第43卷第3期2021年6月
甘㊀肃㊀冶㊀金
GANSU㊀METALLURGY
Vol.43No.3
Jun.ꎬ2021
文章编号:1672 ̄4461(2021)03 ̄0011 ̄04
寇明遥ꎬ王永智ꎬ高维荣
(西北矿冶研究院ꎬ甘肃㊀白银㊀730900)
摘㊀要:新疆索尔库都克铜钼矿ꎬ矿体为块状(整体块状)结构ꎬ倾角10ʎ~45ʎꎬ结构面间距20~100cm或大于100cmꎮ目前矿山爆破方案ꎬ其炮孔的堵塞长度2mꎬ大于结构面间距ꎬ柱状应力波在向台阶上部表面传播过程中ꎬ遇到结构面发生反射和透射ꎬ透射应力波强度下降ꎬ当其压力值小于矿石的 台风实时定位系统抗压强度时ꎬ矿石不再产生裂隙ꎬ只发生弹性变形ꎮ导致爆炸气体的膨胀和气楔作用ꎬ只能使矿石沿原生结构面破裂ꎬ造成大块率高ꎮ借鉴成熟的爆破技术ꎬ通过优化爆破参数和装药结构ꎬ采用大孔距㊁小抵抗线㊁水间隔装药结构和排间微差爆破方案ꎬ爆破大块率大大降低㊁爆破危害程度低ꎮ 关键词:结构面ꎻ柱状应力波ꎻ气楔作用ꎻ波阻抗
中图分类号:TD235㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A
OptimizationofBlastingSchemeinXorkudukCopper ̄MolybdenumMine
KOUMing ̄yaoꎬWANGYong ̄zhiꎬGAOWei ̄rong
(NorthwestResearchInstituteofMiningandMetallurgyꎬBaiyin730900ꎬChina)
Abstract:Xorkudukcopper(molybdenum)depositꎬXinjiangꎬChinaꎬhasamassivestructurewithadipangleof10ʎ~45ʎand20~100cmspacingbetweenstructureplaneorgreaterthan100cm.Currentmineblastingschem
eisthattheholeplug ̄ginglengthof2misgreaterthanthestructuralplanspacingꎬwhenthecolumnarstresswaveencounterstructuralplaneoc ̄curringthereflectionandtransmissioninthepropagationprocesstotheuppersurfaceofthestepꎬthenthetransmittedstresswavedecreasesinstrength.Whenthepressurevalueislessthanthecompressivestrengthoforeꎬthefractureproducedontheorenolongerꎬonlytheelasticdeformation.Resultingintheexplosiongasexpansionandtheairwedgeactioncanonlymaketheoretobreakupalongtheprimarystructuralplanetocausetheblockrate.Thepaperapplythematureblastingtechnologyforreferenceꎬbymeansofoptimizingblastingparametersꎬpowdersstructureꎬadoptingthelargeholespacingꎬsmallresistancelineꎬwaterspacepowdersstructureanddifferentialblastingschemebetweenrowssothattheblastingblockrat
eisgreatlyreducedandtheblastingdamagedegreeislow.
