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爆破新技术北京科技大学于亚伦1.露天深孔台阶爆破1-1设备大型化1-2大区多排毫秒延期爆破技术1-3.逐孔起爆技术2.地下矿山爆破2-1设备大型化2-2采矿方法结构参数大型化，采矿作业的高效化2-3无（低）废开采技术3.拆除爆破3-1爆破拆除高层建（构）筑物得特点3-2折叠倒塌4.爆破振动速度及降振措施5.数字化矿山---开创矿业新时代1.露天深孔台阶爆破露天深孔爆破广泛应用于矿山、铁路、公路和水利水电工程。据统计我国近年来露天开采的产量比重铁矿石占90%有色金属矿石占52%化工原料占70%建筑材料近100%•1-1设备大型化•（1）钻机•重点矿山穿孔设备是潜孔钻机和牙轮钻机共存。牙轮钻机比重高（占88%），钻机直径以250mm、310mm为主，中型矿山以潜孔钻为主，钻孔直径多为200mm。国外普遍采用牙轮钻机，直径多为310～380mm，有的达550mm，孔深73m。•（2）电铲•国外液压电铲的应用不断扩大（26%），电动铲仍占绝度优势（48%），斗容以16.8、21、30、38、43立米为主，•国内重点矿山以电铲为主，斗容最大为16.8立米。•（3）露天矿用汽车•国外露天矿普遍使用电动轮汽车，载重量多为150t、240t、320t。小松公司与卡特公司已研制出360t的汽车。•我国大型露天矿山汽车的最大载重量也达到120t、170t。1-2大区多排毫延期秒爆破技术1-2-1大区多排孔毫秒延期爆破的特点（1）爆破规模大，爆破技术复杂、难度大；（2）参加爆破施工的人数较多，工期较长，对施工组织和管理要求更高；（3）由于爆破规模大，爆破有害效应（爆破振动、空气冲击波、噪声、飞石等）相对更严重。要求采取更加严密的防护措施。1-2-2全国最大规模露天台阶爆破(金属矿)时间地点爆破矿岩量孔径/孔数/个装药量/t/万t1989.4南芬露天矿81.12505052761989.6水厂铁矿733102651342005.3峨口铁矿130250399*峨口铁矿产量为480万t1-3.逐孔起爆技术1.3.1定义:依靠高精度雷管的精确延时,利用孔内雷管和地表雷管的合理延期时间组合,实现单孔延时起爆.1-3-2机理(1)增加了自由面的数量每个炮孔在起爆前,其前方和侧方的炮孔已经爆炸,为该孔准备了至少三个以上的自由面.(2)降低了爆破振动速度单孔延时起爆,每次起爆药量仅为单孔药量,降低了爆破振动速度1.31-3-3.逐孔起爆技术分析1-3-4逐孔起爆技术的核心---•选择合理的延期时间(1)经验值•当最小抵抗线W=6-10米时,按下表选取:岩石延期时间/毫秒花岗岩,橄榄岩,辉长岩,闪长岩,石英岩.15--30蛇纹岩,坚硬石灰岩,玢岩,砂岩20--46韧而较软的矿岩,如菱镁矿,石膏,泥灰岩等,50--70•(2)国外统计研究资料•单位孔距延期时间=3—8ms/m•排间最佳延期时间=8---15ms/m•（３）目前国内采用孔内外延期爆破时,多采用孔内高段位，孔外低段位雷管．•例如：•孔内延期雷管为４００ms•地表孔间延期雷管延期时间２５ms和４２ms•排间延期雷管延期时间42ms,65ms,100ms•(4)印度P.K.辛格(中央采矿研究所)在2007.5.昆明召开的亚太爆破技术论坛上发表了题为”8ms延期间隔时间在预测爆破振动中的意义”的报告.•①美国矿业局早期研究得出:在单排爆破中,孔间延期时间8ms时,振动最小.