一种露天矿山超前破岩的装药系统的制作方法与工艺

本发明属于露天矿山爆破工程技术领域，具体涉及一种爆破装药结构系统，适用于露天矿山台阶爆破时炮孔上口位置岩体的提前破碎，以有效减小爆破大块率，明显改善爆破效果，降低矿山开采成本。

背景技术：
深孔爆破是露天矿山重要的生产工艺，在矿石成本构成中，爆破成本约占矿山生产成本的15%~20%。爆破质量的好坏，直接影响到采掘、铲装效率以及运输作业环节。若爆破大块率太高，将会增加二次破碎量，增大矿石开采成本。深孔爆破中大块率偏高是露天矿中普遍存在的问题，部分矿山的大块率曾一度高达15%以上，严重影响矿山生产的正常运行。大量生产试验表明，为了克服底盘抵抗线的阻力，炸药主要置于炮孔的中下部，导致装药重心偏低、上部堵塞长度过大，使其沿炮孔轴线方向的炸药能量分布不均，孔口部分能量不足，岩石破坏不均匀；由于装药结构的问题，台阶上半部分（即炮孔上口部位，约占台阶高度的40%）炮孔内无法装填炸药，这是导致采场产生不合格大块的重要原因，其一般会占总爆破量的5%～20%。矿山爆破大块率的增加，直接引起企业的生产成本的增大，制约着矿山的安全经济高效回采。为了降低爆破大块率，通常情况下采用分段装药或混合装药的装药结构。例如，《矿冶》杂志2005年第1期（2005年3月）发表的“露天深孔爆破中降低大块率的技术措施”一文指出，露天深孔爆破中降低大块率的技术措施有：（1）通过增大装药高度和减小填塞长度的方法来提高炸药单耗,可以改善台阶上部岩石的爆破块度；（2）采用大孔距、小抵抗线爆破；（3）采用间隔装药结构，采用密打孔、不耦合装药；（4）减小填塞长度；（5）采用多排孔微差爆破等。但其装药程序较复杂，实施难度大，影响生产效率的提高。另外，针对爆破后的大块，通常采用液压挖掘机配破碎锤进行二次破碎，不仅破碎效率低，而且增大了矿石开采成本，直接影响着矿山的经济效益和生产安全。

