露天采礦學第2章礦巖松碎工作2023/2/21第2章礦巖松碎工作第1節礦巖松碎的地位及意義第2節穿孔作業第3節礦巖松碎的方法第4節爆破工作2023/2/222.1礦巖松碎的地位及意義

露天礦采場內的礦巖，一般很難直接用采掘設備將它們從整體中分離出來，必須經過預先破碎。破碎礦巖的手段，主要是借助于穿孔爆破工作。部分經過破碎的礦巖，因破碎塊度不符合要求，還需要進行二次破碎工作，以保證后序工藝的順利進行。此外，穿孔爆破方法、參數選擇、爆堆形狀和尺寸等，亦對采裝、運輸（尤其鐵路運輸）工作等產生很大影響。因此，鉆孔爆破工作通常是影響露天礦生產的一個重要工藝環節。2023/2/23自然界中所賦存的巖石的性質差別很大，但采掘設備的切割力有一定限制，故僅表土、煤、松軟巖石有可能用采掘設備直接鏟挖，而其余的大部份巖石則必須預先松碎，然后才能用挖掘設備采掘。標志巖石強度的指標很多。其中巖石的單向抗壓強度對巖石的堅固性有決定性影響且易于測定，故現時多采用10MPa的抗壓強度作為巖石堅固性的單位，稱為巖石的堅固性系數，也叫普氏系數，以f表示：2023/2/24在露天礦生產過程中，穿孔爆破費用約占生產總費用的20~30％，對礦石的開采成本影響較大。因此，不斷改善穿孔爆破技術，加強穿孔爆破組織管理，提高穿孔爆破效率，為后序工藝創造良好的工作條件，對強化露天開采，降低礦石成本，提高露天開采的經濟效益等，都具有重要的意義。

2023/2/25炸藥爆炸爆破現象是我們所熟悉的，如節日的焰火，戰場上的炮彈落地，土方工程中的爆炸等。炸藥在外界能量的促發下，在瞬間發生急劇的化學反應，因反應前后物質的分子組成發生改變而生成大量氣體，放出大量熱量，借助生成的高溫，高壓氣體和爆炸應力波對周圍介質作機械功，同時伴有聲和光的效應。一般炸藥的放熱量可達600～1300kCal/kg，反應速度為2.5~8.0km/s，生成氣體為0.6~1m3/kg。2023/2/26炸藥及起爆器材在露天礦，常用的炸藥有：硝銨炸藥、銨油炸藥和漿狀抗水炸藥等。起爆器材有導火線、導爆索、塑料導爆管及各種雷管(火雷管、即發電雷管、遲發電雷管)。爆破參數的確定露天開采中使用的爆破方法有：淺眼爆破法、深孔爆破法和硐室爆破法(又稱大爆破)等。其中，深孔爆破法在大中型露天中有最廣泛的應用。?????????2023/2/27硝銨炸藥主要成分:硝酸銨82~88%，TNT(三硝基甲苯)3~10%；木粉8%~9%。當需增加炸藥的抗水性能時，可加入少量瀝青和石蠟。銨油炸藥：主要成分硝酸銨和油類(輕柴油、重油、機油等)，不含敏感劑。為了提高敏感度、減少結塊，可加入適量的木粉。漿狀抗水炸藥：主要成分:硝酸銨、TNT和水。由于制成的炸藥有像漿糊一樣的流動性，因而稱為漿狀炸藥。

抗水性強、密度高、使用安全。2023/2/28火雷管由管殼、起爆藥及加強帽三個都分組成。雷管的長度為35~52mm，直徑6~7mm。正起爆藥多用雷汞和迭氮鉛，副起爆藥采用敏感度略低但爆力較高的炸藥，使既有較高的起爆能力又較安全。2023/2/29即發雷管與火雷管的區別主要是在管殼開口的一段設有高電阻電橋絲組成的電氣點火裝置。2023/2/210遲發電雷管與即發電雷管的區別是在起火劑與正起爆藥間有緩燃劑，在其燃燒終了時，引爆正副起爆藥。緩燃劑一般為鉛丹、硅鐵和硫化銻的混合物。延續時間可通過調節緩燃劑的數量和硅鐵顆粒大小來控制。2023/2/2112.2穿孔作業一、穿孔方法與穿孔設備穿孔方法：熱力破碎穿孔和機械破碎穿孔兩種方法。穿孔設備：火鉆、鋼繩式沖擊鉆、潛孔鉆、牙輪鉆、鑿巖臺車。目前主要應用設備：牙輪鉆、潛孔鉆、鑿巖臺車。2023/2/212鋼繩沖擊式鉆機1-鉆具；2-鋼繩；3-天輪；4-壓輪；5-后繩輪；6-卷簡；7-主動齒輪；8-沖擊輪；9-連桿；10-桅架項目單位CZ-1CZ-20-2孔徑鉆具重量沖擊次數電動機功率重量工作平面尺寸工作高度行走速度最大走行坡度mmkg次/minkWtmmkm/h°230～3001500～270048～525523.57.065×3.515.050.730190～230900～120056～582212.15.85×2.62120.930國產鋼繩沖擊式鉆機主要技術性能

