矿岩爆破优化

矿岩爆破优化学院：矿业工程学院班级：卓采矿12-2班姓名：马广永学号：120124402004摘要矿山爆破属于工程爆破技术在矿山开采中的应用。在矿山工程中，无论是在井巷掘进的过程中，还是在露天开采、地下采场开采，都运用到了各种爆破技术。本文主要介绍了工程爆破分类，矿山爆破中井巷掘进爆破主要采用的方法，地下采场中通常采用的几种爆破技术，并具体介绍了相关控制爆破技术以及基本的矿山爆破安全技术。关键词：矿山爆破矿岩爆破一、爆破技术利用炸药爆炸的能量破坏某种物体的原结构，并实现不同工程目的所采取的药包布置和起爆方法的一种工程技术。这种技术涉及到数学、力学、物理学、化学和材料动力学、工程地质学等多种学科。作为工程爆破能源的炸药，蕴藏着巨大的能量。一公斤普通工业炸药爆炸时释放的能量为3.52×10的6次方焦耳，温度高达3000℃,经过快速的化学反应所产生的功率为4.72×10的8次方千瓦,其气体压力达几千到一万多兆帕，远远超过了一般物质的强度。在这种高温高压作用下，被爆破的介质(如岩石等)呈现为流体或弹塑性体状态，完全破坏了原来的结构。由于岩石结构和地质构造的复杂性，以及被爆破介质在动力作用下的响应特征各异，还没有一种切合实际的爆破理论能够完满地解释爆破作用机理。多数学者认为流体动力学或应力波反射理论较能反映爆破的实际状况，然而在工程设计计算上，仍以经验公式为主。经验公式是根据药包重量和它所爆破的体积成正比例并出现漏斗状爆破坑的关系建立的(图1)图1式中Q为药包重量；K为单位耗药量，是和介质有关的系数；W为最小抵抗线；n为爆破作用指数，n=r/W为爆破漏斗底部半径r与最小抵抗线的比值,当n=1.0时定义为标准抛掷爆破漏斗,n1.0时为松动爆破,n1.0时为抛掷爆破；f(n)为爆破作用指数函数；R为爆破作用半径。工业炸药必须用雷管才能引爆，比较安全。现代起爆方法有电和非电两种方式：前者由电热点燃电雷管内的灼热桥丝引爆炸药；后者则由导火索的火焰或导爆索、导爆管传递的冲击波引爆雷管，从而起爆药包。两种起爆方式都能做到由毫秒到秒量的时间间隔，按设计要求依次起爆每个药包，而作为提高各种爆破效果的重要手段。工程爆破技术经过几十年的发展，已经渗透到经济建设的众多领域，特别为中国的铁路建设、矿山开采、城市拆旧等做出了重要贡献。爆破作为一种科学技术，应用很广，但在工程上的应用无疑是最重要、最常见的，采矿开山，修铁路、公路用钻爆法来开掘隧道，水利工程上也用一些，现在城市里面也使用了，拆除楼房。二、爆破的内部作用机理爆破作用只发生在介质内部的现象称为爆破的内部作用。根据介质的破坏特征，单个药包破坏的内部作用可在爆源周围形成压碎区、破裂区和震动区（1）压碎区药包爆炸时，直接与药包接触的矿岩，在极短的时间内，爆轰压力迅速上升到几万甚至几十万大气压，并在此瞬间急剧冲击药包周围的矿岩。对于大多数脆性的坚硬矿岩，则被压碎；对于可压缩性较大的岩石，则被压缩成压缩空洞，并在空洞表层形成坚实的压实层。因此，压碎区又叫压缩区。压碎区的半径很小，但由于介质遭到强烈粉碎，产生塑性变形或剪切破坏，消耗能量很大。因此，为了充分利用炸药能量，应尽量控制或减小压碎区的形成。（2）破裂区压碎区形成后，冲击波通过压碎区，继续向外层岩石传播，冲击波衰减为应力波，其强度已低于矿岩的抗压强度，所以不再产生压碎破坏，但仍可使压缩区外层的岩石遭到强烈的径向压缩，使岩石的质点产生径向位移和径向扩张及切向拉伸应变。如果这种拉伸应变超过了岩石的动抗拉强度，外围的岩石层就会产生径向裂隙。当切向拉应力小到低于岩石的动抗拉强度时，裂隙便停止向前发展。另外，在冲击波扩大药室时，压力下降了的爆轰气体也同时作用在药室四周的岩石上，在药室四周的岩石中形成一个准静应力场。