歐陽(yáng)光，張耀平，侯永強(qiáng)，項(xiàng) 宇

（1.江西理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000；2.江西理工大學(xué) 應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，江西 贛州 341000）

基于爆破漏斗試驗(yàn)的爆破參數(shù)研究

歐陽(yáng)光1，張耀平2，侯永強(qiáng)1，項(xiàng) 宇1

（1.江西理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000；2.江西理工大學(xué) 應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，江西 贛州 341000）

某金屬礦山采礦方法由無(wú)底柱分段崩落法改為階段崩落嗣后充填采礦法，為了設(shè)計(jì)與階段嗣后充填采礦法相適應(yīng)的爆破參數(shù)，展開(kāi)了系列單孔漏斗試驗(yàn)、寬孔距同段爆破漏斗試驗(yàn)以及斜面臺(tái)階爆破試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出下面結(jié)論，最佳埋深比：Δ=0.409；最佳單位炸藥爆破體積：V/Q=0.386 1m3/kg；最佳爆破漏斗時(shí)炸藥的單耗q=0.68 kg/t；孔間距為1.4m；最小抵抗線(xiàn)的范圍為0.85～0.90m。在實(shí)際生產(chǎn)中采用80m孔徑的中深孔爆破時(shí)，孔間距為2.6m；排距為1.61～1.71m；爆破效果最好單耗小于0.68 kg/t。

爆破參數(shù)；爆破漏斗試驗(yàn)；最佳埋深比；充填采礦

某金屬礦床的成因類(lèi)型屬層控沉積巖-熱液疊加改造型金屬礦床，其構(gòu)造及節(jié)理裂隙發(fā)育，該礦體的形態(tài)主要呈現(xiàn)為層狀、似層狀。礦體的傾角范圍為5°～30°。按礦體的傾角分類(lèi)，屬于緩傾斜礦床。圍巖的構(gòu)成比較復(fù)雜，主要有綠泥石、硅化、磁鐵礦化、角巖化泥質(zhì)、鈣質(zhì)粉砂巖。由于原有的無(wú)底柱分段崩落采礦方法地表不允許崩落，不能滿(mǎn)足礦山生產(chǎn)中所需要的安全、高效。階段崩落嗣后充填法的回采效率高，充填有效地保護(hù)了地表，其生產(chǎn)能力比較大，能較好地滿(mǎn)足礦山的生產(chǎn)要求。因?yàn)椴傻V方法的改變，為達(dá)到最佳的爆破效果，降低成本提高生產(chǎn)效率，所以要重新對(duì)其爆破參數(shù)進(jìn)行研究。試驗(yàn)時(shí)使用炸藥的基本性能指標(biāo)：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；炸藥的規(guī)格：其直徑為（35±1）mm，藥卷長(zhǎng)度為200mm，質(zhì)量為（150±6）g。爆破過(guò)程中使普通毫秒導(dǎo)爆管雷管引爆，腳線(xiàn)長(zhǎng)度為4m[1-2]。

1 爆破試驗(yàn)原理

針對(duì)該金屬礦山爆破參數(shù)研究主要進(jìn)行以下幾個(gè)試驗(yàn)：系列單孔爆破漏斗試驗(yàn)、寬孔距同段爆破漏斗試驗(yàn)以及斜面臺(tái)階爆破漏斗試驗(yàn)[3]，每組試驗(yàn)都有針對(duì)性，但它們側(cè)重點(diǎn)不同，各個(gè)試驗(yàn)之間又有相互聯(lián)系，其試驗(yàn)原理如下。

C.W.Livingston的爆破漏斗理論，主要是從爆破瞬間產(chǎn)生的能量傳遞給巖體，使需要爆破的巖體破壞[4]，主要有兩種方法：炸藥包的重量不變，改變炸藥包的埋深；藥包的埋深不變，改變藥包的重量。根據(jù)爆破漏斗理論推導(dǎo)出藥包處于臨界埋深（Le）最佳埋深（Lj）、應(yīng)變能系數(shù)（Eb）的計(jì)算公式見(jiàn)公式（1）～（3）。

式中：Le自由面巖石藥包的臨界埋深，m；Eb應(yīng)變能系數(shù)；Q炸藥包質(zhì)量，kg；Lj為最佳埋深，為爆破體積較大且爆破后礦石塊度均勻時(shí)藥包中心埋深。