KeyWords:structuralplaneꎻcolumnarstresswaveꎻairwedgeactionꎻwaveimpedance
1㊀矿山概述
新疆索尔库都克铜钼矿(以下简称索矿)矿区位于新疆富蕴县城245ʎ方向㊁直线距离65km处的索尔库都克一带ꎬ行政区划隶属新疆富蕴县管辖ꎮ区域变质岩主要有:区域变质岩㊁动力变质岩㊁接触交代变质岩ꎬ其中ꎬ与成矿关系密切的是接触交代变质岩ꎮ
粽子机矿区地层:为一套火山-沉积建造ꎬ下部以火山碎屑沉积岩[1]为主ꎬ向上火山活动渐强ꎬ形成以安山玢岩为主的一套火山岩ꎬ为铜㊁钼矿体形成提供了良好的成矿条件ꎮ可划分为三个岩性段ꎬ总视厚度909.9mꎮ
第一岩性段①:分布于矿区F1断裂以东ꎬ由于受华力西中期岩浆岩侵蚀及第四系覆盖而出露不全ꎮ主要岩性有深灰-灰凝灰质长石岩屑砂岩㊁凝灰质粉砂岩及少量安山玢岩ꎬ视厚331.7mꎮ岩层倾向南西ꎬ倾角一般10ʎ~45ʎꎬ局部52ʎ~60ʎꎬ与上覆第二段整合接触ꎮ
第二岩性段②:分布于矿区中部ꎬ铜㊁钼矿体均产于其中(主要为矽卡岩带中)ꎬ为矿区主要赋矿层位ꎮ该段岩石以凝灰质砂岩㊁安山玢岩为主ꎬ次为辉石安山玢岩㊁玄武玢岩㊁含砾凝灰质砂岩ꎬ偶见有火山角砾岩㊁凝灰岩等ꎮ岩层倾向南西ꎬ倾角10ʎ~ 45ʎꎮ与下伏第一岩性段及上覆第三岩性段均整合接触ꎮ
第三岩性段③:分布于矿区西部ꎬ因第四系覆盖ꎬ基岩露头零星ꎮ主要岩性有灰㊁绿灰安山玢岩夹灰-深灰凝灰质砂岩ꎬ视厚度50m以上ꎮ矿体集中分布于矿区中部ꎬ主要赋存于中泥盆统北塔山组第二亚组第二岩性段及其矽卡岩带中ꎬ矿体产状与地层产状基本一致ꎮ主要呈似层状ꎬ次为透镜状ꎬ水平断面上呈反S形ꎬ总体走向330ʎ~350ʎꎬ倾向南西ꎬ倾角平缓ꎬ一般为6ʎ~45ʎ之间ꎮ矿体主要由绿帘石矽卡岩㊁石榴石矽卡岩㊁石榴石绿帘石矽卡岩㊁绿帘石石榴石矽卡岩及少量非矽卡岩型矿石组成ꎮ其中ꎬ以绿帘石石榴石矽卡岩型矿石为主ꎬ占总矿石量80%以上ꎮ
矿区主要发育火成结构面㊁构造结构面及次生结构面及质量评价(表1)ꎮ
表1㊀岩体结构类型及岩体质量评价一览表
岩体类型岩组编号
完整状态
结构面间距
/cm
RQD值的
平均值/%
结构面特征
结构体特征岩体质量评价
形态
单轴抗压强度
(Rw)/MPa指标法
指标(M)等级
散体结
构岩体①2~5(或<2)
也有5mm0
散粒(石
块㊁砂土)
次生宠物清洗机
结构面②-1强风化带1.5
弱风化带42.4
风化节理㊁
裂隙
碎粒状㊁碎
块状
块状(整体块状)结构体②-220~100或
>100
⑤号矿顶板63.01
矿带88.03
⑤号矿底板91.4
冷凝结构面
及节理㊁与
围岩接触面
节理㊁巨块
体㊁块状㊁
不规则体
161.23.39优
190.05.57优
211.36.41优
碎裂结构面③破碎带
0断层㊁蚀变破碎
带㊁挤压破碎带
备注岩体质量指标法M=Rw/300RQDꎬ单位MPa换算成kg/cm2
㊀㊀工业矿体矿石质量3.19t/m3ꎬ抗压强度160~211MPaꎬ坚固系数f=16~21ꎬ波阻抗15~18g/cm2 sꎮ波阻抗[2]为岩的密度乘纵波在岩石中的传播速度ꎮ
矿体埋藏较浅ꎬ采取露天开采方式ꎮ
露天采场主要参数如下:台阶坡面角为76ʎꎻ最终边坡角45ʎꎻ台阶高度12mꎻ并段后高度24mꎻ运输平台宽度11.5mꎻ安全清扫平台宽度8mꎬ每一个平台位置设置一个安全清扫平台ꎻ不设安全
