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4.1 总述

生产能力、成本效率和最终产品质量是固体岩石用于生产水泥和混凝土、道路、铁路、大坝建设等建筑业应用所需的碎石集料时的关键问题。

新的环境法规对安全、噪音、灰尘和环境美化越来越严格。

下列活动是采石场运作的一部分:

高墙板的激光仿形，用于高效率的前排设计。正确的炉料设计提供了适量的每个孔的装药量，以防止飞石。

用于爆炸和预裂放置的钻孔。

与井网设计相比，用于井眼位置验证的井眼测量。爆破碎片和投掷。

用于记录空气和地面振动的爆破监测，用于记录对尺寸较小和过大的巨石的二次破碎岩石可使物料自由流动通过主破碎机，以减少轮装载机和挖掘机对渣土桩的堵塞负荷。

牵引——用自卸车或传送带将铲车运送至破碎/贮存处。粉碎用于机械减小进料粒度。

物料上浆筛分。

最终产品入库。

图4.1.-1 采石场的过程。

在二次破碎、装载、牵引、破碎和筛分过程中，岩屑破碎影响着生产时间和成本。碎块大小取决于破碎机的开口。

图4.1.-2 优化生产成本。

对于给定的岩体，其破碎程度取决于每立方米固体岩石爆破所用的炸药类型和数量。

这反过来又影响达到破碎程度所需的钻井量，因为钻井方式、充填物和间隔影响着岩屑的平均大小。精确的钻孔减少了尺寸过大的量。钻井面积也增加了，这反过来影响炸药的消耗。

对于给定的平均碎片尺寸，钻井面积随钻孔直径的增大而增大。然而,破片尺寸随钻孔直径不成比例地增大。所要求的破碎程度取决于孔的直径，可以确定钻孔方法。

在炸药难以或不可能使用的情况下，或在岩石高度破碎或强度低的情况下，使用液压锤是一种可行的初次岩石破碎方法。

图4.1.-3钻进方法选择作为岩石硬度和孔直径的函数。

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4.2方法

4.2.1 准备钻探和爆破

基本设计因素

图4.2-1 钻井模式中使用的术语。

在台钻作业中最重要的术语如图4.2 -1所示。除岩石性质外，阶地还受以下因素影响:

-孔直径

-台阶高度

-碎片

-板凳上稳定的需求

-地形条件-环境限制

孔直径

选择钻孔直径在很大程度上取决于所需的生产速度。在相同设备下，孔径越大，钻速越高。限制孔径的因素有:(1)所需的岩石破碎尺寸(2)需要选择性岩石切除。随着孔长(H) -孔径的增大，岩石破碎度增大(d)比值下降到H/d = 60以下。

在确定钻井设备和钻孔直径时，必须考虑工作台高度。一般情况下，较低的工作台需要小孔，较大的孔可用于较高的工作台(图4.2-2)。

一般来说，更大的孔尺寸会产生更粗的碎片，尽管这可以减少填充的炸药。然而，更大的比充能会导致更大的扔石量。在破碎性较好的软岩中，较小的井眼尺寸和较少的炸药以及较密集的钻井通常会导致较细的破碎。

图4.2-2根据不同的工作台高度确定钻孔直径。

环境限制影响城市地区的工作:建筑物、结构和敏感设备常常在特定的范围内限制地面振动。可能有必要限制每个孔的装药量，这导致使用更小的孔直径。这导致每立方米岩石(特定钻井)的钻井量增加，这反过来又需要专为小孔钻井设计的高容量设备。

在井眼尺寸的选择上，对井眼尺寸的确定给出了一些初步的规定。孔径与台阶高度(图4.2.-2)和荷载密切相关，应介于两者之间

0.5 - 1%面部高度

d = 5hellip;10 k。

当d =钻孔直径(mm)

K =工作台高度(m)

或D = 0.06, 0.12 k

当D =钻孔直径(in)

K =工作台高度(英尺)

