一种毗邻充填体条件下采场用聚能爆破筒及爆破方法与流程

本发明涉及采矿爆破技术领域，尤其涉及一种毗邻充填体条件下采场用聚能爆破筒及爆破方法。

背景技术：
在采矿技术中，大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法具有生产能力大、安全程度高、经济指标好等一系列不可替代的优点，因此国内外的厚大矿体(尤其是急倾斜中厚以上或者极厚稳固矿体)普遍采用这种采矿法进行回采。大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法主要分为矿房、矿柱两步骤回采：一步骤开采矿房采场，采空区使用尾砂胶结充填；二步骤开采矿柱采场，采空区使用废石或尾砂非胶结充填。当矿房采场回采完毕并采用尾砂胶结充填后，矿房采场两侧的矿柱采场就处于低强度充填体包裹之下，从而矿柱采场的爆破孔的一侧为强度较高的矿体(即第一种界质)，矿柱采场的爆破孔的另一侧为强度较低的尾砂胶结充填体(即第二种界质)，这就构成了两种力学性能不同的异质界面(即矿体-充填体异质界面)。当矿柱采场进行爆破孔爆破时，爆炸能量会在极短时间内到达矿石-充填体异质界面，并在该异质界面发生透射和反射，一部分从该异质界面反射回来进入矿体，另一部分透过该异质界面进入尾砂胶结充填体。如果矿柱采场的爆破孔采用大直径深孔爆破，那么充填体往往会受到爆破冲击的破坏，这不仅会造成矿石损失贫化，而且会导致充填体灾难性垮落，因此如何爆破才能既有效破碎矿岩、又避免对充填体造成破坏成为回采毗邻充填体条件下采场的关键性技术难题。

技术实现要素：
为了解决现有爆破技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种毗邻充填体条件下采场用聚能爆破筒及爆破方法，能够使爆破能量在目标方向上的集中释放，有效控制矿柱采场的爆破边界，从而既有效破岩，又可以避免对充填体造成破坏。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种毗邻充填体条件下采场用聚能爆破筒，包括：筒体21和药包22；筒体21的筒壁上沿筒体21的轴向开设有至少一组预切缝24，并且同一组预切缝24均分布在同一条筒体母线上；至少两个药包22均设置于筒体21的内部，并且相邻药包22之间预留有一段空气柱23。优选地，所述的预切缝24为两组，并且这两组预切缝24所在的筒体母线关于筒体轴心线对称。优选地，所述筒体21的筒壁上设有至少一组吊装孔25；每组吊装孔25为两个关于筒体轴心线对称的吊装孔25。优选地，每个吊装孔25各与一组预切缝24处于同一条筒体母线上。优选地，每组预切缝24中均有一条预切缝24为吊装孔25。优选地，每个药包22的长度为0.5～0.5m，相邻药包22之间预留的空气柱23的长度为0.8～1.2m。一种毗邻充填体条件下采场的爆破方法，包括以下步骤：步骤A、在所述采场的顶部端面上开设有至少一组向下的爆破孔1；步骤B、对于任意一个步骤A开设的爆破孔1而言，将封口器3由上至下伸入到爆破孔1内，再向爆破孔1内填入砂土4，直至砂土4的上表面与爆破孔1开口之间的距离达到预定爆破高度；步骤C、对于任意一个步骤B处理后的爆破孔1而言，取上述技术方案中所述的聚能爆破筒2，并将导爆索6与所述聚能爆破筒2的药包22相连接，然后将所述的聚能爆破筒2放置到爆破孔1内的砂土4上，再向爆破孔1内填入砂土4，保持导爆索6的顶端伸出到爆破孔1的开口外，以用于点燃爆破。优选地，同一组爆破孔1分布在同一条爆破切线S上，并且同一组爆破孔1内的聚能爆破筒2，其预切缝24均与该组爆破孔1所在的爆破切线S平行。优选地，所述爆破孔1的孔径为165mm；相邻两个爆破孔1的间距a为2～2.5m；每组爆破孔1与充填体边界的距离b为1～1.5m。