在应力波造成径向裂隙的期间或以后，爆轰气体开始膨胀并挤入这些裂隙中，导致径向裂隙向前延伸。只有当应力波和爆轰气体衰减到一定程度后才停止裂隙扩展；这样随着径向裂隙、环向裂隙和剪切裂隙的形成、扩展、贯通、纵横交错、内密外疏、内宽外细的裂隙网，将介质分割成大小不等的碎块，形成了破裂区，该区的半径比压碎区大。（3）震动区在破裂区以外的岩体中，炸药爆炸后产生的能量已消耗很多，应力波引起的应力状态和爆轰气体压力建立起的准静应力场均不足以使岩石破坏，只能引起岩石质点作弹性振动，直到弹性振动波的能量被岩石完全吸收为止，这个区域叫弹性震动区或地震区。三、爆破破碎机理爆破是当前破碎岩石的主要手段。对于岩石等脆性介质爆破破坏机理，有许多假设，按其基本观点，归纳起来有爆轰气体膨胀压力作用破坏论、应力波及反射拉伸破坏论、冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用破坏论三种。（1）爆轰气体膨胀压力作用破坏论该理论认为炸药爆炸所引起脆性介质(岩石)的破坏，使其产生大量高温高压气体，它所产生的推力，作用在药包周围的岩壁上，引起岩石质点的径向位移，由于作用力的不等引起的径向位移，导致在岩石中形成剪切应力，当这种剪切应力超过岩石的极限抗剪强度时就会引起岩石破裂，当爆轰气体的膨胀推力足够大时，会引起自由面附近的岩石隆起，鼓开并沿径向推出。这种观点完全否认冲击波的动作用，不太符合实际的。（2）应力波反射拉伸破坏论该理论认为药包爆炸时，强大的冲击波冲击和压缩周围岩石，在岩石中激发成强烈的压缩应力波，当传到自由面反射变成拉伸应力波，其强度超过岩石的极限抗拉强度时，从自由面开始向爆源方向产生拉伸片裂破坏作用。这种理论只从爆轰的动力学观点出发，而忽视了爆生气体膨胀做功的静作用，因而也具有片面性。（3）冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用破坏论该理论认为爆破时，岩石的破坏是冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用的结果。但在解释岩石破碎的原因是谁起主导作用时仍存在不同的观点，一种认为冲击波在破碎岩石时不起主要作用，它只是在形成初始径向裂隙时起了先锋作用，但在大量破碎岩石时则主要依靠爆轰气体膨胀压力的推力作用和尖劈作用；另一种观点则认为爆破时岩石破碎谁起主要作用要取决于岩石的性质，即取决于岩石的波阻抗。对于高波阻抗的岩石，即致密坚韧的整体性岩石，它对爆炸应力波的传播性能好，波速大。对于低波阻松软而具有塑性的岩石，爆炸应力波传播的性能较差，波速较低，爆破时岩石的破坏主要依靠爆轰气体的膨胀压力；对于中等波阻抗的中等坚硬岩石，应力波和爆轰气体膨胀压力同样起重要作用。四、影响爆破因素（1）炸药性能和药包量1）炸药性能的影响炸药的性能对爆破的影响效果较大。炸药的性能主要是指炸药的爆炸和粉碎力,一般在特坚石中宜用粉碎力大的炸药，如梯恩梯、胶制炸药等,爆破后岩石破碎程度较大,飞散较远,但破坏范围相对来说要小些。在次坚石、软石、裂缝大而多的岩石中,以及在松动爆破中,则宜采用爆破力较大而粉碎力较小的炸药，如硝铵类炸药。开采料石时,宜采用爆破力和粉碎都比较小的炸药,如黑火药。2）药包量及装药与堵塞的影响炸药用量的多少，直接影响爆破效果。药量少了,达不到预期的效果;药量多了，不但造成不必要的浪费,而且会炸掉不该炸的部分,并使爆破振动力增大,振动范围加宽、裂缝增多、增大、甚至造成边坡坍塌，飞石过远,危害路基边坡的稳定与施工安全，应避免这种超爆目的来决定。3）装药与堵塞装药前对药室进行全面检查,如有渗水时,应作好排水、防水措施。集中药室和条形药包装药时，由里到外逐个药室装药，先装后排药室。