的台阶坡面，其倾角(与矿岩层倾角相同)α＜75
°
；其主要原因是：露天矿爆破时，g-f-c-d范围内的矿岩体因结构面受到破坏易发生垮落、下滑，无法形成图1所示的be(或gf)坡面，也即形成的坡面角无法达到设计的75
°
；同时，g-f-c-d范围内的矿岩体因垮落、下滑形成了很多大块或超大块，最终形成了dc线代表的台阶坡面。根据相关规定，这些大块或超大块只能通过机械方式，破碎成能够便于铲装和运输的合格矿岩块度，严重影响到了露天矿后续的铲、装、运工作效率；同时，采用机械破碎方式，又在很大程度上增加了矿山的生产成本。大块率越高，露天矿铲、装、运工作效率降低幅度和生产成本的增加幅度越大。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种降低露天矿顺层岩体大块率的台阶爆破方法，以避免矿岩体的垮落、下滑。
5.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：在矿岩体的正常爆破区远离台阶坡面一侧布置辅助爆破区；所述辅助爆区的宽度w2由公式(1)计算：
[0006][0007]
式(1)中，w2为辅助爆区宽度，m；h为台阶高度，m；α为岩层倾角，
°
；
[0008]
所述辅助爆破区内布置有至少一排辅助炮孔，辅助炮孔排列方式、间排距按正常爆破区进行布置，各排辅助炮孔的深度采用公式(2)计算：
[0009]hn
＝η-n
·b·
tanα
ꢀꢀ
(2)
[0010]
式(2)中，hn为第n排辅助炮孔的深度，m；h为台阶高度，m；n为辅助炮孔的排数，靠
近台阶坡面一侧的为第一排；b为辅助炮孔的排距，m；α为岩层倾角，
°
。
[0011]
进一步的，所述辅助炮孔的深度不小于3.5m。
[0012]
进一步的，所述辅助爆破区在正常爆破区起爆之后起爆。
[0013]
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：在矿山正常爆破区后方的易产生矿岩体沿结构面垮塌、滑落而产生大量大块和超大块的矿岩区域(如图中g-f-c-d范围)，本发明按正常爆破区的炮孔间排距和一定的深度，布置辅助爆破孔，对该部分矿岩体进行预先爆破破碎，使其达到合适的块度，从而达到降低大块率的目的。本发明在台阶爆破时，采用辅助炮孔爆破，实现了对辅助爆区矿岩体的有效破碎，解决了后排正常炮孔爆破后，其后方矿岩体沿节理面跨落、下滑而产生大块、甚至是超大块的问题，能够有效降低大块率；辅助炮孔布置，能够实现炸药在待爆破岩体内的较均匀分布，爆破后的矿岩块度较均匀，大块率更低，有利于提高后续铲装作业的效率。
附图说明
[0014]
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。
[0015]
图1是常规方法爆破后易发生垮落的矿岩体结构示意图；
[0016]
图2是本发明所述台阶爆破的炮孔布置剖面图；
[0017]
图3是本发明所述台阶爆破的炮孔布置俯视图。
[0018]
图中：i、正常爆破区；ⅱ、辅助爆破区；ⅲ、矿岩层结构面；ⅳ、台阶坡面；i-1、正常爆破区第一排主炮孔；i-2、正常爆破区第二排主炮孔；i-3、正常爆破区第三排主炮孔；i-4、正常爆破区第四排主炮孔；
ⅱ‑
1、辅助爆破区第一排辅助炮孔；
①
、主炮孔；
②
、辅助炮孔；α、岩层倾角；h、台阶高度；l、爆破区长度；w1、正常爆破区宽度；w2、辅助爆破区宽度。
具体实施方式
[0019]
图2、图3所示，本降低露天矿顺层岩体大块率的台阶爆破方法采用下述步骤：1)正常爆破区炮孔布置：正常爆破区i位于靠近台阶坡面ⅳ的位置，为矿山正常生产时的爆破范围，如图2、3中bb’cc’四个点组成的范围，正常爆破区长度为爆破区长度l、正常爆破区宽度w1、台阶高度h即正常爆破区高度。在正常爆破区i向矿岩层结构面ⅲ垂直打入炮孔，形成至少一排主炮孔，如图2、3中，正常爆破区第一排主炮孔i-1、正常爆破区第二排主炮孔i-2、正常爆破区第三排主炮孔i-3、正常爆破区第四排主炮孔i-4；所述主炮孔
①
按照矿山正常生产时常规爆破的炮孔排列方式、间排距进行布置，如图2、3中主炮孔
①
