一种基于岩石软硬分类的掏槽参数优化方法与流程

本发明属于金属矿山巷道挖进及爆破领域，具体涉及一种基于岩石软硬分类的掏槽参数优化方法。

背景技术：

深部矿业公司属白银有色集团下属中型铜矿山，年产量50万吨，采矿方法为无底柱分段崩落法。矿山开采和掘进以700勘探线分界为东部采区和西部采区，东部采区采场矿体主要以块矿、浸染状含铁黄铜矿、条带状含铁黄铜矿为主，围岩相对呈完整、稳定，中硬以上，局部有破碎带和石英帯，相对矿体较密集，西部采区矿体以浸染状、条带状为主，大面积的块矿较少，围岩呈完整、稳定，中硬以上，局部有破碎带和石英帯，相对矿体较稀疏，井巷掘进主要为脉外运输巷，穿脉巷道和分段凿岩巷道等。矿山年掘进总量3000-3500m，断面规格3.0m×3.0m三心拱巷道，掘进设备为yt28气腿式风动凿岩机，孔径36-43mm，炮孔直径一般为38mm，钎杆长度为2.2-2.5m，孔深1.8米。

掘进爆破采用光面爆破技术，陶槽方式为垂直梅花形/桶型陶槽法，炸药为2#岩石粉末状乳化炸药。根据矿床开采技术条件，井下围岩地质条件主要有石英角斑岩(mπ1)、石英角斑熔岩(mπ2)、mπ3(石英角斑凝灰岩)；矿石自然类型主要有分致密块状和浸染状两大类。围岩和矿体各自的岩体类型、完整程度、硬度及坚固性各不相同，但在矿山井下实际生产中，因统技术管理定势而采用一种爆破掏槽参数，一次断面掘进平均装药42kg，单孔装药量0.78-0.93kg，炸药单耗3.5-4.8kg/m³，远高于掘进单耗参考值1.5-2.5kg/m³。

井巷掘进过程中掏槽眼布置参数的合理性直接影响光面爆破效果。深部矿业固定的掏槽参数造成炸药单耗较大、爆破进尺短、残眼和超挖现象增多、生产成本增加。基于以上生产实际，如何基于岩石软硬条件分类确定光面爆破掏槽参数，达到降低炸药单耗、稳定爆破进尺、降低生产成本的目的，将成为矿山亟需解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，本发明提供一种基于岩石软硬分类的掏槽参数优化方法，根据巷道的岩石硬度和走向优化了掏槽参数，解决了复杂岩石构造下爆破效果差，炸药单耗大，进尺短的缺点。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于岩石软硬分类的掏槽参数优化方法，包括以下步骤：

步骤一：现场判断岩石围岩结构和围岩蚀变以及围岩成份；

步骤二：确定影响掘进单炮效率的因素并设计改进措施；根据不同的岩石结构和软硬程度制定相应的掏槽眼参数，提高爆破效率；

步骤三：确定根据岩石软硬优化的掏槽参数；

步骤四：根据不同的岩石结构采取合理的掏槽参数并合理装药。

在上述技术方案的基础上，优选地，步骤二中，影响掘进单炮效率的因素包括岩石坚固性系数f、炮眼直径、泡眼间距、最小抵抗线、炮眼密集系数及装药量。

在上述技术方案的基础上，优选地，步骤三中，掏槽参数具体为：当岩层的情况为完整、稳定，中硬以上，岩石坚固性系数f为8-10时，炮眼直径为42-45mm，泡眼间距为600-700mm，最小抵抗线为500-700mm，炮眼密集系数为1.0-1.1，装药量为0.2-0.3kg·m^-3；

当岩层的情况为中硬、层节理不发育，岩石坚固性系数f为6-8时，炮眼直径为35-42mm，泡眼间距为500-600mm，最小抵抗线为600-800mm，炮眼密集系数为0.8-0.9，装药量为0.15-0.3kg·m^-3；