2 系列爆破漏斗試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)爆破地點(diǎn)選擇

為了讓爆破方案具有代表性，試驗(yàn)地點(diǎn)應(yīng)選在與實(shí)際爆破巖體的堅(jiān)固性、容重、可爆性、節(jié)理裂隙的發(fā)育等基本相差不大的地方。爆破試驗(yàn)地點(diǎn)選在該金屬礦區(qū)標(biāo)高為-340m的水平1～3線(xiàn)之間的穿脈中。試驗(yàn)選擇位置要使其巖性與實(shí)際爆破盡量一致來(lái)確保試驗(yàn)后整理出數(shù)據(jù)的可靠性，應(yīng)該避免典型的構(gòu)造帶，炮孔布置圖如圖1。試驗(yàn)段礦巖的物理性質(zhì)主要有礦巖容重為40.1 kN/m3，碎脹性為1.48～1.72，普氏堅(jiān)固性約為10，力學(xué)參數(shù)性質(zhì)如表1所示。

圖1 炮孔布置圖Fig.1 Layout diagram of blasthole

表1 礦巖的力學(xué)性質(zhì)Tab.1 M echanicalpropertiesof oreand rock

2.2 鑿巖、裝藥、填塞、爆破與漏斗測(cè)量

試驗(yàn)的所有炮孔采用YT-28鉆機(jī)，炮孔直徑均為42mm。裝藥前應(yīng)該對(duì)試驗(yàn)炮孔的深度進(jìn)行測(cè)量，檢查炮孔是否達(dá)到要求。針對(duì)部分過(guò)深的炮孔要用炮泥填堵到要求的深度。炮棍裝填藥卷后用炮泥將炮孔填堵，由于炮孔不是很深，此時(shí)炮孔的填塞長(zhǎng)度有30～40 cm?？偣策M(jìn)行了17組爆破試驗(yàn)，每次試驗(yàn)所用藥包的質(zhì)量都是0.15 kg，試驗(yàn)前畫(huà)好10 cm× 10 cm網(wǎng)格，量出各爆點(diǎn)深度，用辛卜生法求解出漏斗各斷面的面積Si見(jiàn)公式（4），然后求出每個(gè)爆破漏斗體積V見(jiàn)式（5）[5]。

式中：B為測(cè)點(diǎn)之間距離，0.1m；Si為漏斗的各斷面面積，m2；yi為第i點(diǎn)爆破的深度，（i=1，2，……，n）。

每次爆破漏斗口量3次取其平均值并計(jì)算每個(gè)爆破漏斗的總體積，計(jì)算出每個(gè)爆破漏斗爆破所用炸藥的單耗，采用毫秒延期爆破，主要通過(guò)藥包不同的埋深、重量、孔距和排距的組合來(lái)確定爆破參數(shù)。

3 爆破漏斗試驗(yàn)及結(jié)果分析

3.1 系列單孔漏斗試驗(yàn)

系列單孔爆破漏斗試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下，單孔爆破漏斗試驗(yàn)共進(jìn)行了10次，其中有4次爆破沒(méi)有出現(xiàn)爆破漏斗，所以沒(méi)有得到數(shù)據(jù)。單孔爆破漏斗試驗(yàn)數(shù)據(jù)及爆破效果統(tǒng)計(jì)如表2。埋深比Δ是由表2數(shù)據(jù)及公式（1）～（3）得到，見(jiàn)式（6）。

Δ為最佳埋深比，在一定的礦巖和炸藥性能條件下為常數(shù)。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可以采用相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)函數(shù)繪圖軟件對(duì)表中炸藥在該礦區(qū)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行單位炸藥爆破體積（V/Q）與埋深比（Δ）之間的曲線(xiàn)關(guān)系擬合（見(jiàn)圖2）；四次多項(xiàng)式擬合見(jiàn)公式（7）；爆破漏斗體積與藥包埋深的多項(xiàng)式擬合曲線(xiàn)（見(jiàn)圖3），多項(xiàng)式擬合見(jiàn)公式（8）；爆破漏斗半徑與藥包中心埋深的多項(xiàng)式擬合曲線(xiàn)（見(jiàn)圖4），多項(xiàng)式擬合見(jiàn)公式（9）。并對(duì)以上擬合式進(jìn)行研究分析，得出最佳爆破漏斗參數(shù)[3]。

