小斷面隧道爆破技術(shù)翻譯

1、 對(duì)地下金屬礦山小型巷道爆破效果的批判性評(píng)價(jià) 摘要 巷道根據(jù)尺寸可以分為小型，中型和大型。巷道的尺寸對(duì)爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)和爆破效果有很大的影響，雖然在小型巷道掘進(jìn)中平行掏槽更適合高效的掘進(jìn)，但是楔形掏槽的生產(chǎn)效率更高在錳礦山中（1號(hào)），因?yàn)樵趩挝惶筒勖娣e上需要更高的費(fèi)用和炮孔數(shù)量。建議在這些巷道掘進(jìn)中采用雙楔形掏槽的方式。通過對(duì)兩個(gè)金屬礦中大約600米的小矩形巷道周圍的圍巖和礦體的爆破結(jié)果分析，從而為能量因素和專用鉆孔與楔形掏槽或平行掏槽，以及圍巖強(qiáng)度，巖石質(zhì)量和炮孔深度之間的關(guān)系的精確預(yù)測(cè)得到經(jīng)驗(yàn)性的聯(lián)系。 1998年出版由Elsevier Science公司保留所有權(quán)利。關(guān)鍵詞 小型巷道 爆破

2、效果 掏槽 強(qiáng)度等級(jí) 巷道爆破指標(biāo) 1簡(jiǎn)介1.1金屬礦山的巷道掘進(jìn) 水平或近水平的巷道掘進(jìn)，被稱巷道掘進(jìn)，是在金屬礦山的圍巖里建設(shè)運(yùn)輸巷道和石門以到達(dá)礦體。相似的是，穿過礦體的巷道，稱為穿脈或石門，被用來建設(shè)采場(chǎng)。圍巖里豎直或急傾斜的巷道掘進(jìn)被稱為豎井，天井和溜井，并主要用于材料運(yùn)輸。1.2 根據(jù)巷道掘進(jìn)的尺寸進(jìn)行分類 在橫截面積的基礎(chǔ)上，巷道掘進(jìn)可以分為不同的類型（表1）。1.3 巷道爆破效果 在印度和傳統(tǒng)的其他地方的巷道掘進(jìn)中，鑿巖爆破是最常用的。掘進(jìn)的速度和效率在很大程度上取決于爆破效果，避免時(shí)間超期和地下工程成本超支是必須的。巷道報(bào)掘進(jìn)的爆破效果基于以下幾項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行衡量： 1）炮孔總深

3、度中，二次鉆孔的所占的比例，以百分比表示。 2）能量因素，測(cè)量破碎每立方米巖石消耗的炸藥量。 3）炮孔的利用率，測(cè)量爆破每立方米巖石消耗的炮孔長(zhǎng)度。 4）爆破外形，通過超挖或欠挖占總挖掘量的百分比來衡量，或者是一種稱作半孔率的項(xiàng)目，是指殘留下的半個(gè)炮孔的總長(zhǎng)度占原炮孔總長(zhǎng)度的比值，以百分比表示。 5）爆破震動(dòng)對(duì)圍巖造成的損害。 以上參數(shù)共同組成衡量巷道掘進(jìn)效率和經(jīng)濟(jì)效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 表一 巷道尺寸與巷道掘進(jìn)分類 編號(hào) 巷道掘進(jìn)橫截面積（） 類型 1 10 小型 2 1035 中型 3 35 大型1.4小型巷道中的爆破效果1.4.1 炸藥比和炮孔系數(shù) 根據(jù)Langefors和Kihlstrom（