当岩层的情况为松软、层节理发育，岩石坚固性系数f为<6时，炮眼直径为35-42mm，泡眼间距为350-500mm，最小抵抗线为500-700mm，炮眼密集系数为0.7-0.8，装药量为0.1-0.15kg·m^-3。

优选地，当岩石围岩地质条件或者岩石以m∏3(石英角斑凝灰岩)、石英角斑岩(m∏1)、石英角斑熔岩(m∏2)、以废石为主或少部分矿体情况下掘进掌子面炮孔，改进措施(即掏槽参数及装药)具体为：正常打眼，装药环节时周边眼可减少150克-300克乳化炸药；掏槽眼中心3、5段适当减少150克-300克的装药量。可避免中心眼一段炸药爆炸，破坏岩石的同时将3、5段孔内的炸药带出来，造成浪费；辅助眼打眼角度较小，孔底之间的距离就会变大。

优选地，当岩石围岩地质条件或者岩石以岩石成分以块状含铜黄铁矿矿石、浸染状含铜黄铁矿矿石、石英为主或者岩石整体结构坚固系数为8-10时，在腰眼部位的掘进掌子面炮孔，改进措施(即掏槽参数及装药)具体为：可在原来腰眼部位上下等同距离增加两个辅助眼，装药量正常。只可适当减少辅助眼，被先响的炸药带下来失去岩石接触面没有爆炸威力的辅助眼的炸药，掏心与辅助眼的距离可适当调小。辅助眼打眼角度较大，孔底之间的距离就会变小。且为了提高爆破效果，辅助眼一定要保证炮眼深度比周边眼加深10-15cm，装药量增加15-20％。

与现有的技术相比本发明的有益效果是：

1)本发明根据深部东西部采场岩石软硬的不同，通过优化掏槽参数和掏槽方法，效率比以前有了很大地提升。与优化掏槽参数以前的平均单炮进尺1.6米相比，经过使用本发明的技术方案后平均单炮进尺提升到了1.8米，且保证了较好的巷道规格和工程质量，并在此基础上由优化掏槽参数以前的平均单炮消耗炸药42kg，下降到了现在的平均单炮消耗炸药38kg，节约成本和提升效率；

2)本发明打破传统掏槽方式，在垂直桶型掏槽法的基础上，根据不同类型的掘进巷道(岩脉和穿脉)和整体围岩的关系，发明了混合梅花形掏槽法，形成了矿区岩石硬度分类表，更为方便的指导生产。

附图说明

图1是岩石围岩地质条件或者岩石以m∏3(石英角斑凝灰岩)、石英角斑岩(m∏1)、石英角斑熔岩(m∏2)以废石为主或只有少部分矿体情况下的掘进掌子面炮孔示意图；

图2为岩石围岩地质条件或者岩石以岩石成分以块状含铜黄铁矿矿石、浸染状含铜黄铁矿矿石、石英为主或者岩石整体结构坚固系数较大亦称为硬或者“脆”的时，在腰眼部位的掘进掌子面炮孔示意图；

图3为标准掘进掌子面垂直桶型/梅花型掏槽的示意图；其中2-10、2-11、2-12、2-13围成的菱形区域为掏槽眼的爆落区域；其中3-15、4-16、3-17、4-18、3-19、4-20、3-21、4-14围成的多边形区域为辅助眼的爆落区域；其中最外围的矩形区域为周边眼的爆落区域。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。

针对深部铜矿东部采场300勘探线附近属于破碎带，变质结构面发育，有较多的软夹层和片状岩层，分布较密，且不连续，绿泥石化，绢云母化严重，导致炸药的爆炸力没有充分发挥，从整体和长期的单炮效率来看，并没有充分的发挥出炸药的威力，东西部两个采场掘进作业区主要集中在300-450勘探线、1000-1150勘探线，通过长期的现场数据收集，实际爆破质量效果并不好，单炮炸药消耗随着岩石硬度和周围地质环境的变化有着较大的波动，效果时好时差，严重影响生产。