圖2 單位炸藥爆破體積與埋深比關(guān)系曲線(xiàn)Fig.2 Ratio of unitexplosive volumeand depth

表2 系列單孔試驗(yàn)爆破數(shù)據(jù)Tab.2 Blasting data for the seriessinglehole test

圖3 爆破漏斗體積與藥包埋深關(guān)系曲線(xiàn)Fig.3 Volum e funnel chargeb lasting depth

圖4 爆破漏斗半徑與藥包中心埋深關(guān)系曲線(xiàn)Fig.4 Blasting funnelvolum eand explosive depth

依據(jù)表2的數(shù)據(jù)及擬合的多項(xiàng)式可知最佳埋深比：Δ=Lj/Le=0.409，裝藥量為0.15 kg時(shí)的最佳炮孔深度為0.42m，藥包的中心臨界埋深：Le=0.80m；最佳單位炸藥體積比為V/Q=0.386 2m3/kg，擬合后得出最佳爆破漏斗體積時(shí)炸藥的單耗：q=0.68 kg/t，爆破漏斗半徑最大時(shí)藥包的中心埋深L=0.421m。

3.2 寬孔距爆破漏斗試驗(yàn)

已知該礦山試驗(yàn)前孔底距為a，從而以a為孔底距和單孔系列所確定藥包的最佳埋深Lj及其對(duì)應(yīng)的裝藥量Q為試驗(yàn)基礎(chǔ)，可以初步確定試驗(yàn)所需要的炮孔數(shù)和多個(gè)不同的孔間距參數(shù)，有方向目的地進(jìn)行孔底距參數(shù)的優(yōu)化。試驗(yàn)相鄰炮孔之間的間距不同，爆破后觀察其相鄰爆破漏斗的重疊情況以及對(duì)爆破效果的描述，從而得到最佳爆破效果，寬孔距試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3。

表3 寬孔距同段爆破試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.3 Data of blasting testwith widehole distance

由寬孔距同段試驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)的爆破漏斗之間的疊加情況可知當(dāng)孔距較小時(shí)相鄰的炮孔爆破后的爆破漏斗疊加明顯，爆破沿炮孔中心連線(xiàn)所形成的溝槽的中間寬度和深度較大；隨著炮孔間距離的增大，溝槽的寬度和深度會(huì)隨之減小，最后會(huì)沒(méi)有疊加，相鄰間的炮孔會(huì)形成明顯的脊柱[6]。根據(jù)表3數(shù)據(jù)知炮孔編號(hào)為11時(shí)，爆破效果好且爆破疊加形成溝槽，其他全部形成脊柱，此時(shí)炮孔間距取1.4m，爆破后的疊加效果最好。在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)采用QZG80鑿巖機(jī)鑿中深孔直徑為80mm時(shí)，回采過(guò)程用ap/Wp= am/Wm=m計(jì)算ap：其中ap、WP為實(shí)際生產(chǎn)的孔底距和抵抗線(xiàn)；am、Wm為試驗(yàn)時(shí)的孔底距和抵抗線(xiàn)，m為炮孔密度系數(shù)；所以實(shí)際生產(chǎn)時(shí)孔底距為2.6m。

3.3 斜面臺(tái)階試驗(yàn)

斜面臺(tái)階試驗(yàn)原理是為了確定合理的排距，試驗(yàn)前根據(jù)礦山之前實(shí)際爆破生產(chǎn)時(shí)采用的排間距范圍計(jì)算出42mm孔徑不耦合裝藥的排間距大小，依據(jù)相似理論知道當(dāng)模型試驗(yàn)與原型的礦巖條件、炸藥種類(lèi)、裝藥密度及起爆方式完全相同時(shí)有Wp/dp= Wmdm，其中WP、dp為原實(shí)際炮孔的最小抵抗線(xiàn)和炮孔直徑；Wm、dm為試驗(yàn)時(shí)炮孔的最小抵抗線(xiàn)和炮孔直徑[7]。斜面臺(tái)階試驗(yàn)的炮孔數(shù)據(jù)和爆破效果描述見(jiàn)表4。

表4 斜面臺(tái)階爆破試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.4 Testing data for slanting step blasting

根據(jù)表4斜面臺(tái)階爆破試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，試驗(yàn)炮孔的爆破效果都比較好，其最小抵抗線(xiàn)是0.85～0.90m。在實(shí)際回采過(guò)程中采用QZG80鑿巖機(jī)鑿直徑為80mm中深孔，爆破回采時(shí)采用公式Wp·dp=Wm·dm計(jì)算可得在爆破過(guò)程中炮孔采用的排距為1.62～1.71m。在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)炸藥單耗要小于試驗(yàn)的炸藥單耗，炸藥單耗小于0.68 kg/t。