4、1973），Olofsson的理論（1990），能量因素和炮孔系數(shù)是與橫截面積區(qū)域是成反比的。（圖一）從圖可以看出，當(dāng)巷道橫截面積不超過10時(shí)，炸藥比和炮孔系數(shù)的影響是非常高的，同時(shí)在這些區(qū)域他們降低的速率也是非常高的。當(dāng)位于巷道面積大于35的區(qū)域時(shí)，降低的速率小到可以忽略。根據(jù)Pokrovsky的理論（1980）炸藥比不僅基于巷道尺寸，也與巖石強(qiáng)度有關(guān)，同時(shí)也與結(jié)構(gòu)，爆破類型，以及巷道直徑有關(guān)。根據(jù)Whittaker和Frith的調(diào)查結(jié)果（1990），可以得到一個(gè)有趣的結(jié)論，當(dāng)巷道尺寸增加時(shí)，在堅(jiān)硬的巖石里，炸藥比和炮孔利用率降低的速度要比在軟弱巖石里快。 盡管炸藥比和炮孔利用率也影響著炮孔

5、直徑，這個(gè)因素在這里不被討論，在所有的例子中，炮孔直徑保持恒定。 圖一1.4.2 每輪提前 Langefors和Kihlstrom（1973)總結(jié)了V型掏槽和扇形掏槽每輪的最大提前量與巷道尺寸直接相關(guān)，但是在較大的巷道里，由于巷道的寬度，如果每輪設(shè)計(jì)的提前量不加大，所需的拉槽百分比不可能得到，因?yàn)樵黾拥钠顏碓从诟L(zhǎng)的炮孔。然而，每輪的提前量是獨(dú)立于巷道尺寸的，是根據(jù)泄壓孔直徑來估計(jì)的。 從上面的討論中顯而易見的可以得到，與中型大型巷道相比，在小型巷道里，爆破結(jié)果與炸藥比和炮孔系數(shù)顯著的高度相關(guān)。這在根本上要求在小型巷道里優(yōu)化爆破參數(shù)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)更有效的爆破。此外，小型巷道里每個(gè)工作循環(huán)更高的提

6、前量需要采用平行掏槽技術(shù)。 2.4m2.1m的矩形水平巷道被開掘在下盤巖體中，用做運(yùn)輸平巷和石門。類似的巷道穿過礦體掘進(jìn)用于采場(chǎng)準(zhǔn)備。在掘進(jìn)中一般采用常規(guī)的鉆孔、楔形或者平行掏槽。通過對(duì)大約600m范圍內(nèi)的大量的巖石進(jìn)行為期一年的監(jiān)測(cè)，來對(duì)爆破參數(shù)和爆破效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行爆破試驗(yàn)來提高巷道掘進(jìn)中的爆破效果。關(guān)鍵的爆破結(jié)果分析如下。2. 地質(zhì)2.1礦山1 該褐錳礦的傾角為7585度，傾向南，礦體厚度1225m，有180度的平臥褶皺，這引起了礦體厚度的巨大變化。礦體的兩翼是低品位的含錳石英巖石英錳榴巖。它由兩部分組成，具有平行的片里理構(gòu)造，其組成部分從粗糙到光滑，平坦的表面沒有其他填充材料。巴頓巖

7、石質(zhì)量指標(biāo)（Q)為17.4132.05. 主要的不連續(xù)部分在下盤，具有片理狀的坡面，其他幾處斷裂也隨機(jī)存在，在傾角和傾向上變化較大。但是其他部分具有粗糙的節(jié)理面。主要的節(jié)理面都被軟質(zhì)的粘土礦物或硬質(zhì)二氧化硅填充，下盤巖石的Q指標(biāo)從0.62到7.5之間。這些組成部分，當(dāng)與片理面相互交叉形成了一個(gè)封閉空間，形成一個(gè)楔形空間會(huì)引起超挖。 調(diào)查460m長(zhǎng)的巷道掘進(jìn)，礦石的單軸抗壓強(qiáng)度為60到180，上下盤圍巖18到46.2.2礦山2 該礦體仍為錳礦，礦體中的節(jié)理是光滑的并被粘土填充。上下盤圍巖的斷裂面成起伏的平面狀，表面光滑到粗糙。在斷層處有粘土礦物沉積，礦體Q值從0.96到1.85，上下盤圍巖為0.

