基于爆破漏斗试验的爆破参数研究

欧阳光，张耀平，侯永强，项 宇

（1.江西理工大学 资源与环境工程学院，江西 赣州 341000；2.江西理工大学 应用科学学院，江西 赣州 341000）

基于爆破漏斗试验的爆破参数研究

欧阳光1，张耀平2，侯永强1，项 宇1

（1.江西理工大学 资源与环境工程学院，江西 赣州 341000；2.江西理工大学 应用科学学院，江西 赣州 341000）

某金属矿山采矿方法由无底柱分段崩落法改为阶段崩落嗣后充填采矿法，为了设计与阶段嗣后充填采矿法相适应的爆破参数，展开了系列单孔漏斗试验、宽孔距同段爆破漏斗试验以及斜面台阶爆破试验。通过对数据统计分析得出下面结论，最佳埋深比：Δ=0.409；最佳单位炸药爆破体积：V/Q=0.386 1m3/kg；最佳爆破漏斗时炸药的单耗q=0.68 kg/t；孔间距为1.4m；最小抵抗线的范围为0.85～0.90m。在实际生产中采用80m孔径的中深孔爆破时，孔间距为2.6m；排距为1.61～1.71m；爆破效果最好单耗小于0.68 kg/t。

爆破参数；爆破漏斗试验；最佳埋深比；充填采矿

某金属矿床的成因类型属层控沉积岩-热液叠加改造型金属矿床，其构造及节理裂隙发育，该矿体的形态主要呈现为层状、似层状。矿体的倾角范围为5°～30°。按矿体的倾角分类，属于缓倾斜矿床。围岩的构成比较复杂，主要有绿泥石、硅化、磁铁矿化、角岩化泥质、钙质粉砂岩。由于原有的无底柱分段崩落采矿方法地表不允许崩落，不能满足矿山生产中所需要的安全、高效。阶段崩落嗣后充填法的回采效率高，充填有效地保护了地表，其生产能力比较大，能较好地满足矿山的生产要求。因为采矿方法的改变，为达到最佳的爆破效果，降低成本提高生产效率，所以要重新对其爆破参数进行研究。试验时使用炸药的基本性能指标：猛度≥13mm，殉爆距≥5 cm，爆速≥3 400 m/s，爆破力≥300 mL，密度是 0.85～1.05 g/cm3；炸药的规格：其直径为（35±1）mm，药卷长度为200mm，质量为（150±6）g。爆破过程中使普通毫秒导爆管雷管引爆，脚线长度为4m[1-2]。

1 爆破试验原理

针对该金属矿山爆破参数研究主要进行以下几个试验：系列单孔爆破漏斗试验、宽孔距同段爆破漏斗试验以及斜面台阶爆破漏斗试验[3]，每组试验都有针对性，但它们侧重点不同，各个试验之间又有相互联系，其试验原理如下。

C.W.Livingston的爆破漏斗理论，主要是从爆破瞬间产生的能量传递给岩体，使需要爆破的岩体破坏[4]，主要有两种方法：炸药包的重量不变，改变炸药包的埋深；药包的埋深不变，改变药包的重量。根据爆破漏斗理论推导出药包处于临界埋深（Le）最佳埋深（Lj）、应变能系数（Eb）的计算公式见公式（1）～（3）。

式中：Le自由面岩石药包的临界埋深，m；Eb应变能系数；Q炸药包质量，kg；Lj为最佳埋深，为爆破体积较大且爆破后矿石块度均匀时药包中心埋深。

2 系列爆破漏斗试验

2.1 试验爆破地点选择

为了让爆破方案具有代表性，试验地点应选在与实际爆破岩体的坚固性、容重、可爆性、节理裂隙的发育等基本相差不大的地方。爆破试验地点选在该金属矿区标高为-340m的水平1～3线之间的穿脉中。试验选择位置要使其岩性与实际爆破尽量一致来确保试验后整理出数据的可靠性，应该避免典型的构造带，炮孔布置图如图1。试验段矿岩的物理性质主要有矿岩容重为40.1 kN/m3，碎胀性为1.48～1.72，普氏坚固性约为10，力学参数性质如表1所示。