当岩石的波阻抗与炸药的波阻抗越接近时，岩石的应变值就越大，就容易粉碎。俗话说越“脆”的岩石爆破性越好，而东西部局部地区破碎带或解理、绢云母化较发育部分岩石破碎性就差，即这里的岩石弹性和机械强度好，有较好的抗拉、抗撕裂性能，当炮轰压力作用于岩壁时，炸药爆炸能的利用率很低，所以爆破率低。确定影响掘进单炮效率的因素及确定根据岩石软硬优化的掏槽参数，如表1所示。

表1是确定影响掘进单炮效率的因素及确定根据岩石软硬优化的掏槽参数

下面是针对具体的岩石围岩地质条件进行实施。

实施例1

当岩石围岩地质条件或者岩石以m∏3(石英角斑凝灰岩)、石英角斑岩(m∏1)、石英角斑熔岩(m∏2)以废石为主或只有少部分矿体情况下的掘进掌子面炮孔示意图(如图1)，采取措施如下：

按平时正常打眼，装药环节，注意周边眼可减少150克-300克乳化炸药。掏槽眼中心3、5段适当减少装药量，可避免中心眼一段炸药爆炸，破坏岩石的同时将3、5段孔内的炸药带出来，造成浪费。辅助眼打眼角度较小，孔底之间的距离就会变大。

实施例2

为岩石围岩地质条件或者岩石以岩石成分以块状含铜黄铁矿矿石、浸染状含铜黄铁矿矿石、石英为主或者岩石整体结构坚固系数较大亦称为硬或者“脆”的时候，在腰眼部位的掘进掌子面炮孔示意图2。采取措施如下：

可在原来腰眼部位上下等同距离增加两个辅助眼，装药量正常，只可适当减少辅助眼可能被先响的炸药带下来失去岩石接触面没有爆炸威力的辅助眼的炸药。掏心与辅助眼的距离可适当调小。

辅助眼打眼角度较大，孔底之间的距离就会变小。

通过以上分析和论证，深部矿业公司从2015年7月之前平均单炮进尺1.6米，经过使用该发明后平均单炮进尺提升到了1.8米，且保证了较好的巷道规格和工程质量，并在此基础上由以前的平均单炮消耗炸药42kg，下降到了现在的平均单炮消耗炸药38kg。为矿山节约成本和提升效率打下了坚实的基础。该一种基于岩石软硬分类的掏槽参数优化方法不仅从掏槽工艺上达到了精细化，而且因地制宜根据巷道岩石的软硬和巷道与整体岩层的走向的角度关系，提出了适用于不同岩石硬度和巷道方位的优化掏槽参数，提升了爆破效率的同时，极大地节约了炸药等成本，为绿色矿山的建立奠定了坚实的基础。

与标准掘进掌子面垂直桶型/梅花型掏槽(如图3所示，其中2-10、2-11、2-12、2-13围成的菱形区域为掏槽眼的爆落区域；其中3-15、4-16、3-17、4-18、3-19、4-20、3-21、4-14围成的多边形区域为辅助眼的爆落区域；其中最外围的矩形区域为周边眼的爆落区域)相比，本发明根据岩石软硬匹配了不同的掏槽参数和掏槽方法；根据矿区东西部围岩和矿石结构的不同，提出了更为匹配的掏槽参数和掏槽方法；打破传统掏槽方式，在垂直桶型掏槽法的基础上，根据不同类型的掘进巷道(岩脉和穿脉)和整体围岩的关系，发明了混合梅花形掏槽法，形成了矿区岩石硬度分类表，更为方便的指导生产。其中标准掘进掌子面垂直桶型/梅花型掏槽的炮孔参数详见表2。

表2炮孔参数明细表

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。