•②作者在印度三个煤矿进行了18次爆破试验,采用8ms,17ms,25ms的延期时间间隔,在其它条件相同时进行对比试验.•结论:17ms延期时间爆破振动最低,为防止波的叠加提供了充足时间.1-3-5典型的逐孔起爆网路•2地下矿山•2-1设备大型化•（1）地下铲运机•铲运机是地下采矿的主导设备。国外铲运机载重能力大、整机性能、可靠性、生产效率、舒适度及自动化程度都很高。载重量有10t、16.1t。国内地下矿使用的铲运机斗容多为0.38～6.1立米。•（2）井下矿用自卸汽车•采矿业发达国家如：瑞典、美国、德国、芬兰、加拿大，地下矿山已广泛应用无轨化采矿技术。这些国家使用铲运机、井下矿用自卸汽车等井下无轨运输设备的出矿量的80%～85%。瑞典已用120t的7轴大型卡车取代45t、65t卡车。•（3）井下钻机•发达国家基本上实现了中深孔全液压化、深孔大直径高气压化。全液压钻进技术正向大直径深孔方向发展。•我国除了少数大型矿山完全采用国外成套设备外，其他大部分中小型矿山钻孔设备不能实现现代机械化开采。•（4）发达国家地下采矿设备的发展方向有三：•设备无轨化、液压化、自动化程度高；•装备技术性能成熟，可靠性高；•装备配套，机械化程度高。从凿岩、装药到铲运全程实现了机械化配套作业。•2-2采矿方法结构参数大型化，采矿作业的高效化•目前国内外矿山使用的采矿方法为崩落法、空场法、充填法。•设备大型化、电动化、液压化为结构参数大型化提供了先决条件。•2-3无（低）废开采技术•定义：是最大限度地降低废物采出量，或是采出的废物得到充分利用的一种理想状态下的开采技术。其途径有三：•（1)建立无（低）废采矿工艺，即尽可能少地采出废石或直接在原地回收有用成分。如采用地下溶侵、溶化、熔炼、地下气化等工艺以减少矿物资源的采掘量。•（2）采出废料的综合利用，如用作生产建筑材料、筑路、充填采空区、土地复垦和贫瘠土地改良、回收有用成分，生产矿物化肥，用作其他工业部门的原料。•（3）将采矿和选矿过程中的废料全部或部分堆积（存贮）在井下矿房或露天采场的采空区以供将来使用。例如：提高边坡角尽量少采废石量。•3.拆除爆破•3-1爆破拆除高层建（构）筑物得特点•（1）随着层数的增加，高度增加，位能增大，拆除倒塌冲击地压增大。•（2）大中城市高层建筑群密集程度增大，允许倒塌范围明显不足。•（3）建筑造型复杂，高度比迅速增大，拆除机理日趋复杂，解体难度不断增大。•（4）高层建筑已从框架、框架—剪力墙、剪力墙三大常规结构逐渐发展成筒体或筒束结构。•（5）结构柔化和混凝土强度等级增加，拆除工艺更加复杂。3-2精确控制倒塌方向与折叠倒塌影响折叠倒塌的因素很多，例如：缺口的形状、尺寸和位置以及上、下缺口之间的延期时间等。折叠倒塌成功的关键是上、下缺口之间延期时间选择。下面举出三个典型事例：名称高度/m外径/m折叠方式缺口位置爆破效果浙江省镇海电厂武汉市阳逻化肥厂钢筋混凝土烟囱15010011.667.8双向折叠双向折叠上缺口位于+30m,向正东倾倒；下缺口位于底部，向正西倾倒。上缺口位于+30m,向正西倾倒；下缺口位于+1m处，向正东倾倒。按预定方向折叠倒塌,但未折叠.爆破效果很好，按预定方向折叠倒塌。广州造纸厂钢筋混凝土烟囱100底部外径8.0三向连续折叠3个缺口分别布于+60.2m;+30.2m;+0.5m处，上段向东，中段向西，下段向东倒。爆破效果很好，按设计呈“之”字形倒塌。图1武汉市阳逻化肥厂100米烟囱倒塌实况（双向折叠倒塌）图2广州造纸厂100米烟囱倒塌实况（三向折叠倒塌）3-3对于建（构）筑物采用保护对象所在地质点峰值振动速度和主振频率双指标作为爆破振动判据已纳入《爆破安全规程》（GB6722-2003），并给出相应的数值。