一种互层岩体的高效台阶爆破方法与流程

本发明涉及岩体爆破技术领域，具体涉及一种互层岩体的高效台阶爆破方法。

背景技术：

在露天矿山开采过程中，爆破是剥离矿体上覆岩层的常用方法，但由于地质构造形成过程中的巨大差异，常常使得岩层呈现出软硬相间多层重叠的复杂互层状态，如泥岩和砂岩层状岩体重复出现的现象，在此条件下现场作业往往缺乏分析互层空间分布情况，采用全孔装药结构，使得炮孔内的炸药不易与互层岩体达到最佳匹配，造成了爆破能量分布不均匀、泄漏等问题，岩体得不到预期的破碎，往往出现大块、根底、侧拉、后拉、飞石危害及爆堆不规整等问题，从而造成挖运作业效率低，二次处理成本高、安全风险大等不利后果。互层状岩体普遍存在，已成为影响爆破企业安全管理、成本控制、节能降耗的薄弱环节。

如上所述，对于露天矿山互层岩体爆破存在互层岩体产状判断不清、炸药与互层岩体匹配不佳，过于粗放全炮孔装药爆破等问题，行业内解决复杂互层岩体爆破问题一般有以下处理方式：

(1)采用辅助炮孔或采用辅助药包，当爆破台阶顶部岩层坚固系数较大时，在主炮孔间适当增加辅助炮孔，或在堵塞段内放置辅助药包，与主炮孔一同起爆。如中国发明专利2015105171491所述，确定辅助炮孔、确定辅助炮孔的深度、给炮孔选择不同的炸药，通过在深孔炮孔排间布置辅助炮孔的方式克服大块率偏高的问题；再如中国发明专利2015107971951所述，在主药包底部与辅助药包底部分别放置起爆药包，起爆药包采用反向起爆以减少台阶顶部大块，这两种采用辅助炮孔或采用辅助药包爆破的方法均存在成本较高、现场作业时间长的问题。

(2)优化起爆网路，采用微差起爆网路：如中国发明专利2012100461032所述，对开设在台阶上的炮孔采用数码电子雷管进行孔间微差间隔起爆，其中对同一排炮孔中的各个炮孔，按照每米孔距1-5ms的延迟时间进行孔间微差累加，实施孔间微差间隔起爆，对排间的各炮孔，按照每米排距10-30ms的延迟时间进行孔间微差累加，实施排间微差间隔起爆，并且对于至少一个炮孔，内部采用多个起爆弹或间隔装药的方式设置；再如中国发明专利2016101038467所述，选用岩石乳化炸药和非电延期导爆雷管，采用石粉间隔装药结构，使用串并联连接方式逐孔微差爆破网络。这两种爆破方法均以改变爆破岩块抛掷方向，改善碰撞破碎效果；或采用简单分段装药，根据经验粗略地确定分段装药长度进行装药起爆，以改善爆破效果，该方法爆破参数设计多依据施工经验，不能从根源上解决复杂互层岩体爆破问题，爆破不确定性仍然存在。

(3)全孔装药爆破，通过增加二次处理投入、扩大警戒距离等方式满足挖装及安全防护需要，该方法成本高、作业效率低。

技术实现要素：

针对露天矿山互层岩体爆破时出现大块率高的问题，本发明提供一种以降低互层岩体爆破时大块、根底、侧拉、后拉、飞石的危害，同时改善爆破质量的高效互层台阶爆破方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种互层岩体的高效台阶爆破方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：通过现有地质资料初步分析爆破区域的地质构造；

步骤二：对已施工的炮孔或钻孔进行窥视并利用地质雷达探测的方法详细了解爆破区空间信息和互层结构；

步骤三：测试爆破区主要地层的岩石力学性质，简化互层空间信息，建立爆破数值模型，分析能量泄露区域；

步骤四：根据模拟结果优化炮孔装药结构，采用分段差异密度装药方法进行装药，使得炮孔长度方向上能量分布均匀，达到互层岩体的控制性爆破技术指标。

为更好的实现本发明，可进一步地，所述方法步骤二中，采用从台阶剖面、岩层走向和倾向窥视炮孔的方式确定爆破区内互层的空间分布情况，可快速、准确、低成本的了解互层岩体的空间分布情况。

进一步地，所述方法步骤二中，采用钻孔窥视仪对已施工的炮孔或钻孔探测的方式分析确定爆破区互层结构。

进一步地，所述方法步骤三中，在建立数值模型时以地层厚度及力学性质作为主要岩层的判断依据，简化地层构成建立数值模型，通过数值分析结果确定炸药能量的泄露区域。

进一步地，所述方法步骤四中，在炮孔能量泄露层的下方坚硬岩体中采用密度为1.05-1.25t/m³混装乳化炸药进行耦合装药，在能量泄露层上方岩体中采用密度0.8-0.85t/m³膨化硝铵药柱进行径向不耦合装药。