优选地，将聚能爆破2筒放置到爆破孔1内的砂土4上采用以下方法：取一个卷筒73，并在卷筒73上沿卷筒73的周向开设两个吊绳定位槽731；每个吊绳定位槽731内各缠绕一根吊绳72，并且两根吊绳72的缠绕方向相同；两根吊绳72的底端各固定一个吊钩71；在爆破孔1的开口处设置一组卷筒支架74，并将所述卷筒73安放到卷筒支架74上，使所述卷筒73的轴心线t与该爆破孔1所在的爆破切线S平行；将所述聚能爆破筒2的一组吊装孔25分别挂在所述卷筒73的两个吊钩71上，并将所述的聚能爆破筒2放入到该爆破孔1内，再旋转卷筒73使所述聚能爆破筒2在该爆破孔1内向下运动，直至所述聚能爆破筒2的底部放到该爆破孔1内的砂土4上。由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的毗邻充填体条件下采场用聚能爆破筒通过在筒体21内部，将药包22与空气柱23依次间隔分布，从而分别形成了聚能药包和聚能空气柱，在筒体21的包围下聚能药包爆破后产生的冲击能量分布更加均匀，爆生气体作用时间延长，矿石破碎效应增强。同时，由于筒体21的筒壁上沿筒体21的轴向开设有预切缝24，这限制了爆破冲击能量的扩散方向，使得爆破冲击能量流沿切割缝方向集中释放，因此只要对筒体21上预切缝24的开设方向以及爆破孔1内预切缝24的朝向进行有效控制，就可以预控在爆破能量作用下矿体裂缝形成、膨胀和扩展的方向，从而实现爆破能量在目标方向上的集中释放。而本发明实施例所提供的毗邻充填体条件下采场用爆破方法通过将同一组爆破孔1分布在同一条爆破切线S上，并且将同一组爆破孔1内的聚能爆破筒2的预切缝24均设置为与该组爆破孔1所在的爆破切线S平行，从而使同一组爆破孔1的爆破能量均集中释放在爆破切线S所在竖直切面上，这实现了爆破能量在目标方向上的集中释放，有效控制了矿柱采场的爆破边界，从而既有效破岩，又避免了对充填体造成破坏。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本发明实施例所提供的聚能爆破筒的内部结构示意图。图2为本发明实施例所提供的聚能爆破筒的外部结构示意图一。图3为本发明实施例所提供的聚能爆破筒的外部结构示意图二。图4为本发明实施例所提供的聚能爆破筒的外部结构示意图三。图5为本发明实施例所提供的聚能爆破筒的横截面结构示意图。图6为本发明实施例所提供的矿柱采场上爆破孔1的布局结构示意图。图7为本发明实施例所提供的装药完成后的爆破孔1的结构示意图。图8为本发明实施例所提供的将聚能爆破筒放入爆破孔1内的示意图。具体实施方式下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。首先需要说明的是，本发明实施例所提供的毗邻充填体条件下采场用聚能爆破筒及爆破方法不仅可以适用于对毗邻充填体条件下的矿柱采场或残矿采场进行边界控制爆破，也可以适用于对毗邻类似充填体的松散、软破介质条件下的矿柱采场或残矿采场进行边界控制爆破；在本文件中主要以毗邻充填体条件下的矿柱采场为例进行说明，但这并不构成对本发明的限制。针对急倾斜中厚以上或者极厚稳固矿体，采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法进行回采，阶段高度为40～60m，划分矿房采场、矿柱采场两步骤回采，先采矿房、后采矿柱，采用“隔三采一”的回采顺序。矿房采场回采完毕并采用尾砂胶结充填后，矿房采场两侧的矿柱采场就成为毗邻充填体条件下的矿柱采场。如图6所示，在对毗邻充填体条件下的矿柱采场进行开采时，先从该矿柱采场上部凿岩硐室布置下向垂直大直径深孔至下部出矿硐室，并采用VCR法(VerticalCraterRetreatminingmethod，垂直深孔落矿阶段矿房法)对该矿柱采场的中部进行掏槽(从而形成挖槽区)，再采用本发明所提供的毗邻充填体条件下采场用聚能爆破筒及爆破方法对该矿柱采场的两个边缘进行大直径深孔全长聚能切割爆破，以使爆破能量能够在目标方向上的集中释放，从而既有效破碎矿岩，又充分保证了周围充填体的稳定，避免了对充填体造成破坏。下面对本发明所提供的毗邻充填体条件下采场用聚能爆破筒及爆破方法进行详细描述。