图1 炮孔布置图Fig.1 Layout diagram of blasthole

表1 矿岩的力学性质Tab.1 M echanicalpropertiesof oreand rock

2.2 凿岩、装药、填塞、爆破与漏斗测量

试验的所有炮孔采用YT-28钻机，炮孔直径均为42mm。装药前应该对试验炮孔的深度进行测量，检查炮孔是否达到要求。针对部分过深的炮孔要用炮泥填堵到要求的深度。炮棍装填药卷后用炮泥将炮孔填堵，由于炮孔不是很深，此时炮孔的填塞长度有30～40 cm。总共进行了17组爆破试验，每次试验所用药包的质量都是0.15 kg，试验前画好10 cm× 10 cm网格，量出各爆点深度，用辛卜生法求解出漏斗各断面的面积Si见公式（4），然后求出每个爆破漏斗体积V见式（5）[5]。

式中：B为测点之间距离，0.1m；Si为漏斗的各断面面积，m2；yi为第i点爆破的深度，（i=1，2，……，n）。

每次爆破漏斗口量3次取其平均值并计算每个爆破漏斗的总体积，计算出每个爆破漏斗爆破所用炸药的单耗，采用毫秒延期爆破，主要通过药包不同的埋深、重量、孔距和排距的组合来确定爆破参数。

3 爆破漏斗试验及结果分析

3.1 系列单孔漏斗试验

系列单孔爆破漏斗试验结果统计如下，单孔爆破漏斗试验共进行了10次，其中有4次爆破没有出现爆破漏斗，所以没有得到数据。单孔爆破漏斗试验数据及爆破效果统计如表2。埋深比Δ是由表2数据及公式（1）～（3）得到，见式（6）。

Δ为最佳埋深比，在一定的矿岩和炸药性能条件下为常数。

根据表2数据可以采用相应的专业函数绘图软件对表中炸药在该矿区试验结果进行单位炸药爆破体积（V/Q）与埋深比（Δ）之间的曲线关系拟合（见图2）；四次多项式拟合见公式（7）；爆破漏斗体积与药包埋深的多项式拟合曲线（见图3），多项式拟合见公式（8）；爆破漏斗半径与药包中心埋深的多项式拟合曲线（见图4），多项式拟合见公式（9）。并对以上拟合式进行研究分析，得出最佳爆破漏斗参数[3]。

图2 单位炸药爆破体积与埋深比关系曲线Fig.2 Ratio of unitexplosive volumeand depth

表2 系列单孔试验爆破数据Tab.2 Blasting data for the seriessinglehole test

图3 爆破漏斗体积与药包埋深关系曲线Fig.3 Volum e funnel chargeb lasting depth

图4 爆破漏斗半径与药包中心埋深关系曲线Fig.4 Blasting funnelvolum eand explosive depth

依据表2的数据及拟合的多项式可知最佳埋深比：Δ=Lj/Le=0.409，装药量为0.15 kg时的最佳炮孔深度为0.42m，药包的中心临界埋深：Le=0.80m；最佳单位炸药体积比为V/Q=0.386 2m3/kg，拟合后得出最佳爆破漏斗体积时炸药的单耗：q=0.68 kg/t，爆破漏斗半径最大时药包的中心埋深L=0.421m。

3.2 宽孔距爆破漏斗试验

已知该矿山试验前孔底距为a，从而以a为孔底距和单孔系列所确定药包的最佳埋深Lj及其对应的装药量Q为试验基础，可以初步确定试验所需要的炮孔数和多个不同的孔间距参数，有方向目的地进行孔底距参数的优化。试验相邻炮孔之间的间距不同，爆破后观察其相邻爆破漏斗的重叠情况以及对爆破效果的描述，从而得到最佳爆破效果，宽孔距试验数据如表3。

表3 宽孔距同段爆破试验数据Tab.3 Data of blasting testwith widehole distance

由宽孔距同段试验数据和相关的爆破漏斗之间的叠加情况可知当孔距较小时相邻的炮孔爆破后的爆破漏斗叠加明显，爆破沿炮孔中心连线所形成的沟槽的中间宽度和深度较大；随着炮孔间距离的增大，沟槽的宽度和深度会随之减小，最后会没有叠加，相邻间的炮孔会形成明显的脊柱[6]。根据表3数据知炮孔编号为11时，爆破效果好且爆破叠加形成沟槽，其他全部形成脊柱，此时炮孔间距取1.4m，爆破后的叠加效果最好。在实际生产时采用QZG80凿岩机凿中深孔直径为80mm时，回采过程用ap/Wp= am/Wm=m计算ap：其中ap、WP为实际生产的孔底距和抵抗线；am、Wm为试验时的孔底距和抵抗线，m为炮孔密度系数；所以实际生产时孔底距为2.6m。