8、15到0.91,，可以想到，地面的條件很差。礦體單軸抗壓強(qiáng)度為60到162，上下盤圍巖為50到142.3.0 爆破 3.1 礦山13.1.1 爆破實(shí)踐 在巷道掘進(jìn)中同時(shí)使用楔形掏槽和平行掏槽，礦山管理者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)優(yōu)先使用楔形掏槽（圖2），但是承建商大多使用四角平行掏槽（圖3）。3.1.2 爆破效果 像炸藥比率，超挖等這樣的爆破結(jié)果在楔形掏槽和平行掏槽中一直被監(jiān)測(cè)。每輪工作循環(huán)后，通過測(cè)量每輪爆破后開口的寬度和深度，得到每個(gè)工作循環(huán)挖掘的體積。在礦體中掘進(jìn)時(shí)，每個(gè)工作循環(huán)的破巖量都要進(jìn)行計(jì)算從而得到需要提升的容器的數(shù)量。這些數(shù)值是從礦石料堆中驗(yàn)證得到的。炸藥比和炮孔系數(shù)用爆破消耗的炸藥量和總的鉆孔

9、長(zhǎng)度分別除以總的挖掘體積得到。平行掏槽和楔形掏槽的爆破設(shè)計(jì)參數(shù)以及爆破效果的比較在表2中列出。在這些例子中，最大的孔深為1.5m，炸藥用的是80%的膠狀炸藥。從表2，B部分可以看出，盡管每輪工作循環(huán)的提前量都提高了，平行掏槽的炸藥比和炮孔利用系數(shù)仍然不如楔形掏槽，這解釋了在平行掏槽中需要大量的炮孔和花費(fèi)的事實(shí)（表2，A部分），開口占了總掘進(jìn)面積的37.9%，相反的是，楔形掏槽僅需要較小的費(fèi)用和較少的炮孔，開口占了掘進(jìn)面積的44%。 從以上的分析可以得到： （1）在小型巷道里，平行掏槽的生產(chǎn)效率比楔形掏槽要低，掏槽和開口的面積比接近1.平行掏槽在擁有較大的成本和炮孔數(shù)目的大中型巷道里比較可行，巷

10、道切割部分每單位面積的炮孔數(shù)可以又其他部分中和。 （2）對(duì)于每個(gè)工作循環(huán)里提前量更高時(shí)，在小型巷道里，平行掏槽是首選，因?yàn)樾ㄐ翁筒勖總€(gè)工作循環(huán)的最大提前量會(huì)受到巷道尺寸限制。3.1.3 爆破試驗(yàn) 由于掘進(jìn)的巷道較小，在楔形掏槽中首先開切角度小于36度，長(zhǎng)度小于1.5m的爆破孔，是開口寬度的0.625倍（圖2）。因此，掏槽時(shí)的限制是非常高的，否則就會(huì)導(dǎo)致破損差，這最終導(dǎo)致60%的炮孔長(zhǎng)度不足，此外，平行掏槽的執(zhí)行也是問題，因?yàn)榇笾睆降你@頭很少用。 考慮到所有的這些因素，一種雙楔形掏槽模式發(fā)展出來以提高掘進(jìn)效率、利用可利用的資源。雙楔形掏槽是在垂直面內(nèi)增加一個(gè)楔形，先于水平面上主楔形槽爆破。來減少

11、主楔形的約束。這會(huì)導(dǎo)致（1）盡管頂角很小，掏槽孔周圍的巖體破碎的更好，以及（2）更高的拉槽 對(duì)單楔形掏槽和雙楔形掏槽的爆破效果的比較在表3中列出。隨著炸藥比的略有增加，雙楔形掏槽能夠產(chǎn)生非常高的拉槽百分比，降低炮孔率，因此，優(yōu)先選擇雙楔形掏槽。3.2 礦山2 在拉槽時(shí)的爆破效果方面，在130m長(zhǎng)的上下盤圍巖和40m的巷道里，炸藥比和超挖一直被監(jiān)測(cè)。巷道掘進(jìn)中的楔形掏槽爆破模式在圖3中展示，最大炮孔深度0.75m，80%的膠狀炸藥作為爆炸物。 圖三 3.2.3 巖體質(zhì)量對(duì)炸藥比的影響 一般來說，爆破工程師分為地下巖體和地表挖掘，根據(jù)不同區(qū)域的整體巖體情況為每個(gè)區(qū)域設(shè)計(jì)一個(gè)爆破模式。據(jù)此，在上下盤