因此，更小的负担提供更好的破碎和更少的地面振动，导致更轻的钻井设备。通过图4.2 -3可以选择适合装药设备的孔钻。

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图4.2.-3铲斗容积与钻孔直径之比。

在具有开阔的、间隔较大的不连续面(直径较小的钻孔与较小的岩块相交)的岩层中，每个节理的表面都反映了爆炸产生的应变波。这在孔和节理之间提供了更好的破碎性，但往往会在节理之外产生砾石(图4.2 -4)。因此，没有孔的块往往碎片化程度较低，增加了成本。

图4.2.-4 采用大直径(a)和小直径(b)孔时，接头对断裂的影响。阴影区域显示碎片不足。

二次爆破、装药、破碎。破碎倾向于超过任何节省钻孔更大直径。然而，如果井径和钻井模式都较小，额外的钻井成本往往超过通过更好的破碎处理所实现的任何成本。因此，最佳的钻爆方法介于钻爆成本和破碎度这两个极端之间，能够提供最低的总生产成本。采石场和矿坑经营者对台阶高度的看法常常存在矛盾;虽然有些人喜欢高到30米，但其他人强烈认为高度应该限制在15米左右。研究和实验研究了从30米高到两个15米，发现了以下几点(参照两个较低):

优势

-钻孔精度更高

-最大限度地增加负担和空间

-更大的穿透率

-较强的岩石开挖选择性

缺点

-建造和维护更多的长椅

-更换机器时更多的停机时间

-Subdrilling翻了一倍

-更多的巨石;大多数巨石来自顶部

费用的计算

台阶爆破(图4.2 -5)是最常见的爆破工作。

图4.2.-5 台阶爆破

它的定义是垂直或接近垂直炮眼在一个或几个自由表面爆破。炮眼可自由破碎或底部固定(图4.2 -6)。大多数爆破方法都可以认为是台阶爆破。管沟爆破也是台阶爆破的一种，但由于岩石收缩较大，需要较高的比充量和较密的钻孔，掏槽回采是掘进中掏槽爆破后的一种台阶爆破。岩石性质差别很大。它的抗拉强度、压缩强度和剪切强度在不同类型的岩石中不同，甚至在同一爆破中也会不同。由于岩石的抗拉强度必须超过岩石的断裂能力，其地质性质影响其爆破潜力。

图4.2.-6 自由破碎，底部固定

岩层很少是均匀的。爆破区域的岩层可能由不同类型的岩石组成。此外，断层和泥缝可能会改变炸药在爆炸中的作用。有缺陷的岩石虽然抗拉强度相对较低，但在气体没有充分发挥作用的情况下，其空隙可能难以爆破。

所需的比荷(kg/cu.m.)提供了岩石爆破潜力的最佳量度。利用比荷作为计算的基础，可以计算出适用于岩石的比荷。

炸药在岩石中的分布是至关重要的。如果使用相同的比荷，直径为小直径、间隔紧密的圆形炮眼比直径为大的圆形炮眼破碎效果好得多。常用的计算方法是按0.4 kg/cu.m的比荷计算。炸药在炮孔的底部。在炮眼收缩的底部，这种特殊的装药是用来粉碎炸药的，但是在柱状结构中，用来粉碎岩石的炸药要少得多。对于孔倾角和岩石的其他值，采用常数修正因子。装药浓度取决于炮眼直径和炮眼利用率。

通常在直径计的小炮眼内用捣固棒捣固纸筒内的炸药，如果在每个炮筒引入后进行捣固，则可捣固到炮眼体积的90%。气动装药机具有良好的打夯效果，并能充分利用炮眼容积。

为了快速装药和便于操作，研制了塑料软管炸药。他们钻进炮眼，把洞填满了。然而，不同炸药的捣固特性会产生不同的结果。塑料软管中的乳胶子弹沿侧边切开，几乎完全被冲击力填满了这个洞，而炸药和水凝胶具有更强的一致性，它们也不能填满这个洞，尤其是在冬天。