使用條件：f<6鋼繩沖擊式鉆機(磕頭鉆)是靠鉆具自由下落沖擊孔底而鑿碎巖石，所以只能穿鑿垂直鉆孔。

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潛孔鉆機是將沖擊器潛入鉆孔內，用鉆桿將壓縮空氣送入沖擊器沖擊鉆頭，孔底鑿碎的巖粉由壓氣排出孔外。潛孔鉆機1-行走部分；2-液壓千斤頂；3-鉆具(沖擊器)；4-桅架；5-回轉機構；6-鉆桿；7-司機室；8-機房；9-行走部分電力驅動機構項目單位KQ-150AKQ-200孔徑鉆孔傾角適應巖種(f)

爬坡能力電動機功率工作平面尺寸工作高度鉆機重量mm°°kWtmmt15060、75、90中硬以下204l5.83×3.4511.7512200～22060～906～18143119.76×5.7414.3341.6國產潛孔鉆機主要技術性能

穿孔效率高(沖擊式鉆機的2～3倍)；爆破后礦巖的塊度較小。

2023/2/214二、牙輪鉆機目前，80%的露天金屬礦山使用牙輪鉆機穿孔。牙輪鉆機的優點：穿孔作業效率高、作業成本低、機械化程度高、適用于各種硬度的礦巖中穿孔。（一）牙輪鉆機的工作原理牙輪鉆機如圖所示，它是通過鉆機的回轉和推壓機構使鉆桿帶動鉆頭連續轉動，同時對鉆頭施加軸向壓力，以回轉動壓和強大的靜壓使與鉆頭接觸的巖石粉碎破壞。同時通過鉆桿與鉆頭中的風孔向孔底注入壓縮空氣，利用壓縮空氣將空地巖粉吹出孔外，從而形成炮孔。2023/2/215（二）牙輪鉆機的鉆具牙輪鉆機的鉆具包括：鉆桿、穩桿器、減震器和牙輪鉆頭。

鉆桿長度一般為9.2或9.9m。穩桿器可減小鉆桿擺動，防止鉆孔偏斜。鉆頭是直接破碎巖石的工作部件。（三）牙輪鉆機的工作參數牙輪鉆機的主要工作參數：鉆壓、鉆具轉速、排渣風量與風壓。合理使用這些參數可以提高鑿巖效率延長鉆頭壽命。2023/2/216牙輪鉆機牙輪鉆機是一種回轉鉆機。它借助推壓提升機構向鉆頭施加很大的軸壓力，使鉆頭上的輪齒壓入巖石中，并在鉆具回轉扭矩及牙輪滾動作用下，使輪齒切削巖石而破碎，巖石碎屑也用壓氣排出。幾種牙輪鉆機的主要技術性能項目KY-250C45-R60-R(Ⅲ)鉆孔直徑，mm鉆孔角度，°最大軸壓，t鉆具提升速度，m/min鉆具回轉速度，r/min鉆桿直徑，mm電機功率，kw鉆機工作時的尺寸，m鉆機重量，t225～25090429.862159、203383.311.9×4.8×17.984170～27060～9032270～100140～21927011×5.6×17.565230～38060～9050270～145184～34335013×5.8×27.993