每个药室按其长度预留起爆体和副起爆体位置。装药时照明采用蓄电池矿灯,禁止用明火照明。堵塞的作用是防止爆破能量损失，减少飞石，使洞室爆破达到预期的效果。堵塞时应先垒墙封闭药室，然后隔段做墙。（2）地形条件的影响地形条件指地面的形状与变化。地形不同，其爆破的特性及效果也不同。爆破工程中浆地形分为平坦地形、倾斜地形、凸形山包和凹形迹口四大类。倾斜地形又按自然地面坡度角的大小分为缓斜地形斜坡地形和陡坡地形。当自然地面坡度小于15°时,属于平坦的地形愚愈陡，爆破方量愈多,炸药量就愈省。这是因为在地形平坦时,药包向上爆破，爆力须克服岩石的自重，破碎的岩石向上抛掷，仅有部分被抛出漏斗范围以外,其余仍回落漏斗内,因而实际抛掷量较小。而在地面倾斜时,爆破作用的方向（即最小抵抗方向）与岩石的重力方向斜交,岩石的自重阻碍力很少故用药量可减少,而岩石的抛掷量却增加。不仅如此,爆破上方的岩石因振动而松裂，便在自重作用下脱离岩体而坍塌，从而扩大爆破漏斗范围,增加爆破方量,因此,用同样的炸药在斜坡地形能比平坦地形下更多的岩石。在地形条件中,炮位临空面数目对爆破效果的影响也很大,因为，爆破作用的能量能够充分发挥,因此,临空面愈多,爆破效果就愈好。所以在生产实践中，因首先改造地形,浆平坦或缓坡地形改造成陡坡、台阶或多面临空地形后，再酌情选用适宜的方法以提髙工效。（3）地质条件的彩响地质条件是指岩石性质和岩层构造。岩石性质系指岩石的物理力学性质,它是用以确定岩石单位耗药量和能否采用大爆破的主要依据。当岩石的密度大、韧性强、整体性耗时,较难破碎,因而单位耗药量高,对爆破的边坡稳定有利,这种岩石能采用大爆破;当岩石密度小,力学强度低，节理、层里发达，则较易破碎,因而单位耗药量低,这种岩石一般不宜采用大爆破。岩石的构造对爆破效果也有较大的影响。在火成岩和变质岩中存在的岩层层里,其产状往往会对爆破的范围、爆破漏斗的五、矿岩爆破优化（1）、调整孔网参数根据不同采区岩石特性，调整孔排距，较硬部分、易爆性差的北矿区保持原设计参数，对南矿区易爆性好的地段孔排距调整为6x4，使用同等量炸药爆破增加爆破矿量，降低单耗，对于变质凝灰岩夹层爆破实施灵活的爆破方案，最大限度降低成本。(2）、适当调整填塞高度对裂隙区域、弱面地段增加填塞长度，加大抵抗线，让炸药充分发挥效能，既可以保证爆破质量，又可以降低炸药使用量。（3）、间隔器的使用使用间隔器对中深孔进行孔底间隔，一般1.5—2m，间隔的长度就是节约炸药的填装量，大批使用可以为矿山节约炸药，降低采矿成本，使用间隔器能够较好的克服根底和降低爆破大块率，为铲装、运输等后续工序的高效生产创造有利条件。（4）、调整起爆顺序结合爆破区域实际情况进行起爆顺序调整，增加自由面，永吉矿山南北狭长，爆破面小，采取科学的、有效的起爆顺序对矿体施爆，就可以充分发挥炸药效能，增加爆破矿量，减少大块率。（5）、使用高效能火工品由于国家对火工品的强制要求，我们现使用吉林市通博炸药厂炸药的敏感度降低，也就导致炸药做功能力下降(爆速约4000m/s)，爆破后效果不理想，经过沟通，3305炸药厂生产一种退役军用火药合成炸药，此品种炸药做功能力强，爆速可达到5500m/s以上,可以有效加大爆破效能，现做进一步试验，如果可行可以节约爆破成本，降低单耗。结合上述方法，在日后的爆破工作中，通过不断摸索、试验，继续优化爆破参数，为永吉矿山降低生产成本。总结矿山爆破是把矿石从岩体中剥落下来和对矿体顶板围岩进行剥离，并按工程要求爆破成一定的爆堆，破碎成一定的块度，为随后的铲装、运输工作创造条件。在矿山建设和生产中，爆破方法是破碎矿岩的主要手段。在新中国成立以来的三十多年中，矿山企业是国内采用药室大爆破最多的部门之一，矿山爆破技术在矿山工程建设和生产中起到了很大作用并得到迅速的发展。