当对湿式炮眼进行充填时，重要的是在充填前要将炮眼冲洗干净。如果炮眼中含有水，炸药的包装将几乎是不稳定的，计算时应使用子弹的装药浓度。

散装炸药，泵送，螺旋或倒进炮眼使用炮眼体积100%。炸药、乳剂、水凝胶(泥浆)和安福炸药是重量、强度和密度不同的炸药。因为最大负担是Vmax，也取决于炮眼底部的固位程度，计算涉及钻孔倾角为3:1。这减少了孔底部的收缩。对于其他倾斜，可以使用校正因子。

假定炮孔底部炸药的充填度(炮孔利用率)为95%，塑料软管中的乳化液药筒为95%，超炸药为90%。倒满ANFO泥浆，泵入乳剂，将孔填满至100%。

为了取得成功的爆破效果，应在实际中实现计算得到的装药浓度。计算中使用的公式是经验性的，但却是基于来自数千次爆炸的信息。朗格福斯计算的精度很高，在大多数爆破作业中几乎不需要进行试爆。然而，局部条件可能要求操作者在现场对理论计算进行检验。

该值适用于1.0米到10.0米之间的岩层，适用于大多数岩石类型。台阶爆破计算是基于Langefors公式(第2.6节)。

Vmax = 33 d / ((Pbull;s) / (cbull;fbull;E / V))

Vmax =最大负荷(m)

d =炮眼底部直径(mm)

P =包装程度(装载密度)(kg/升)

c =岩石常数(kg/cu.m.)

c V = c 0.05max 在1.4米到15.0米之间

f =固定度，垂直孔1.0

斜度为3:1的孔为0.95

E / V=间距与炉料比

在接下来的计算中，将Langefors公式简化为:

对炸药：Vmax = 1.47

对乳液墨盒：Vmax = 1.45

对铵油：Vmax = 1.36

b 为炮眼底部所选炸药所需装药浓度(kg/m)(图4.2 -7)。

假设井斜为3:1，岩石常数c为0.4。工作台高度K是sup3;2bull;Vmax。对于其它井斜值和岩石常数修正因子R1 和R2 使用。

图4.2.-7 底装药浓度对最大载药量的影响，Vmax

U = 0.3 ^bull;V_ma

钻探和充电

下面的例子展示了如何计算:

条件:
工作台高度K	12米
圆B宽度	20米
钻孔直径	76
岩石常数c	0.4

(60mm lb = 3.9 kg/m - 4.1 kg/m

Vmax = 2.9米

U = 0.3 bull;Vmax

U= 0.3bull;2.9 m = 0.9 m

H = K U 0.05 (K U) = 1.05 (K U) H = 1.05(12.0 0.9) = 13.54(13.6米)

肿胀

在多排装药中，或在装药口装有先前爆破过的岩石的情况下，装药量要大于极限装药量。一定要有一定的肿胀来完成松解。在台架爆破中，爆破溶胀率一般为40 - 50%(加载后)。在阶梯式爆破中，底部装药也必须足够大，以除去妨碍前爆破自由工作面的开挖岩石(图4.2 -8)。

图4.2.-8。当爆破淤泥堆时，底部装药必须足够大，以清除淤泥堆。

随着爆破的不断进行，圆形前方的岩桩会逐渐增大，并逐渐靠近即将爆破的荷载。连续爆破无渣时，必须将岩石重心从A处抬升到B处

图4.2.-9。连续爆破，无渣

爆破不同岩石类型

下面的说明描述了岩石在不同条件下的充装情况。建议的经验值属于平行于片理或节理的爆破。当爆破到这些平面时，可以使用正常的表值。

-当岩体相对坚硬、微裂隙、韧性较强，且岩石类型为火成岩(辉长岩、高周期岩、片麻岩等)时，可能需要增加30%的比充量

-在砂岩中，具体装药取决于岩石的织构强度，当颗粒状节理较硬且岩石节理几乎不存在时，应采用与硬岩石装药相等的装药。在质地疏松、节理增加的情况下，充填可达到花岗岩充填的强度

-当爆破岩石高度破碎或风化时，装药应等于火成岩装药

-铜矿和石灰石一般易爆破，装药可采用与花岗岩装药相同的装药方式

-火山成因的岩石可能需要较重的装

资料编号：[4921]