平台ꎻ露天采场境界:以556m为露采坑底ꎮ
单一汽车运输开拓方案ꎮ
设计采用CM351型高风压钻机ꎬ钻孔直径110mmꎬ钻孔深度7mꎬ一个台阶内分二次穿孔ꎬ钻孔网度矿石3mˑ3mꎬ岩石3.5mˑ5mꎮ
2㊀爆破方式
采用膨化ꎬ导爆管起爆ꎬ多排孔起爆时采用微差爆破ꎬ耦合连续装药结构ꎮ
爆破作业参数如下:
孔径Ф=110mmꎬ孔深h=7.0mꎬ孔距a=3.0mꎻ排距b=3.0mꎬ单耗q=0.7kg/m3ꎬ微差时间t=25msꎻ
最小抵抗线w=3.0mꎬ充填长度l=2.5mꎬ超深l1=1.0mꎻ
膨化的波阻抗5g/cm sꎮ
2008年采矿以来ꎬ爆破质量较差ꎬ主要表现为爆破体上部ꎬ尤其是炮孔的充填段大块率高ꎬ有时达
到20%ꎬ对后期的二次破碎和破碎机破碎造成了很大的压力ꎬ矿山生产很被动ꎮ
3㊀爆破效果原因分析
引纸绳岩体结构面[3]改变了爆炸应力波的空间分布ꎬ干扰了局部岩石新生破裂面的产生ꎬ降低了爆炸应力波对矿体上部的破碎作用ꎻ的波阻抗与岩石的波阻抗不匹配ꎮ
3.1㊀正常应力波分布及作用机理
露天台阶垂直中深孔爆破有两个自由面[4]ꎬ连续耦合柱状装药结构ꎬ其爆炸冲击波呈圆柱状[5]ꎬ如图1所示ꎮ
1.压缩粉碎区ꎻ2.径向裂隙ꎻ3.环向裂隙ꎻ4.断裂裂隙ꎻ5.复合裂隙ꎻ6.表面裂隙ꎻ7.底部径向裂隙ꎻ8.边坡径向裂隙
图1㊀露天台阶中深孔爆破作用示意图
21㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀甘㊀肃㊀冶㊀金㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷
㊀㊀首先ꎬ爆炸冲击波的极高压力ꎬ将与药包相邻的几厘米至十几厘米范围内的孔壁岩石压碎形成粉碎
区ꎮ冲击波通过粉碎区ꎬ因岩石粉碎耗能和传播体积增大能量密度下降ꎬ衰减为应力波ꎬ其作用于岩石ꎬ径向方向产生压应力和压缩变形ꎬ形成径向裂隙ꎬ并以0.15~0.4倍的应力波传播速度发展ꎮ应力波传播到自由面发生反射ꎬ形成与压应力波方向相反的拉应力波ꎬ加速径向裂隙的发展ꎬ随后爆炸气体的膨胀和气楔作用[2]ꎬ进一步使径向裂隙发展ꎬ直达自由面ꎮ
其次ꎬ压应力波通过后ꎬ蓄积在岩体内的一部分弹性变形能释放ꎬ产生与压应力相反的拉应力ꎬ当此拉应力大于岩石抗拉强度ꎬ岩石质点产生反向的径向位移ꎬ形成环形裂隙ꎮ
压应力波达到自由面ꎬ发生反射形成拉应力波ꎬ当拉应力超过岩石的抗拉强度时ꎬ岩石形成断裂裂隙ꎮ两个自由面的反射波共同作用ꎬ产生复合裂隙ꎬ有利于上部岩石的破碎ꎬ减少大块的产生ꎮ碎后的爆炸气体膨胀作用ꎬ使台阶自由面隆起ꎬ形成表面裂隙ꎮ
3.2㊀结构面改变应力分布
矿体的火成结构面ꎬ倾角10ʎ~45ʎꎬ结构面间距20~100cm或大于100cmꎮ当爆炸应力波向台阶上部自由面传播过程中ꎬ与结构面之间有夹角ꎬ发生反射和透射ꎬ造成透射应力波峰值下降ꎬ当透射应力波压力值小于矿石的抗压强度ꎬ只能引起结构面上部的矿石质点发生弹性变形ꎬ不会引起矿石产生新裂隙ꎮ同时两个自由面反射的应力波ꎬ遇到结构面又发生了反射ꎬ降低了两个反射波的复合作用ꎬ复合裂隙的产生受到干扰ꎬ随后的爆炸气体膨胀及气楔劈裂ꎬ只能沿着矿体原生结构面作用ꎬ造成台
阶爆破的上部产生过多的大块ꎮ
3.3㊀波阻抗与岩石波阻抗不匹配
