一种优化控制露天矿山台阶爆破爆堆宽度的方法与流程

本发明属于露天台阶爆破技术领域，尤其涉及一种优化控制露天矿山台阶爆破爆堆宽度的方法。

背景技术：

露天开采的工艺过程一般为：穿孔、爆破、铲装、运输和排岩，各工序环节相互衔接、相互影响、相互制约，构成了露天开采的最基本生产周期。爆破是露天开采的一个重要工序，通过爆破作业将整体矿岩进行破碎、松动，形成一定形状的炮堆，为后续的采装作业提供工作条件。爆破工作质量、爆破效果的好坏直接影响着后续采装作业的生产效率及采装作业成本；其中爆堆宽度是一个重要的控制内容，特别是对于陡坡开采的矿山更为明显，可以较好地提高边坡角，减小岩石剥离量，降低剥离成本，创造显著的经济效益。

《化工矿山技术》1995年第5期发表的“露天矿电铲铲装效率影响因素的分析”根据电铲效率和爆堆宽度实测数据的相关性分析，得到两者之间的关系曲线，结果表明：电铲效率随爆堆宽度增大而提高，但当爆堆宽度超过一定值时，电铲效率反而下降，这是因为爆堆宽度过大，爆堆松散性已不是影响电铲效率的主要因素，而过薄的爆堆使电铲效率明显降低。《西部探矿工程》1995年第2期发表的“露天矿台阶爆破爆堆宽度的预测方法”一文中提出根据岩体移动的最大初速度和最大抛掷距离，预测生产爆破的爆堆前冲距离。

因此，优化控制并预测露天矿山台阶爆破爆堆宽度，对于提高铲装效率、减小剥离量、提高采场边坡角，具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是就是为了解决现有露天矿山台阶爆破中爆堆宽度预测困难且无法做到与铲装协调优化的技术难题，而提供一种优化控制露天矿山台阶爆破爆堆宽度的方法，以提高铲装效率，避免矿岩反向运输，增大采场边坡角，降低岩石剥离成本，同时提高采场台阶生产安全。

试验研究表明，影响爆堆宽度l的主要因素有：生产台阶上的前排炮孔中的装药段的高度h1、底盘抵抗线的宽度w、爆堆的留碴厚度s、炮孔堵塞段堵塞质量(包括堵塞段高度h2及密实度)，以及装药结构、岩体特性、炸药性能、起爆顺序。在岩性、炸药性能、装药结构等一定的情况下，确定单排孔爆破时对爆堆宽度l0值起主要作用的两个关键变量：h1/w、h1/(w+s)，其中h1/w为清碴变量，h1/(w+s)为留碴变量。

为实现本发明的上述目的，本发明一种优化控制露天矿山台阶爆破爆堆宽度的方法，通过以下步骤实现：

1)根据设计的爆破孔网参数：孔径、孔距、孔深、装药结构，在露天矿山生产台阶上布置前排炮孔，前排炮孔数量根据现场情况控制在3～5个范围；前排炮孔与台阶边坡底部的宽度为底盘抵抗线宽度w；当留碴时，生产台阶前方自由面方向的爆堆宽度为留碴厚度s；

2)按照设计的装药量，在前排炮孔内将炸药装入至炮孔装药段，炮孔装药段的高度为h1；在炮孔堵塞段内进行堵塞，严格控制炮孔堵塞段的高度h2及堵塞的密实度；然后连接起爆网路，经检查无误后进行起爆；

3)爆破后，采用测距仪、钢卷尺或其它长度测量工具，测量爆破后的爆堆宽度；

4)按照上述步骤，针对不同岩性、清碴和留碴两种方案，开展15～35次现场爆破试验，提高实验数据的可靠性；

在该步骤，采用22～30次现场试验测得的爆堆宽度l0数据进行回归分析为佳。次数过少，对准确度、可靠度有影响；次数过多，现场试验时间长，成本高。

5)将步骤3)、4)测量的爆堆宽度数据，采用回归分析方法，回归得到单排孔爆破时的爆堆宽度l0分别与清碴变量h1/w和留碴变量h1/(w+s)的回归方程：

清碴时：l0＝a1+b1·(h1/w)，其中a1和b1为回归数值；

留碴时：l0＝a2+b2·[h1/(w+s)]，其中a2和b2为回归数值；

l0-单排炮孔爆破时的爆堆宽度，式中各参数的单位为米；

6)再采用多排炮孔爆破，根据每次爆破炮孔排数n和炮孔排距b，确定爆堆(5)的宽度li的计算公式：

清碴时：li＝a1+b1·(h1/w)+(n-1)×b；

留碴时：li＝a2+b2·[h1/(w+s)]+(n-1)×b；

式中：li–多排炮孔爆破时的爆堆宽度，n-炮孔排数，其它各参数的单位为米；

7)开展不同炮孔排数n的现场爆破试验，测量实际的爆堆宽度l，与公式计算结果进行对比，验证计算公式的准确度；

8)依据取得的爆堆的爆堆宽度l的计算公式，再根据现场条件变化，预测其它台阶爆破的爆堆宽度，指导爆破参数、起爆方向的调整，保证爆破安全，避免爆堆下冲到下面台阶，提高铲装效率。