(一)毗邻充填体条件下采场用聚能爆破筒如图1至图5以及图7、图8所示，一种毗邻充填体条件下采场用聚能爆破筒，其具体结构可以包括：筒体21和药包22；筒体21的筒壁上沿筒体21的轴向开设有至少一组预切缝24，并且同一组预切缝24均分布在同一条筒体母线上；至少两个药包22均设置于筒体21的内部，并且相邻药包22之间预留有一段空气柱23。具体地，该聚能爆破筒的工作原理如下：在该聚能爆破筒的筒体21内部，药包22与空气柱23依次间隔分布，从而分别形成了聚能药包和聚能空气柱(在现有技术中，聚能爆破是不包含聚能空气柱的)，在筒体21的包围下聚能药包爆破后产生的冲击能量分布更加均匀，爆生气体作用时间延长，矿石破碎效应增强。同时，由于筒体21的筒壁上沿筒体21的轴向开设有预切缝24，这限制了爆破冲击能量的扩散方向，使得爆破冲击能量流沿切割缝方向集中释放，因此只要对筒体21上预切缝24的开设方向以及爆破孔1内预切缝24的朝向进行有效控制，就可以预控在爆破能量作用下矿体裂缝形成、膨胀和扩展的方向，从而实现了爆破能量在目标方向上的集中释放，既能有效破碎矿岩，又能限制爆破能量对充填体的破坏作用，充分保证了周围充填体的稳定。进一步地，该聚能爆破筒各部件的可以包括以下实施方案：(1)在该聚能爆破筒的筒体21内部，药包22与空气柱23依次间隔分布，根据充填体质量及采场边界条件的变化，可以通过改变装药长度与空气柱长度的比值来调整该聚能爆破筒的爆炸冲击能量大小。一般情况下，药包22最好采用长度为0.5～0.5m的乳化炸药条形药包，而相邻药包22之间预留的空气柱23的长度最好为0.8～1.2m，这可以使爆破冲击能量的分布、爆生气体的作用时间以及矿石破碎程度都达到最佳状态。在实际应用中，筒体21的材质最好为PVC(Polyvinylchloride，聚氯乙烯)或竹材，而筒体21的尺寸，预切缝24的尺寸以及药包22的直径均可以根据实际需要灵活选择，例如：针对孔径为165mm、与充填体边界距离为1～1.5m的爆破孔1而言，筒体21的内径最好为140mm、壁厚最好为5mm、长度最好为8～10m，预切缝24的长度最好为100mm、宽度最好为5～8mm，同一组筒体母线上中相邻两条预切缝24的间距最好为20mm，而药包22的直径最好为130～135mm。(2)所述预切缝24沿筒体21的轴向开设，并且同一组预切缝24均分布在同一条筒体母线上，这可以使爆破冲击能量集中释放的方向在穿过该聚能爆破筒轴心线的平面内。在实际应用中，所述的预切缝24可以仅有一组，也可以为两组，如果所述预切缝24为两组，那么这两组预切缝24所在的筒体母线关于筒体轴心线对称，从而可以使爆破冲击能量集中释放的方向在唯一一个穿过该聚能爆破筒轴心线的平面内，这十分有利于采用该聚能爆破筒对毗邻充填体条件下的矿柱采场进行定向爆破。(3)所述筒体21的筒壁上设有至少一组吊装孔25，每组吊装孔25为两个关于筒体轴心线对称的吊装孔25(例如：每个筒体21的两端可以预留20cm不制作预切缝24，而是用于制作吊装孔25)，从而通过任意一组吊装孔25均可以采用吊钩、吊索将该聚能爆破筒放到爆破孔1内的砂土4上，同时通过吊装孔25所在筒体母线与预切缝24所在筒体母线之间的弧度可以有效控制爆破孔1内预切缝24的朝向，这有利于预控爆破能量在目标方向上的集中释放。在实际应用中，每个吊装孔25最好各与一组预切缝24处于同一条筒体母线上，从而挂在吊装孔25上的吊钩、吊索就与预切缝24处于同一方向，因此通过控制挂在吊装孔25上的吊钩、吊索的方向就可以方便地控制爆破孔1内预切缝24的朝向，十分容易操作。此外，为了节省加工吊装孔25的时间，每组预切缝24中可以均有一条预切缝24为吊装孔25，也就是说，可以将每组预切缝24中的一条预切缝24作为吊装孔25。综上可见，本发明实施例所提供的聚能爆破筒能够使爆破能量在目标方向上的集中释放并有效破岩，因此只要在该聚能爆破筒放入爆破孔1时，有效控制爆破孔1内预切缝24的朝向，就可以有效控制矿柱采场的爆破边界，从而既能有效破碎矿岩，又充分保证了周围充填体的稳定。(二)毗邻充填体条件下采场用聚能爆破方法如图6、图7和图8所示，一种毗邻充填体条件下采场的爆破方法，其具体可以包括以下步骤：步骤A、在所述采场的顶部端面上开设有至少一组向下的爆破孔1。