吴长振1 杨冬生2
1.安徽海螺建材设计研究院有限责任公司 安徽省芜湖市 241000
2.齐鲁理工学院土木工程学院 山东省济南市 250200
摘要：本文对露天中深孔台阶爆破技术进行介绍，结合石灰石露天矿山生产实际对中深孔台阶爆破参数进行计算，结合实际应用进行验证，指导生产作业。
关键词：露天中深孔台阶爆破；爆破参数；毫秒微差逐孔起爆
0.引言
穿孔爆破是矿业工程、岩土工程等生产过程中的一个至关重要的工作，特别是露天采矿生产过程中的一个最重要的工序。穿孔爆破成本在矿山生产成本中占有较大比例，而爆破质量的好坏直接影响到铲装、运输、矿岩粉碎等工序的生产效率和成本。露天矿山的地形地质条件是影响爆破质量及爆破成本的主要因素之一，针对不同的地形地质条件选着合理的爆破方案、采用科学的爆破技术优化各项爆破参数，达到大块率低、块度均匀，无根底、易铲装、边坡稳定及炸药单耗低等满意效果。
本文结合水泥原料石灰石露天矿山生产现状，对水泥原料石灰石露天矿山最常用的中深孔台阶爆破技术进行介绍。
1.露天中深孔台阶爆破简介
台阶爆破是开挖矿岩使用最广泛的方法，中深孔爆破是露天矿山重要的生产工艺，通常将直径大于50mm、深度超过5m的钻孔称为中深孔。
1）台阶构成要素主要有：台阶高度H、前排钻孔的底盘抵抗线W1、台阶坡面角α、孔边距b、钻孔超深h、排距W2、孔距a、孔深（H＋h）、炮孔倾角、堵塞长度等。
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2）炮孔布置形式：通常分为单排布孔和多排布孔两种。当开挖工作面较长或较多、台阶高度较大、单排孔爆破能确保有一定的方量且满足装运要求时，在安全允许的条件下可采用单排布孔。在工作面少、台阶高度较低、单排孔爆破的爆落方量不能满足挖掘要求时，多采用多排布孔形式。多排布孔又分为矩形和三角形（或称梅花形）两种形式。
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2.台阶中深孔爆破参数的设计计算
台阶深孔爆破的爆破参数包括：孔径、孔距、底盘抵抗线、排距、超深、孔深、台阶高度、台阶坡面角、孔边距、炸药单耗、每米炮孔装药量、堵塞长度、间隔装药时的药包分配、间隔距离、合理微差间隔时间等。
1）孔径与孔深：露天台阶深孔爆破的孔径主要取决于钻机类型、台阶高度、岩石性质和爆破要求。通常，钻机型号确定后，其钻孔直径已固定下来，国内采用的深孔孔径多为100、150、170、200、250、310mm等几种。孔深由台阶高度和超深确定。在实际施工中，钻孔内不完全排出岩渣，因此会出现钻孔深度与爆破实际孔深不一致的现象。在施工中，要尽量让孔深达到设计要求，以防出现根底。
2）底盘抵抗线：由于台阶坡面往往是一斜面，对于垂直深孔而言就存在两种抵抗线，即最小抵抗线与底盘抵抗线。最小抵抗线是指台阶平台水平上药柱中心至台阶坡面的最小距离。底盘抵抗线是指台阶平台水平上药柱中心至台阶坡面底线的距离。为了克服爆破时的最大阻力，避免台阶底部出现“根底”，一般都采用底盘抵抗线作为爆破参数设计的依据，而不是用最小抵抗线。
对于一定的炮孔直径有一个适合的底盘抵抗线。因此，底盘抵抗线可按炮孔直径计算
W1= nD （2-1）
式中 W1——底盘抵抗线，m；
D——炮孔直径，m；
n——与炮孔倾角、岩石硬度有关的系数，一般取n =20～45；对于垂直炮孔，岩石硬度大时取小值，岩石硬度小时取大值。
在已知炮孔直径、装药密度和炮孔密集系数的条件下，可根据单个炮孔的装药量计算底盘抵抗线
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（2-2）
式中 Δ——装药密度，kg/m3；
τ——装药系数，τ= 0.6～0.8；
m——炮孔密集系数，即孔距与排距之比，m＝0.7～1.4；
q——炸药单耗，kg/m3。
式（2-2）可作为按式（2-1）所确定的底盘抵抗线的校核公式，计算值应大于式（2-1）的计算值。
为了钻机安全作业的需要，底盘抵抗线应满足如下关系：
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（2-3）
式中 b——孔边距，m；
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——台阶坡面角，