试验结果表明，本发明通过大量的现场爆破试验数据进行回归分析，并经试验验证，具有很高的可靠性和可信度。

本发明一种优化控制露天矿山台阶爆破爆堆宽度的方法采用以上技术方案后，取得的有益效果为：

(1)可以指导爆破参数优化，较好地控制爆堆宽度，减少爆堆前伸和下抛量，提高铲装效率

(2)保证边坡开采安全的同时，提高采场边坡角，降低岩石剥离量，减小矿山爆破开采成本。

附图说明

图1是本发明一种优化控制露天矿山台阶爆破爆堆宽度的方法之台阶爆破平面布置示意图；

图2是是本发明一种优化控制露天矿山台阶爆破爆堆宽度的方法之台阶爆破剖面布置示意图；

图3为清碴时单排孔爆破的爆堆宽度l0与h1/w的关系图；

图4为留碴时单排孔爆破的爆堆宽度l0与h1/(w+s)的关系图。

附图标记为：1-生产台阶；2-炮孔；3-炮孔装药段,高度h1；4-炮孔堵塞段,高度h2；5-爆堆，宽度l；6-台阶边坡。

具体实施方式

为更好地描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明一种优化控制露天矿山台阶爆破爆堆宽度的方法做进一步详细描述。

由图1所示的本发明一种优化控制露天矿山台阶爆破爆堆宽度的方法之台阶爆破平面布置示意图并结合图2看出，本发明一种优化控制露天矿山台阶爆破爆堆宽度的方法，通过以下工艺、步骤实现：

1)根据设计的爆破孔网参数：孔径、孔距、孔深、装药结构，在露天矿山生产台阶1上布置前排炮孔2，前排炮孔2数量根据现场情况控制在3～5个范围；前排炮孔2与台阶边坡7底部的宽度为底盘抵抗线宽度w；当留碴时，生产台阶1前方自由面方向的爆堆宽度为留碴厚度s；

2)按照设计的装药量，在前排炮孔2内将炸药装入至炮孔装药段3，炮孔装药段3的高度为h1；在炮孔堵塞段4内进行堵塞，严格控制炮孔堵塞段4的高度h2及堵塞的密实度；然后连接起爆网路，经检查无误后进行起爆；

3)爆破后，采用测距仪、钢卷尺或其它长度测量工具，测量爆破后的爆堆宽度；

4)按照上述步骤，针对不同岩性、清碴和留碴两种方案，开展15～35次现场爆破试验，提高实验数据的可靠性；在该步骤2)采用22～30次现场试验为佳。

5)将步骤3)、4)测量的爆堆宽度数据，采用回归分析方法，回归得到单排孔爆破时的爆堆宽度l0分别与清碴变量h1/w和留碴变量h1/(w+s)的回归方程：

清碴时：l0＝a1+b1·(h1/w)，其中a1和b1为回归数值；

留碴时：l0＝a2+b2·[h1/(w+s)]，其中a2和b2为回归数值；

l0-单排炮孔爆破时的爆堆宽度，式中各参数的单位为米；

6)再采用多排炮孔爆破，根据每次爆破炮孔排数n和炮孔排距b，确定爆堆5的宽度li的计算公式：

清碴时：li＝a1+b1·(h1/w)+(n-1)×b；

留碴时：li＝a2+b2·[h1/(w+s)]+(n-1)×b；

式中：li–多排炮孔爆破时的爆堆宽度，n-炮孔排数，其它各参数的单位为米；

7)开展不同炮孔排数n的现场爆破试验，测量实际的爆堆宽度l，与公式计算结果进行对比，验证计算公式的准确度；

8)依据取得的爆堆5的爆堆宽度l的计算公式，再根据现场条件变化，预测其它台阶爆破的爆堆宽度，指导爆破参数、起爆方向的调整，保证爆破安全，避免爆堆下冲到下面台阶，提高铲装效率。

这里的爆堆宽度l既包括l0，也包括li。

实施案例：某年产500万吨的大型露天铁矿，炮孔直径250mm，采用粉状乳化炸药；清碴爆破时孔距6.5m～7m，排距b＝5.6m～6m；压碴爆破孔距6m～6.5m，排距b＝5.2m～5.6m；底盘抵抗线的宽度w＝8m～8.5m，超深2m。起爆方案采用斜线起爆，每次爆破的炮孔排数n＝2～4排。

1)清碴时，h1/w的比值控制在0.45～0.71，经过大量现场试验，得到了单排孔爆破时的爆堆宽度l0与h1/w的关系方程，l0＝-5.2268+39.199·(h1/w)，如图3所示的清碴时单排孔爆破的爆堆宽度l0与h1/w的关系图。

多排孔爆破时，爆堆宽度li＝-5.2268+39.199·(h1/w)+(n-1)×5.8。

经多次现场验证，该爆堆宽度计算公式准确率95％以上，变化幅度偏差+50cm以内。

2)留碴时，h1/w的比值控制在0.45～0.77，经过大量现场试验，得到了单排炮孔爆破时的爆堆宽度l0与h1/(w+s)的关系方程，l0＝-14.469+41.958·[h/(w+s)]，如图4所示的留碴时单排孔爆破的爆堆宽度l0与h1/(w+s)的关系图。

多排孔爆破时，爆堆宽度li＝-14.469+41.958·[h1/(w+s)]+(n-1)×5.5

经多次现场验证，该爆堆宽度计算公式准确率96％以上，变化幅度偏差+45cm以内。

通过控制台阶爆破的爆堆宽度，平台宽度控制在8m以内，采场边坡角提高4.3°，实现了陡帮开采，每年减少剥离岩石量230万吨以上，取得了显著的经济效益。