的炮孔间距为a、炮孔排距为b，一般地，a＞b，排与排之间的主炮孔
①
呈交错布置形成菱形排列，即后一排主炮孔分别正对前一排主炮孔相邻炮孔之间位置。
[0020]
2)辅助爆破区炮孔布置：所述辅助爆破区ⅱ位于正常爆破区i远离台阶坡面ⅳ的一侧，如图2、3中cc’dd’四个点组成的范围，辅助爆破区长度与正常爆破区长度相同均为爆破区长度l、辅助爆破区宽度w2、辅助爆破区的最大高度为台阶高度h，其底面呈现出图2中cd虚线所示的斜面形态，与爆破后最终形成的台阶坡面相同。所述辅助爆区的宽度w2由公式(1)计算：
[0021]
[0022]
式(1)中，w2为辅助爆区的宽度，m；h为台阶高度，m；α为岩层倾角，
°
，也即实际台阶坡面角。
[0023]
在辅助爆破区ⅱ向矿岩体垂直钻凿炮孔，形成至少一排辅助炮孔，如图2、3中，辅助爆破区第一排辅助炮孔
ⅱ‑
1；所述主炮孔
①
按照正常爆破区主炮孔
①
的排列方式、间排距进行布置；如图2、3中辅助炮孔
②
的炮孔间距为a、炮孔排距为b，一般地，a＞b，排与排之间的辅助炮孔
②
呈交错布置形成菱形排列，即后一排辅助炮孔分别正对前一排辅助炮孔相邻炮孔之间位置，并且第一排辅助炮孔跟最后一排主炮孔呈交错布置。
[0024]
以辅助炮孔
②
的深度不小于3.5m，孔口填塞深度不小于3m为标准，设计各排辅助炮孔；各排辅助炮孔的深度采用公式(2)计算：
[0025]hn
＝η-n
·b·
tanα
ꢀꢀ
(2)
[0026]
式(2)中，hn为第n排辅助炮孔的深度，m；h为台阶高度，m；n为辅助炮孔的排数，靠近台阶坡面一侧的为第一排；b为辅助炮孔的排距，m；α为岩层倾角，
°
。
[0027]
3)装药起爆：在主炮孔
①
和辅助炮孔
②
内装入炸药；首先，正常爆破区i按一定的时差依次微差起爆；然后，辅助爆破区ⅱ按一定的时差依次微差起爆。
[0028]
4)采用本方法后，实现了对易产生矿岩体沿结构面垮塌、滑落区域(如图中g-f-c-d范围)矿岩体的预先和有效破碎，从而有效的减少了正常爆破区i后方的矿岩体垮落、下滑，大块率由18％～26％降低到了10％～18％。本方法通过辅助炮孔布置，能够实现炸药在待爆破岩体内的较均匀分布，爆破后的矿岩块度较均匀，大块率更低，有利于提高后续铲装作业的效率。
[0029]
实施例1：本降低露天矿顺层岩体大块率的台阶爆破方法具体如下所述。
[0030]
1)图2、图3所示，其中，所述的正常爆破区i范围由bb’cc’四个点组成，为矿山正常生产时的爆破范围，长度为l＝120m，宽度为w1＝27m。该范围内，主炮孔
①
的间距为a＝8m，排距为b＝7m，排与排之间的炮孔呈交错布置，为矿山原有的炮孔布置方案。
[0031]
2)所述的辅助爆破区ⅱ范围由cc’dd’四个点组成，其长度为l＝120m，宽度为w2＝15m。该范围内，辅助炮孔
②
的间距为a＝8m，辅助爆区ii-1排炮孔距正常爆区的i-4排炮孔的距离为b＝7m。
[0032]
2.1)采用地质罗盘和钢尺对已经揭露的矿岩体结构面进行测量，得到矿岩体的岩层倾角α和结构面之间的间距。
[0033]
2.2)采用公式(1)计算并确定辅助爆破区ⅱ的宽度，α＝45
°
、台阶高度h＝15m：
[0034][0035]
计算得到辅助爆破区宽度w2＝15m。
[0036]
2.3)根据矿岩层的倾角和炮孔的排距等参数，α＝45
°
、台阶高度h＝15m、炮孔排距b＝7m，按照公式(2)依次计算辅助爆破区ⅱ各排辅助炮孔
②
的深度hn：
[0037]
h1＝15-1
×8×
tan45
°
＝7m；
[0038]
可见，只能设置一排辅助炮孔，辅助炮孔的深度为7m。
[0039]
3)按照矿山正常生产程序进行穿孔、装药与爆破，各排辅助炮孔的装药量根据辅助炮孔
②
的深度和孔口填塞深度确定。爆破时，i-1、i-2、i-3和i-4四排炮孔按一定的时差依次微差起爆；辅助爆破区ⅱ各排辅助炮孔在正常爆破区ⅰ的i-4排主炮孔起爆后按一定的
时差依次微差起爆。
[0040]
4)采用上述工艺步骤后，所形成台阶的实际倾角为45
°