这比单纯用质点峰值振动速度作为安全振动判据更为科学，是一个进步。3-4爆破有害效应的控制爆破有害效应的控制包括：爆破振动、爆破冲击波、爆破飞石、爆破噪音、爆破粉尘和有毒气体的预防和控制。5数字化矿山---开创矿业新时代进入新世纪，随着中国经济的飞速发展，人类对矿产资源的需求也与日剧增。然而，由于矿山开采中秩序混乱、过度开采、环境污染等诸多问题的长期积累，矿山领域内的变革也势在必行。矿业的发展走向在何方？数字化矿山适应当前形势的需要，应运而生。1定义数字化矿山（DigitalMine）是建立在数字化、信息化、虚拟化、智能化和集成化基础上的，由计算机网络管理的的管控一体化系统。它是信息化、数字化得虚拟矿山，是用信息化和数字化得方法来研究和构造的矿山，是矿山地表面以下的人类工程活动的信息全部数字化之后由计算机网络来管理的技术系统。数字化矿山建设包括以下几个阶段：（1）矿山资源的数字化。利用成熟的矿山应用软件，基于矿山三维可视化建模平台、集成矿山地形数据、勘探数据、工程数据和生产数据等，建立矿山数据库，形成虚拟矿山。（2）数字化矿山虚拟系统的应用。主要包括：基于虚拟矿山资源储量估算与经济评价，虚拟开采与采矿方法的优化优选、生产计划的编制和过程的模拟等。（3）矿山生产过程的监控和优化。包括：采矿生产过程的调度与优化、矿山生产全过程的信息化管理等。2.国外技术发展现状国外矿业软件起步于20世纪80年代，三维地震勘探技术的发展以及地理信息系统（GIS）向矿业领域的渗透为三维地质模拟的研究和软件开发提供了新的动力。矿瞰件从最初的矿山测量开始，从二维、三维矿床模型的建立，储量和品位计算，逐步推广到采矿设计、生产计划。目前，国际上占主导地位的三维数字化软件有英国、加拿大、美国等（3）国内技术发展现状•国内矿业软件开发从20世纪90年代初开始起步．多数是基于CAD或Arcinfo等平台开发的二维软件，如MsGis，MapGis、SuperMap、GeoStar等，在三维地学建模系统研究方面，部分国产商品化软件系统也开始推出了一些3D功能模块，但离实用阶段尚布一定距离：虽然也有一些同内研究设计院和高校的研究设计人员尝试三维矿业软件开发。但仅是建立了针对了某矿山具体问题的数据库．没有形成能进入市场的通用系统，因而，在国际三维软件占主导位置的情况下，国内三维矿业商业化软什基本是一片空白。•目前，由我国国土资源部认定可用于我国矿产资源储量计算和评价的软件主要有澳大利亚ＳＳＩ公司的Surpac软件，英国MICI公司的Datamine软件、美国MINTEC公司的MineSight软件和澳大利亚Micromine软件等，开发自主版权的国产三维地质建模系统软件具有广阔的市场推广应用前景。•20世纪９０年代未，以引进国外采矿软件为标志。我同矿业软件应用迈出了第—步。例如，德兴露天铜矿在1998年引进了美国Dispatch~llMinesight系统，建成了矿山卡车调度系统；北京有色研究设计总院应用Datamine软件系统；煎茶屿金矿应用Sumac软件系统等截至目前，国内约有100多家矿业企业、科研院所购买或应用了这些国外软件，基本上是完•成了矿[山数据的整理、三维建模工作，总体上得到厂大家的认可。但是在国内矿业企中，由于受软件应用水平、生产作业习惯、系统自动化程度以及价格等因素的影响，国外的地质和采矿类软件在国内并没有得到很好的推广应用。