牙輪鉆機的穿孔效率高，在相同的穿孔條件下，牙輪鉆機的穿孔效率較鋼繩沖擊式鉆機高4～5倍，較潛孔鉆機高1～2倍。從穿孔成本看，牙輪鉆機的成本也是最低的，大約為鋼繩沖擊式鉆機的75％，為潛孔鉆機的70％。在牙輪鉆機的穿孔成本中，鉆頭費用達40～50％，故改善鉆頭質量具有重要意義。2023/2/2171、鉆壓：根據實踐經驗總結出不同礦巖硬度系數選取不同的鉆壓，如表18-2。(10~40t)f直徑190mm直徑250mm直徑310mm81012.315.91012.215.519.91214.619.023.81417.621.627.81619.524.931.8182228.035.72024.331.239.7tooth鉆壓超過巖石的抗壓強度，巖石被壓碎，此時，鉆孔速度快，鉆頭壽命長。2023/2/2182、鉆速與鉆具的轉速：在不同的軸壓下鉆頭鉆進速度V與鉆具轉速n的關系。由圖可見，轉速達到一定值后，鉆進速度不增反而減小。原因：轉速快，齒輪與孔底巖石的作用時間短（小于0.03秒）未能充分發揮齒對巖石的破壞作用，且加速了鉆桿的震動和鉆頭磨損。根據經驗，得出表18-3的最佳轉速。鉆機類型輕型鉆機中型鉆機重型鉆機巖石硬度系數F<8F=10~14F=15~20轉速r/min80~12060~10050~802023/2/2193、排渣風速與風量：經驗表明：排渣風量不足時，巖渣在孔底被反復破碎，將顯著地降低鉆進速度和鉆頭壽命；另一方面，排渣風量過大，從孔底吹出的巖渣對鉆頭和鉆桿的磨損作用也將顯著增大。2023/2/220

排渣風量Q:D—鉆孔直徑；md—鉆桿直徑；mVH—回風速度；m/minQ—排渣風量，m3/min。為了便于排渣，(D-d)應大于20mm。目前，國內外度趨向于加大排渣風量，借以提高鉆頭的使用壽命和鉆孔速度。當炮孔直徑為310mm時，鉆桿直徑為270mm,要求的排渣風速為20m/s，排渣風量為4m3/s。2023/2/2212.3礦巖松碎的方法機械法松土犁：軟層、凍巖中使用，設備簡單、易于管理，工藝過程簡單、一次松碎量少。對f<4~5的礦巖，根據國內外經驗，采用松土機預松可能比穿爆預松更為有利。水力法適用于軟巖，采用高壓水。爆破法2023/2/2222.4爆破松碎礦巖2.4.1穿孔工作（一）穿孔設備①潛孔鉆機優點：能量損失小，穿孔速度受孔深影響小噪音小用廢氣排渣，節省動力鉆桿壽命長軸壓小，鉆機輕，鉆孔不易傾斜2023/2/2232.4爆破松碎礦巖潛孔鉆機缺點：氣缸受孔徑限制Φ>200mm時，速度低于牙輪鉆機，動力消耗高30～40％，成本高臺班生產能力計算：v——鉆進速度；

——時間利用系數；2023/2/2242.4爆破松碎礦巖影響鉆進速度因素：沖擊功和沖擊頻率風壓、排渣風量和風速軸壓、轉速和扭矩影響鉆機工作時間利用系數因素：接桿、移位、修理（不可避免）等備件、風、水、電、卡鉆處理（可避免）2023/2/2252.4爆破松碎礦巖②牙輪鉆機優點（與潛孔鉆機相比）：穿孔效率高2～3倍鉆機作業率高15～45％工人勞動生產率高2～3倍穿孔成本低15～25％2023/2/226穿孔效率：比潛孔鉆機高2~3倍，比沖擊式鉆機高3~5倍；鉆機作業率：比潛孔鉆機高15~45%，比沖擊式鉆機高50~110%；工人勞動生產率：比潛孔鉆機高2~3倍，比沖擊式鉆機高3~4倍；穿孔成本：比潛孔鉆機低15~25%，比沖擊式鉆機低10~30%。主要缺點機身重，價格昂貴。

2023/2/2272.4爆破松碎礦巖牙輪鉆機主要參數：鉆頭的軸壓力回轉速度壓氣消耗量注意：各項參數間的合理匹配2023/2/2282.4爆破松碎礦巖③穿孔設備數量計算及選擇計算公式： 鉆機工作臺數N： 鉆機在冊臺數N’:注意：當礦巖性質差異較大，采礦和剝離工作制度不同時，應分別計算所需臺數，然后再取總和。2023/2/2292.4爆破松碎礦巖選擇孔徑特大、大型露天礦：D≥310mm中型露天礦：D=150~250mm小型露天礦：D≤150mm2023/2/2302.4爆破松碎礦巖爆破工作（二）爆破工作 為后續的采裝工作等提供合適的塊度，爆破質量對后續工作影響很大，同時又要保證礦山生產的安全性和合理性，故應高度重視。（中間涉及經濟指標、對永久邊坡的保護等）2023/2/231