技术实现要素：
为了科学有效地控制露天爆破大块率，尤其是台阶上部大块率，降低生产成本，提高企业经济效益，本发明提出了一种能够改善爆破质量、降低台阶上部大块率的露天矿山超前破岩的装药系统。为实现本发明的上述目的，本发明一种露天矿山超前破岩的装药系统采用的技术方案为：在预爆破露天台阶上，按照设计的炮孔孔网参数——炮孔孔距a、炮孔排距b布置炮孔，形成炮孔孔网。所述的炮孔的炮孔深度L按照以下公式设计：L=H/sinα＇+h/sinα＇+△h/sinα＇（1），式中：L—炮孔深度，m，H—露天台阶高度，m，h—炮孔超深，m，△h—炮孔加深，m，根据岩体条件对△h进行优化调整，α＇—炮孔倾角，即炮孔与水平方向的角度；所述炮孔倾角α＇与台阶坡面角α的关系式为：α＇=（1±5%）α（2）；每个炮孔的装药结构为：超前起爆药卷、超前起爆雷管装在炮孔底的炮孔加深位置，所述超前起爆雷管的下部位于超前起爆药卷上部之（1±10%）*1/4处，超前起爆药卷导爆管的下端与超前起爆雷管相连，超前起爆药卷导爆管的上端伸出炮孔外；在所述炮孔的炮孔超深位置设置隔离段，隔离段采用钻孔岩屑堵塞；在隔离段上部的炮孔内按照设计的装药量、装药长度装入主装药、主起爆雷管，所述主起爆雷管位于主装药下部之（1±10%）*1/4处，主装药导爆管的下端与主起爆雷管相连，主装药导爆管的上端伸出炮孔外；在主装药上部的炮孔内填入炮泥进行堵塞密实。所述的超前起爆药卷的长度为2.5m~3.0m，装药不耦合系数在1.5~2.5范围；所述隔离段的长度为8cm~15cm。所述的超前起爆雷管的下部位于超前起爆药卷上部1/4处为佳，正向起爆方式；所述的主起爆雷管位于主装药下部1/4处，采用反向起爆方式。所述的主装药导爆管的上端与主装药导爆管起爆器连接，所述的超前起爆药卷导爆管的上端与超前起爆药卷导爆管起爆器连接，从而形成完整的起爆网络。一般情况下，所述炮孔的倾角α＇与台阶坡面角α的大小相同。本发明一种露天矿山超前破岩的装药系统采用“下部超前起爆药卷先起爆、上部主装药后起爆”的孔内微差起爆技术，采用微离合爆破工艺，实现下面台阶岩体的预先微弱裂纹损伤，同时避免上部主装药爆破作用对下部岩体的过度损伤破坏，为下部台阶的顺利开采创造良好条件。本发明一种露天矿山超前破岩的装药系统的有益效果是：本发明一种露天矿山超前破岩的装药系统采用微离合爆破工艺，从而为下面的生产台阶创造合理的补偿空间，既可以实现台阶上部岩体的超前预损伤，又能够有效避免因其过度破碎而影响下面台阶的穿孔爆破作业；不仅可以明显降低炮孔上口位置的大块率，减小了二次破碎量，还可以有效避免根底的产生，降低爆破下冲作用，削弱对下面台阶的过度损伤破坏，为下面台阶的穿孔爆破创造了良好的作业条件；采用本发明提供的装药系统实施爆破后，矿岩块度均匀，爆堆松散、集中，底板平整、无根底，易于铲装运输，显著提高铲装效率以及汽车的满载系数和利用率。同时该方法操作方便易行、安全可靠，成功实施后可提高矿山生产效率10%以上，使原矿生产成本降低7%以上，创造良好的经济效益和社会效益。附图说明图1是本发明一种露天矿山超前破岩的装药系统纵剖面图；图2是本发明一种露天矿山超前破岩的装药系统平面图。附图标记为：1-露天台阶，2-炮孔，3-超前起爆药卷，4-超前起爆雷管，5-隔离段，6-主装药，7-主起爆雷管，8-炮泥，9-主装药导爆管，9＇-超前起爆药卷导爆管，α＇-炮孔倾角，α-台阶坡面角；a-炮孔孔距，b-炮孔排距。具体实施方式为进一步描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明一种露天矿山超前破岩的装药系统做进一步说明。由图1所示的本发明一种露天矿山超前破岩的装药系统纵剖面图并结合图2看出，本发明一种露天矿山超前破岩的装药系统，首先在预爆破露天台阶1上，按照设计的炮孔孔网参数——炮孔孔距a、炮孔排距b布置炮孔2，形成炮孔孔网。所述的炮孔2的炮孔深度L按照以下公式设计：L=H/sinα＇+h/sinα＇+△h/sinα＇，式中：L—炮孔深度，H—露天台阶高度，h—炮孔超深，△h—炮孔加深，α＇—炮孔倾角，即炮孔与水平方向的角度；α—台阶坡面角，炮孔倾角α＇与台阶坡面角α相同。每个炮孔2的装药结构为：超前起爆药卷3、超前起爆雷管4装在炮孔底的炮孔加深位置，所述超前起爆雷管4的下部位于超前起爆药卷3上部之1/4处，超前起爆药卷导爆管9＇的下端与超前起爆雷管4相连，超前起爆药卷导爆管9＇的上端伸出炮孔2外与超前起爆药卷导爆管起爆器连接；在所述炮孔2的炮孔超深位置设置隔离段5，隔离段5的长度为8cm~15cm，隔离段5采用钻孔岩屑堵塞；在隔离段5上部的炮孔2内按照设计的装药量、装药长度装入主装药6、主起爆雷管7，所述主起爆雷管7位于主装药6下部之1/4处，主装药导爆管9的下端与主起爆雷管7相连，主装药导爆管9的上端伸出炮孔2外与主装药导爆管起爆器连接；在主装药6上部的炮孔2内填入炮泥8，并用炮棍轻轻压实、堵严，炮孔堵塞段有水时采用粗砂等堵塞。所述的超前起爆药卷3的长度为2.5m~3.0m，装药不耦合系数在1.5~2.5范围，根据现场岩体条件进行调整，以减小装药量，降低超前起爆药卷3对岩体破坏程度，避免爆破岩体的过度粉碎，达到既可以实现超前破岩，又不影响下面台阶钻孔爆破的目的。爆破时，超前起爆药卷3超前主装药25ms~50ms起爆。超前起爆药卷3起爆后，在孔底形成岩体的预损伤，为下面台阶爆破质量的提高创造条件。