4 結(jié)論

該金屬礦山在進(jìn)行了一系列的單孔爆破漏斗試驗(yàn)、寬孔距同段爆破漏斗試驗(yàn)以及斜面臺(tái)階爆破漏斗試驗(yàn)得出結(jié)論如下：

依據(jù)系列單孔試驗(yàn)結(jié)果可知，該礦試驗(yàn)采用卷裝乳化炸藥，藥包質(zhì)量為0.15 kg時(shí)：最佳埋深為0.42m；最佳埋深比Δ=Lj/Le=0.409；最佳爆破漏斗體積的單耗是0.68 kg/t。

依據(jù)寬孔距同段試驗(yàn)結(jié)果及斜面臺(tái)階爆破試驗(yàn)的炮孔直徑為42mm，使用卷裝乳化炸藥其炮孔間距取1.4m時(shí)；最小抵抗線(xiàn)的范圍是0.85～0.90m。在實(shí)際生產(chǎn)中的施工炮孔直徑為80mm時(shí)，該礦區(qū)礦體采用卷裝乳化炸藥爆破其孔底距取值為2.6m。由斜面臺(tái)階試驗(yàn)及相似理論計(jì)算可知最小抵抗線(xiàn)（排距）的范圍是1.62～1.71m，炸藥的單耗q≤0.68 kg/t，此時(shí)爆破效果最好。

[1] 余德運(yùn)，楊 軍，趙 翔.支撐拆除爆破中2種捆串聯(lián)起爆網(wǎng)路的可靠性研究[J].爆破器材，2012（5）：26-28. YU Deyun，YANG Jun，ZHAO Xiang.Study on reliability of two types tied and serial initiation network in demolition blasting[J]. BlastingMaterials，2012（5）：26-28.

[2] 郭維揚(yáng)，孫銘貴，韓貞陶，等.高精度長(zhǎng)延期雷管及Shoutplus-T軟件在井巷掘進(jìn)爆破中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015（4）：167-169. GOU Weiyang，SUN Minggui，HAN Zhentao，et al.Application of high precision long delay detonator and shoutplus-T software in excavation blastingofmine[J].Modern Mining，2015（4）：167-169.

[3] 支 偉，羅 佳，王麗紅.盤(pán)龍鉛鋅礦中深孔爆破參數(shù)試驗(yàn)研究[J].采礦技術(shù)，2016，16（3）：83-86. ZHIWei，LUO Jia，WANG Lihong.Experimental study on deephole blasting parameters in Panlong lead-zinc mine[J].Mining Technology，2016，16（3）：83-86.

[4] 江天生，蔣躍飛，鄭長(zhǎng)龍，等.爆破漏斗試驗(yàn)確定扇形深孔爆破參數(shù)的應(yīng)用研究[J].價(jià)值工程，2016（17）：136-138. JIANG Tiansheng，JIANG Yuefei，ZHENGChanglong，etal.Application of blasting crater test for determining deep－h(huán)ole blasting parameters[J].Value Engineering，2016（17）：136-138.

[5] 張 生.爆破漏斗實(shí)驗(yàn)在中深孔爆破參數(shù)確定中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2013（3）：8-10. ZHANG Sheng.Application of blasting funnel experiment in determination of medium and deep hole blasting parameters[J]. Modern Mining，2013（3）：8-10.

[6] 李 春.香爐山鎢礦中深孔爆破參數(shù)優(yōu)化研究 [J].中國(guó)鎢業(yè)，2012，27（4）：11-15. LIChun.The optimization of blasting parameters in the medium depth hole of Xianglushan tungsten mine[J].China Tungsten Industry，2012，27（4）：11-15.

[7] 周志偉，張大剛.鄭家坡鐵礦深孔爆破參數(shù)優(yōu)化[J].礦業(yè)工程研究，2014，29（3）：48-51. ZHOU Zhiwei，ZHANG Dagang.Research on the optimization of deep-hole blasting parameters in Zhengjiapo iron mine[J].Mineral Engineering Research，2014，29（3）：48-51.

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

（編輯：游航英）

10.3969/j.issn.1009－0622.2017.03.005

2017-04-31

歐陽(yáng)光（1991-），男，江西吉安人，碩士研究生，研究方向：巖石力學(xué)與工程。

張耀平（1974-），男，河南渾河人，教授，主要從事巖石力學(xué)與工程及金屬礦山地下開(kāi)采工藝研究。