穿爆工作的技術經濟指標穿爆是先行環節，其工作效果不但直接影響后續環節的效率也在礦石的最終成本中得到反映。穿爆費用在礦石成本中所占的比重很大(煤礦約15

~

20%，金屬礦則高達35~45%)。穿孔爆破的主要技術經濟指標有：每米鉆孔出巖率；鉆機效率(萬m/a)；炸藥單位消耗量(kg/m3)；大塊發生率；每m3巖石的穿孔和爆破成本等。在堅硬礦巖中，炸藥單位消耗量的確定至為重要。從爆破環節來看，降低炸藥消耗量會相應降低爆破成本，但從穿孔、采裝、運輸、礦石破碎等環節來看，不適當地降低炸藥消耗量會導致大塊率偏高，從而降低這些環節的效率。國內外的研究都證明，從整個工藝系統最優化的角度出發，存在著合理塊度問題，以保證礦巖的最終成本最低。2023/2/232好的爆破質量合適的塊度（低大塊率）爆堆形狀（高度、寬度）、集中且有一定的松散度沒有根底、傘巖，臺階坡面平整沒有后裂、挎坡，尤其對永久邊坡較小的爆破振動無爆破飛石、空氣沖擊波等能促使露天礦生產總成本最低2023/2/2332.4爆破松碎礦巖2023/2/234爆破參數的確定

爆破參數包括：孔徑d、底盤抵抗線W底、排距b、孔距a

、超鉆深度h超、填塞長度L填。

W底＝(0.6～0.9)h，mb=mW底，m；式中鉆孔的間距系數

m=0.7～1.3。

a＝bsin60°，mh超=(0.15~0.35)W底，mL填≥0.75W底，m每個鉆孔的裝藥量Q:

Q=qhaW底，kgq—單位炸藥消耗量，kg/m32023/2/2352.4爆破松碎礦巖露天采礦涉及的爆破方法1、淺眼爆破法這種爆破方法，主要用于部分小型露天礦的生產爆破，露天礦的二次破碎及處理根底的爆破，大爆破中的硐室開挖及其它輔助爆破等。2023/2/2362、深孔爆破法它主要用于露天礦正常剝采過程中的臺階爆破（或稱生產爆破）以及臨近邊坡的控制爆破。3、大爆破（或稱硐室爆破）法這種爆破方法，大多用于露天礦基建或擴建時期，以及用其它方法難以處理的孤立山頭。2023/2/237在露天礦生產過程中，大量使用的是生產臺階的深孔爆破。在最常用的臺階深孔爆破中，根據起爆順序和起爆時間的不同，又分為齊發爆破、秒差遲發爆破和微差爆破等，其中以微差爆破使用最廣。此外，在露天礦生產中，臺階深孔爆破后，一般會產生一些塊度超過規定尺寸的礦巖塊。對這些不合要求的礦巖塊，一般還要采用淺眼爆破、外覆爆破或碎石機進行二次破碎。2023/2/238對爆破質量的要求1）大塊率。露天礦的采裝、運輸和粗碎設備，對爆破后的礦巖塊度都有一定的要求，稱做允許塊度。超過允許塊度的礦巖塊稱為大塊，大塊總量與爆破總量的比率稱為大塊率。大塊率越高，說明爆破質量越差。2023/2/2392）爆堆形狀和尺寸。爆破后形成的松散礦巖堆，稱為爆堆。爆堆的形狀和尺寸，對采裝、運輸工作都有很大影響。爆堆過高，會影響挖掘機的安全作業；爆堆過低，挖掘機不易滿斗，影響挖掘機效率；爆堆過寬，不僅增加了挖掘機的大量倒堆清理工作，而且運輸線路也會受到影響；爆堆過窄，說明礦巖碎脹不佳，爆破效果不好，挖掘機很堆甚至無法進行作業。因此，爆堆的高度、寬度和松散度，都要適合采裝的要求。爆破后，臺階工作面的形狀要規整，不允許出現根底、傘巖等凹凸不平的現象2023/2/240根底、傘巖示意圖1-爆堆；2-根底；3-傘巖2023/2/2412.4爆破松碎礦巖爆破分級爆破工作的關鍵是選取合理的爆破參數充分考察巖性、地質構造等礦巖的可爆性分級2023/2/2422.4爆破松碎礦巖