其中，同一组爆破孔1最好分布在同一条爆破切线S上，并且同一组爆破孔1内的聚能爆破筒2，其预切缝24最好均与该组爆破孔1所在的爆破切线S平行，这可以使同一组爆破孔1的爆破能量均集中释放在爆破切线S所在竖直切面上，从而实现了爆破能量在目标方向上的集中释放，有效控制了矿柱采场的爆破边界，从而既能有效破岩，又能避免对充填体造成破坏。具体地，如图6所示，在毗邻充填体条件下的矿柱采场上，矿柱采场的中部通常已采用VCR法进行开采，并形成了挖槽区，而矿柱采场的两个边缘并未开采，因此在矿柱采场的顶部端面的两个边缘上各开设一排向下的爆破孔1，并且爆破孔1的孔径、孔深、与充填体边界的距离b、与挖槽区边界的距离w以及相邻两个爆破孔1的间距a均可以根据矿岩和充填体的力学特性进行灵活选择。一般情况下，所述爆破孔1的孔径最好为165mm，相邻两个爆破孔1的间距a最好为2～2.5m，每组爆破孔1与充填体边界的距离b最好为1～1.5m，每组爆破孔1与挖槽区边界的距离w最好为2.5～2.8m，按照这些尺寸规格开设的爆破孔1是一种大直径深孔，适合采用上述技术方案中所述的聚能爆破筒进行定向爆破；将上述技术方案中所述的聚能爆破筒放入到按照这些尺寸规格开设的爆破孔1内，并有效控制爆破孔1内聚能爆破筒2的预切缝24均与该爆破孔1所在的爆破切线S平行，从而可以实现在大直径深孔内有效控制爆炸冲击能量不会对充填体造成破坏。步骤B、对于任意一个步骤A开设的爆破孔1而言，将封口器3由上至下伸入到爆破孔1内，再向爆破孔1内填入砂土4，直至砂土4的上表面与爆破孔1开口之间的距离达到预定爆破高度。具体地，如图5所示，封口器3可以固定在铁丝5的底端，通过铁丝5可以将封口器3送入到到爆破孔1内，并且铁丝5可的顶端以处于爆破孔1的开口外。预定爆破高度是指聚能爆破筒2放入到爆破孔1内的深度，可以根据实际需要灵活选择。步骤C、对于任意一个步骤B处理后的爆破孔1而言，取上述技术方案中所述的聚能爆破筒2，并将导爆索6与所述聚能爆破筒2的药包22相连接，然后将所述的聚能爆破筒2放置到爆破孔1内的砂土4上，再向爆破孔1内填入砂土4，保持导爆索6的顶端伸出到爆破孔1的开口外，以用于点燃爆破。其中，如图5所示，导爆索6最好与所述聚能爆破筒2的最底端的药包22连接。具体地，如图6所示，为了实现了爆破能量在目标方向上的集中释放，“将所述的聚能爆破2筒放置到爆破孔1内的砂土4上”的过程需要保障同一组爆破孔1内的聚能爆破筒2的预切缝24均与该组爆破孔1所在的爆破切线S平行；具体可以采用以下方法进行操作：取一个卷筒73，并在卷筒73上沿卷筒73的周向开设两个吊绳定位槽731(这两个吊绳定位槽731在轴向上的间距可以根据聚能爆破筒2的外径灵活选择，主要是为了保障吊绳定位槽731内缠绕的吊绳72能够将聚能爆破筒2平稳吊起，例如：这两个吊绳定位槽731在轴向上的间距可以为155～160mm)；每个吊绳定位槽731内各缠绕一根吊绳72，并且两根吊绳72的缠绕方向相同；两根吊绳72的底端各固定一个吊钩71。在爆破孔1的开口处设置一组卷筒支架74，并将所述卷筒73安放到卷筒支架74上，使所述卷筒73的轴心线t与该爆破孔1所在的爆破切线S平行；将所述聚能爆破筒2的一组吊装孔25分别挂在所述卷筒73的两个吊钩71上，并将所述的聚能爆破筒2放入到该爆破孔1内，再旋转卷筒73使所述聚能爆破筒2在该爆破孔1内向下运动(聚能爆破筒2向下运动的过程应匀速缓慢，以避免聚能爆破筒2旋转)，直至所述聚能爆破筒2的底部放到该爆破孔1内的砂土4上。由于卷筒73的轴心线t与该爆破孔1所在的爆破切线S平行，而两根吊绳72和两个吊钩71与卷筒73的轴心线t是在同一平面的，吊绳72与聚能爆破筒2的预切缝24是在同一平面的，因此爆破孔1内的聚能爆破筒2的预切缝24与爆破切线S平行，从而爆破能量可以在爆破切线S方向上的集中释放。综上可见，本发明实施例能够使爆破能量在目标方向上的集中释放，有效控制矿柱采场的爆破边界，从而既有效破岩，又可以避免对充填体造成破坏。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。