3.3 斜面台阶试验

斜面台阶试验原理是为了确定合理的排距，试验前根据矿山之前实际爆破生产时采用的排间距范围计算出42mm孔径不耦合装药的排间距大小，依据相似理论知道当模型试验与原型的矿岩条件、炸药种类、装药密度及起爆方式完全相同时有Wp/dp= Wmdm，其中WP、dp为原实际炮孔的最小抵抗线和炮孔直径；Wm、dm为试验时炮孔的最小抵抗线和炮孔直径[7]。斜面台阶试验的炮孔数据和爆破效果描述见表4。

表4 斜面台阶爆破试验数据Tab.4 Testing data for slanting step blasting

根据表4斜面台阶爆破试验数据分析可知，试验炮孔的爆破效果都比较好，其最小抵抗线是0.85～0.90m。在实际回采过程中采用QZG80凿岩机凿直径为80mm中深孔，爆破回采时采用公式Wp·dp=Wm·dm计算可得在爆破过程中炮孔采用的排距为1.62～1.71m。在实际生产时炸药单耗要小于试验的炸药单耗，炸药单耗小于0.68 kg/t。

4 结论

该金属矿山在进行了一系列的单孔爆破漏斗试验、宽孔距同段爆破漏斗试验以及斜面台阶爆破漏斗试验得出结论如下：

依据系列单孔试验结果可知，该矿试验采用卷装乳化炸药，药包质量为0.15 kg时：最佳埋深为0.42m；最佳埋深比Δ=Lj/Le=0.409；最佳爆破漏斗体积的单耗是0.68 kg/t。

依据宽孔距同段试验结果及斜面台阶爆破试验的炮孔直径为42mm，使用卷装乳化炸药其炮孔间距取1.4m时；最小抵抗线的范围是0.85～0.90m。在实际生产中的施工炮孔直径为80mm时，该矿区矿体采用卷装乳化炸药爆破其孔底距取值为2.6m。由斜面台阶试验及相似理论计算可知最小抵抗线（排距）的范围是1.62～1.71m，炸药的单耗q≤0.68 kg/t，此时爆破效果最好。

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Blasting Funnel Test based Blasting Parameters in a M ine

OUYANGGuang1,ZHANGYaoping2,HOUYongqiang1,XIANGYu1
(1.College Resourcesand EnvironmentalEngineering,JiangxiUniversityofScienceand Technology,Ganzhou 341000,Jiangxi,China；2.CollegeofApplied Science,JiangxiUniversityofScienceand Technology,Ganzhou 341000,Jiangxi,China)

Ametalmineminingmethod isupgraded from a pillarless cavingmethod to a stage of caving and then to a miningmethod.To design the blasting parameterswhich are compatible with the stage fillingmethod,a series of single-hole funnel test,wide-hole blasting funnel test and slope step blasting testwere carried out.The following conclusionsare drawn through analyzing statisticaldata:the optimum blasting ratio is:V/Q=0.386 1m3/kg;the best blowoutof theexplosive funnel q=0.68 kg/t;hole spacing is1.4m;theminimum resistance line range is0.85～0.90m. In the actualproduction with 80m aperture in the deep hole blasting:hole spacing of2.6m,row distance of1.61～1.71m,blasting the bestunitconsumption isalso less than 0.68 kg/t.

blasting parameters;blasting funnel;optimum depth ratio;fillingmining

TD235

A

（编辑：游航英）

10.3969/j.issn.1009－0622.2017.03.005

2017-04-31

欧阳光（1991-），男，江西吉安人，硕士研究生，研究方向：岩石力学与工程。

张耀平（1974-），男，河南浑河人，教授，主要从事岩石力学与工程及金属矿山地下开采工艺研究。