进一步地，所述方法步骤四中，分段差异密度装药方式在设计炮孔装药结构时要以能量泄露最多处的岩层作为分段装药的界限。

进一步地，所述炮孔能量泄露最多处设置隔离层。

进一步地，所述隔离层为空气间隔器或岩屑隔离层。

进一步地，建立所述爆破数值模型，分析能量泄露区域是通过LS-DYNA等数值分析软件进行分析处理。

与现有技术相比本发明的有益效果为：

1、本发明通过观察现有台阶断面及对已有炮孔进行窥视，可快速、准确、低成本的了解互层岩体的空间分布情况；

2、以数值分析为手段可高效探寻主要能量泄露区，分段差异密度装药方法能有效减少全孔装药或普通分段装药存在的大块率高、根底多、炸药耗费量大的问题；

3、该发明还有助于减少野外爆破作业时间，具有流程简单，成本低，现场可操作性好，适应性强的优点。

附图说明

图1是本发明互层岩体高效台阶爆破方法的流程图；

图2是本发明互层岩体分布断面图；

图3是本发明爆破区中心炮孔装药结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，但本发明的实施方式不限于此。

最优实施例：以某露天煤矿为例解释说明本发明的爆破方法，以下结合附图具体说明：

如图1所示，一种互层岩体的高效台阶爆破方法，其实施步骤如下：

S01：通过现有地质资料初步分析爆破区域的地质构造；

如图2所示，该露天煤矿台阶高度为10m，主采煤层6倾角0～5°之间，其顶板岩层存在明显的互层现象，初步分析该煤矿台阶中部有软弱岩层13的存在，导致爆破能量泄漏，出现飞石、大块多、根底多的问题，不符合露天煤矿质量标准化管理要求。

S01：对已施工的炮孔或钻孔进行窥视并利用地质雷达探测的方法详细了解爆破区空间信息和互层结构；

在本实施例中，观察爆破区台阶坡面初步确定各层岩性，首先利用地质雷达探测地层结构，之后使用全站仪或激光测距仪测量各岩层厚度，并在爆破区岩层走向及倾向的边界和中心位置各选3-5个炮孔或钻孔进行窥视，以详细了解爆破区内岩层分布情况。

优选地，在本实施例中炮孔7的直径为138mm，长度为11m,超深8为1.0m。

如图2所示，探测并分析出本实例地层由上至下的岩性依次为：粗砂岩1、中砂岩2、泥岩3、炭质泥岩4、粉砂岩5和细砂岩6。

S03：测试爆破区主要地层岩石力学性质，简化互层空间信息，建立爆破数值模型，分析能量泄露区域；

如图2所示，在本实施例中，测试了粗砂岩1、中砂岩2、泥岩3、炭质泥岩4、粉砂岩5和细砂岩6的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角以及内聚力，根据测试结果将相邻相似抗压强度的岩层进行合并，本实施例中的泥岩3和炭质泥岩4可合并为1层，以此简化并建立地质模型。通过LS-DYNA等数值分析软件进行爆破模拟分析，可知泥岩3和炭质泥岩4合并后的层位A为主要的能量泄露区。

S04：根据模拟结果优化装药结构，采用分段差异密度装药方法，使得炮孔长度方向上能量分布均匀，达到互层岩体的控制性爆破技术指标。

如图3所示，在本实施例中，采用分段差异密度装药方法，在能量泄露层12的下方坚硬岩体中使用密度为1.15t/m³的混装乳化炸药9进行耦合装药，在能量泄露层12上方岩体中采用密度为0.83t/m³的膨化硝铵药柱10进行径向不耦合装药。

经设计，炮孔7下段L1装药长度为4.0m，中间L2长度2.0m使用空气间隔器11进行隔离，还可以使用岩屑作为隔离层进行隔离，炮孔7上段L3装药长度为4.0m，填塞段13长度为3.0m，为减少能量泄露，上层膨化硝铵药柱10尽量远离能量泄露层12，即S5尽可能大，但同时还需确保填塞段13长度能有效堵塞炮孔7，S5也可结合爆破理论通过数值分析进行合理确定，本实施例确定S5的长度为0.2m。

本实施例中炮孔7装药结构设计为单个，其他的根据岩层倾角及岩层厚度变化，调整装药参数以完成整个爆破区约50个炮孔的装药结构设计。

使用本发明方法爆破后，爆堆规整，块度均匀，无飞石；每30m为一点进行实测，采后平盘平整度误差不超过±0.5m，符合露天煤矿质量标准化管理要求。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。