礦巖可爆性分級B.B.里熱夫斯基按強度分級——標準單耗

qB——炸藥的標準單位消耗量，g/m3；巖石的抗壓、抗拉、剪切強度和巖石容重。——巖石容重，kg/dm3。2023/2/2432.4爆破松碎礦巖 在實際爆破中，進行爆破設計時需對計算單耗值進行修正，其修正計算公式為：式中：qJ——設計計算的炸藥單位消耗量，g/m3；qB——炸藥的標準單位消耗量，g/m3；KH——炸藥的換算系數；KPS——要求的破碎度系數，KPS=0.5/dp;dp——爆破后巖石的平均塊度尺寸，m3；KL——巖體的裂隙度影響系數，一般為1.2；KX——藥包在巖體中的形狀影響系數，2023/2/2442.4爆破松碎礦巖②B.H.庫圖佐夫綜合可爆性分級 綜合炸藥單耗、巖石堅固性、巖體裂隙等多方面因素，并以炸藥單耗為主。 經過大量的數據計算統計，得出炸藥單耗的離差（均方差）：式中：σ——炸藥單耗統計值的離差，kg/m3；q——炸藥單位消耗量，kg/m3；

2023/2/2452.4爆破松碎礦巖

研究巖石的可爆性分級，主要目的不是為了進行巖石分級，而是在于根據不同巖石對爆破作用的阻抗能力，預計合理的炸藥單耗和所能達到的巖石爆破破碎效果，并以此作為爆破工藝設計的依據。2023/2/2462.4爆破松碎礦巖露天深孔爆破（一）確定爆破參數①底盤抵抗線 與鉆孔直徑、裝藥直徑、炸藥特性、裝藥密度、巖石可爆性、要求破碎程度、臺階高度等有關。②孔距a、排距b、炮孔臨近系數m③鉆孔超深取決于巖石性質、構造，且與底盤抵抗線、炮孔直徑及炸藥性質有關。超深作用：降低藥柱中心克服底盤、底部阻力減少根底2023/2/2472.4爆破松碎礦巖露天深孔爆破④充填/堵塞長度 充填不足：炸藥能量從孔口沖出，造成巖塊飛散，降低爆破質量 充填過大：浪費鉆孔，易在充填段產生大塊⑤炸藥單耗⑥單孔裝藥量 一般采用體積法計算2023/2/2482.4爆破松碎礦巖露天深孔爆破（二）微差時間 我國露天礦的實際參數，一般采用25～75ms，硬巖中取小值，軟巖中取大值。（三）布孔方式和起爆順序 布孔方式主要有：三角形（梅花形）、方形、矩形 起爆順序：排間順序、斜線順序、“V”形起爆、波浪形起爆、中間掏槽起爆、楔形掏槽起爆2023/2/249

（二）臺階正常采掘爆破參數及爆破設計露天臺階爆破通常采用多排孔齊發爆破或多排孔間隔起爆方式。具體設計參數：1、炮孔底盤抵抗線bcL1DLBWPhHαaa——孔距b

——排距2023/2/2502.4爆破松碎礦巖露天深孔爆破 露天深孔爆破一般采用多排孔微差爆破方式。該爆破方式的優點：一次爆破量大降低爆破震動控制爆破方向充分利用炸藥的爆炸能量改善爆破效果2023/2/2512023/2/252多排孔微差擠壓爆破2023/2/253微差擠壓爆破作用原理先爆孔為后爆孔提供新的自由面后爆孔在先爆孔產生的應力消失之前起爆，將形成應力波相互疊加，增強破碎效果巖塊在空中運動相互碰撞，巖石進一步破碎降低了爆破地震2023/2/254露天礦采用多排孔微差爆破的優點是：1）一次爆破量大，可減少爆破次數和避炮時間，提高設備利用率；2）改善爆破質量，大塊率比單排孔爆破降低30~50%；3）提高穿孔設備利用率約10~15%，這是由于工作時間利用率增加和穿孔設備在爆破后沖作用區作業次數減少之故。2023/2/25556

隆起現象。由于渣體作用產生隆起,隆起過大,對電鏟采裝不利；單位藥耗量增加；由于渣體掩蓋,看不清巖性和地質賦存狀況,給布孔增加了困難。擠壓爆破存在的問題2023/2/2562.4爆破松碎礦巖控制爆破露天深孔控制爆破主要用于緊鄰露天礦邊坡的爆破區域，常用的爆破方式有：預裂爆破光面爆破緩沖爆破2023/2/257（1）預裂爆破所謂預制爆破，就是沿露天礦設計邊坡境界線，鉆鑿一排較密集的鉆孔，每孔裝入少量炸藥，在采掘帶主爆孔未爆之前先行起爆，從而炸出一條有一定寬度（一般大于1~2cm）并貫穿各鉆孔的預裂縫。由于有這條預裂縫將采