，辅助炮孔爆破实现了对易产生垮塌、滑落区域(图中g-f-c-d范围)矿岩体有效的预先破碎，可见，本降低露天矿顺层岩体大块率的台阶爆破方法有效减小了因矿岩体沿结构面的垮落、下滑而形成大块的可能，大块率为16％。
[0041]
实施例2：本降低露天矿顺层岩体大块率的台阶爆破方法具体如下所述。
[0042]
1)图2、图3所示，其中，所述的正常爆破区i范围由bb’cc’四个点组成，为矿山正常生产时的爆破范围，长度为l＝120m，宽度为w1＝27m。该范围内，主炮孔
①
的间距为a＝8m，排距为b＝7m，排与排之间的炮孔呈交错布置，为矿山原有的炮孔布置方案。
[0043]
2)所述的辅助爆破区ⅱ范围由cc’dd’四个点组成，其长度为l＝120m，宽度为w2＝21.42m。该范围内，辅助炮孔
②
的间距为a＝8m，辅助爆区ii-1排炮孔距正常爆区的i-4排炮孔的距离为b＝7m。
[0044]
2.1)采用地质罗盘和钢尺对已经揭露的矿岩体结构面进行测量，得到矿岩体的岩层倾角α和结构面之间的间距。
[0045]
2.2)采用公式(1)计算并确定辅助爆破区ⅱ的宽度，α＝35
°
、台阶高度h＝15m：
[0046][0047]
计算得到辅助爆破区宽度w2＝21.42m。
[0048]
2.3)根据矿岩层的倾角和炮孔的排距等参数，α＝35
°
、台阶高度h＝15m、炮孔排距b＝8m，按照公式(2)依次计算辅助爆破区ⅱ各排辅助炮孔
②
的深度hn。实施例如：
[0049][0050]
由于第二排辅助炮孔的深度已接近3.5m，不再计算第三排辅助孔深度，即在辅助爆区布置两排辅助炮孔。
[0051]
3)按照矿山正常生产程序进行穿孔、装药与爆破，各排辅助炮孔的装药量根据辅助炮孔
②
的深度和孔口填塞深度确定。爆破时，i-1、i-2、i-3和i-4四排炮孔按一定的时差依次微差起爆；辅助爆破区ⅱ各排辅助炮孔在正常爆破区ⅰ的i-4排主炮孔起爆后按一定的时差依次微差起爆。
[0052]
4)采用上述工艺步骤后，所形成台阶的实际倾角为35
°
，辅助炮孔爆破实现了对易产生垮塌、滑落区域(图中g-f-c-d范围)矿岩体有效的预先破碎，可见，本降低露天矿顺层岩体大块率的台阶爆破方法有效减小了因矿岩体沿结构面的垮落、下滑而形成大块的可能，大块率为12％。

技术特征：
1.一种降低露天矿顺层岩体大块率的台阶爆破方法，其特征在于：在矿岩体的正常爆破区远离台阶坡面一侧布置辅助爆破区；所述辅助爆区的宽度w2由公式(1)计算：式(1)中，w2为辅助爆区的宽度，m；h为台阶高度，m；α为岩层倾角，
°
；所述辅助爆破区内布置有至少一排辅助炮孔，辅助炮孔排列方式、间排距按正常爆破区进行布置，各排辅助炮孔的深度采用公式(2)计算：h
n
＝η-n
·
b
·
tanα
ꢀꢀ
(2)式(2)中，h
n
为第n排辅助炮孔的深度，m；h为台阶高度，m；n为辅助炮孔的排数，靠近台阶坡面一侧的为第一排；b为辅助炮孔的排距，m；α为岩层倾角，
°
。2.根据权利要求1所述的一种降低露天矿顺层岩体大块率的台阶爆破方法，其特征在于：所述辅助炮孔的深度不小于3.5m。3.根据权利要求1或2所述的一种降低露天矿顺层岩体大块率的台阶爆破方法，其特征在于：所述辅助爆破区在正常爆破区起爆之后起爆。

技术总结
本发明公开了一种降低露天矿顺层岩体大块率的台阶爆破方法，其在矿岩体的正常爆破区远离台阶坡面一侧布置辅助爆破区；所述辅助爆区的宽度W2由公式（1）计算；所述辅助爆破区内布置有至少一排辅助炮孔，辅助炮孔排列方式、间排距按正常爆破区进行布置，各排辅助炮孔的深度采用公式（2）计算。本方法在台阶爆破时，采用辅助炮孔爆破，实现了对辅助爆区矿岩体的有效破碎，解决了后排正常炮孔爆破后，其后方矿岩体沿节理面跨落、下滑而产生大块、甚至是超大块的问题，能够有效降低大块率；辅助炮孔布置，能够实现炸药在待爆破岩体内的较均匀分布，爆破后的矿岩块度较均匀，大块率更低，有利于提高后续铲装作业的效率。于提高后续铲装作业的效率。于提高后续铲装作业的效率。


技术研发人员：田欣 李胜 李华 李万涛 赵振兴 田益琳 梁艳涛 王磊 李月旺 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：2023.06.21
技术公布日：2023/10/11