索矿矿石坚固系数f=16~21ꎬ硬度高ꎬ抗压强度160~211MPaꎬ波阻抗15~18g/cm2 sꎬ而膨化的波阻抗5g/cm sꎬ两者数值差距较大ꎬ匹配性差ꎬ造成爆炸能量传递到矿石能量小ꎮ4㊀爆破参数与装药结构优化
在不改变品种的条件下ꎬ为降低索矿的大块率ꎬ有以下方案可供选择ꎮ
方案Ⅰ:改变最小抵抗线和孔网参数ꎮ
孔径Ф=110mꎻ
最小抵抗线w=2mꎻ
孔间距a=5mꎻ
排间距b=2mꎻ
堵塞长度l=2.1mꎮ
方案Ⅱ:改变装药结构ꎮ
采用药包上部水间隔耦合[6]装药结构ꎬ具体参数如下:
孔径Ф=110mmꎻ
针织牛仔布最小抵抗线w=3mꎻ
孔间距a=3mꎻ
排间距b=3mꎻ
水袋长度l=2mꎻ
堵塞长度l=1.2mꎮ
方案Ⅲ:改变最小抵抗线㊁孔网参数和装药结构ꎮ
孔径Ф=110mmꎻ
最小抵抗线w=2mꎻ
孔间距a=5mꎻ
孔深l=7mꎻ
微差时间t=20msꎻ
气囊减震排距b=5mꎻ
水袋长度l=2mꎻ
堵塞长度l=1mꎻ
微差时间t=20msꎮ
装药结构见图
2ꎮ
图2㊀炮孔装填图
㊀㊀三种方案的优缺点:
方案Ⅰ-改变最小抵抗线和孔网参数:炮孔米爆破量从24.6t提高到27.5tꎬ爆破成本和凿岩成本略有下降ꎮ
方案Ⅱ-改变结构:爆破理论和实际作业证实ꎬ水间隔耦合装药结构ꎬ爆堆集中㊁块度均匀㊁震动弱㊁飞石范围小㊁爆破单耗下降等优点ꎮ爆破单耗降低20%~30%ꎬ爆破成本下降15%ꎮ
31
第3期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀寇明遥ꎬ等:索尔库都克铜钼矿爆破方案优化㊀㊀㊀㊀㊀㊀
㊀㊀方案Ⅲ是结合方案Ⅰ和方案Ⅱ的优点ꎬ优化成的方案ꎬ其兼顾了两方案的优点ꎬ爆破效果好ꎬ爆破成本最低ꎮ
5㊀结语及建议
通过爆破参数和装药结构的优化ꎬ采用大孔距㊁小抵抗线㊁水间隔装药结构和排间微差的爆破方案ꎬ大块率降低ꎬ减少二次破碎费用ꎬ爆破效果好ꎻ每米炮孔爆破量提高16%ꎬ降低了凿岩费用ꎻ爆破单耗下降20%ꎬ节约了费用ꎬ爆破总成本下降20%ꎮ建议矿山加强对矿体结构面的现场实测ꎬ依据实测结果ꎬ对装药量和水袋长度进行适当调整ꎬ使装药结构更适合矿体结构ꎬ以达到爆破质量最佳和成本最低的爆破效果ꎮ参考文献:
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收稿日期:2020 ̄12 ̄08
作者简介:寇明遥(1968 ̄)ꎬ男ꎬ甘肃景泰人ꎬ高级工程师ꎬ本科ꎬ学士学位ꎮ主要从事露天爆破与矿业经济工作ꎮ
(上接第10页)
动系统和提升钢丝绳的提供了安全保护ꎬ防止了坠井事故的发生ꎮ
4㊀结语
通过对TDY805恒力矩液压制动加入复合阀9ꎬ二级制动时间不因油温的变化而变化ꎬ改善了制动性能ꎬ制动过程更加平稳ꎬ极大减轻了对钢丝绳和提升机传动系统的冲击ꎬ延长了机械设备的使用寿命ꎬ提升了制动单元的可靠性和安全性ꎮ
参考文献:
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收稿日期:2020 ̄10 ̄12
作者简介:李红伟:(1986 ̄)ꎬ男ꎬ黑龙江省尚志市人ꎬ助理机械工程师ꎬ本科ꎮ主要从事设备技术与管理工作ꎮ
41㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀甘㊀肃㊀冶㊀金㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