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=60°～75°。
3）孔距与排距：孔距一般可按底盘抵抗线和炮孔密集系数确定
a = mW1 （2-4）
对于一般条件下的爆破，炮孔密集系数m＝0.7～1.4，在小抵抗线宽孔距爆破中（如斜线起爆时），m＝2.0～5.0。
排距根据不同的爆破方式选取如下：
多排齐发爆破：W2 =（0.9～1.0）W1 （2-5）
多排微差爆破：W2 = W1 （2-6）
在采用正三角形布孔时，可按排距与孔距的几何关系确定排距：
W2 = a sin60°≈0.866a （2-7）
4）超深是钻孔超过台阶底板的部分。为增加炮孔底部的炸药量，克服台阶底板的夹制作用，避免爆破后在台阶底部留下根底。超深值主要取决于岩石的可爆性，如果岩石坚硬、可爆性差，超深应加大；如果岩石松软，超深则小。超深与底盘抵抗线大小、坡面角和底部装药情况有关，坡面角越大，底部装药量大，则超深就小，反之则大。超深可按下式计算：
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（2-8）
5）孔边距与岩石性质有关，还对穿孔设备的安全影响较大， 同时与垂直孔的底盘抵抗线大小有直接关系。在钻垂直深孔时，在安全前提下，往往要求穿孔时孔边距尽量小一些。孔边距一般取2.5～3.0m。
6）堵塞长度L一般可按炮孔直径或底盘抵抗线确定，即
L =（20～30）D
或 L =（0.5～0.75）W1 （2-9）
7）炸药单耗取决于以下几个因素：
（1）岩石的爆破性能。一般与岩石的物理力学特性和结构特征有关，岩石越硬、越完整，单耗就越高。
（2）炸药的威力。使用的炸药威力越高，单耗就越低。
（3）装药的堵塞情况。堵塞越差，单耗越高。
（4）开挖对爆破的要求。即要求爆破后块度的大小、爆堆堆散的范围等等。
对于2#岩石铵梯炸药；在保证堵塞长度大于2m的情况下，q值也可按表2—1选取。
表2—1 炸药单耗q值表
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注：f 为岩石坚固性系数（普氏系数）
8）每孔装药量，单排孔爆破或多排孔爆破的第一排孔的每孔装药量Q1由下式计算：
Q1 = qW1H a （2-10）
当可以不考虑对边坡的影响，且边孔在无侧向临空面时，为了克服岩体的夹制作用，药量可增加20%左右。
多排孔齐发爆破时，后排孔抵抗线用排距计算，其药量要增加20%，即后排孔每孔装药量为
Q2 = 1.2qW2Ha （2-11）
多排孔微差爆破时，后排孔的药量可与单排孔的药量计算方法相同。
3. 露天深孔台阶爆破设计实例
1）设计依据
某公司水泥用石灰岩矿，矿区岩层半坚硬—坚硬中厚—厚层碳酸盐岩工程地质岩带（组）由张夏组上－下段白云岩、灰岩等坚硬工程岩组组成，岩石抗压强度为24.4～105.4Mpa，平均抗压强度为60.30 Mpa，为半坚硬～坚硬岩石；RQD平均值63.9%，岩石中等完整；岩石质量系数M为0.1261，岩石质量中等；岩组工程稳定性良好。
根据矿岩以上物理机械性质、岩石的完整性特点，本矿山穿孔设备选用效率高、爬坡能力大、移动方便灵活的CDM30和ROCL6型全液压潜孔钻机各1台，孔径分别为Ф170mm、Ф150mm。采用毫秒微差逐孔起爆的爆破方式，采用澳瑞凯品牌地表延时雷管及孔内雷管，延时精确性较高。布孔方式为梅花布孔，开采台阶高度为15米。
2）爆破参数计算
本文以CDM30型全液压潜孔钻机为例进行各爆破参数的计算，应用以上公式计算结果见表3-1理论值，由于影响爆破效果的因素较多，爆破参数理论值需结合爆破区域实际地形地质条件及生产中对爆破效果的要求进行适当调整，见表3—1优化值。
表3-1 爆破参数计算数值表
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4. 结束语
爆破作业是一个复杂的过程，涉及到的因素较多，上述内容对露天中深孔台阶爆破各参数的计算方法进行介绍，通过实际验证，运用上述计算公式计算爆破参数值能够对现场爆破作业起到指导作用。
参考文献：
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