12、圍巖和礦體中的掘進(jìn)根據(jù)巖體質(zhì)量不同分為區(qū)域. 得到每個(gè)區(qū)域的炸藥比和炮孔利用率，顯示某些區(qū)域的爆破效果非常的飄忽不定，這些區(qū)域的頂板超挖也很嚴(yán)重，可能是因?yàn)椋?（1）在掘進(jìn)中，爆破模式的初始部分標(biāo)準(zhǔn)化了，而巖體風(fēng)化程度不一。 （2）鉆孔由不同的掘進(jìn)隊(duì)手工完成，鉆孔因?yàn)椴僮麇e(cuò)誤引起錯(cuò)誤結(jié)果。 （3）無輪廓爆破實(shí)踐通過。 表四 由于頂板巖體受到的限制最小，巷道中任何不穩(wěn)定的巖體爆破結(jié)果都會(huì)引起大范圍的頂板超挖和巷道形狀的惡化。巖體頂板超挖量在10%以下的區(qū)域的爆破結(jié)果認(rèn)為不需要做進(jìn)一步分析。該值被拒絕因此代表總?cè)丝诘?0左右。 每個(gè)區(qū)域內(nèi)巖體單軸抗壓強(qiáng)度的值與炸藥比和炮孔利用率的值得變化在表5中以

13、Q值得形式展示。 在相同尺寸、類型以及巷道斷面面積的掘進(jìn)中炸藥比和炮孔利用率有很大不同，Langefors和Khilstrom （1973 ）、或者Olofsson的（1990）這些人提供的方法無法解釋。 由于巖體質(zhì)量Q頻繁和廣泛的變化，波克羅夫斯（1980）的方法也很難估計(jì)炸藥比的變化，波克羅夫斯（1980）只考慮到三種類型的巖石的效果的結(jié)構(gòu)和質(zhì)地。（1）彈性，彈性和多孔的巖石; （2）位置凌亂和形狀不規(guī)則的巖石，（3）巖石層理正常時(shí)的炮孔。他認(rèn)為，炮孔深度不需要考慮，因?yàn)樯疃鹊脑黾訒?huì)增加巖石的夾制作用，可以瓦解由于巖石梁（破壞巖石自由面)長(zhǎng)度的增加（炮孔深度）而增加的負(fù)荷。但是，在較長(zhǎng)的孔

14、中，增加的影響是不可忽略的。 Langefors和Kihlstrom （1973）考慮了效果差的影響，來設(shè)計(jì)每個(gè)工作循環(huán)的提前量，這在1.4.2中討論過。 圖五 圖六 最初，查克拉博蒂等（1994）將巷道掘進(jìn)中的炸藥比和巴頓巖石質(zhì)量體系聯(lián)系起來，認(rèn)為巷道爆破的效果受到巖石結(jié)構(gòu)和層理的影響最大，巖體強(qiáng)度的影響并沒有在這種方法里考慮到。Jurgenson和Chung（1987）、Singh（1991）等人發(fā)現(xiàn)，爆破效果直接受到圍巖整體的地層強(qiáng)度的影響。巷道爆破指數(shù)的概念表明，考慮了巖體Q值和強(qiáng)度準(zhǔn)則之后，巷道圍巖強(qiáng)度的降低是后來發(fā)生的。因此，查克拉博蒂等人提出巷道爆破指數(shù)（TBI)的概念（1997

15、）是為了預(yù)測(cè)巷道掘進(jìn)中的炸藥比。 TBI是增加了兩個(gè)影響因素，如巖體質(zhì)量，其中作者發(fā)展起來的表示的質(zhì)地和結(jié)構(gòu)的隧道圍巖質(zhì)量和強(qiáng)度評(píng)級(jí)（SR），根據(jù)巖石單軸抗壓強(qiáng)度的范圍從1到100兆帕，TBI表明，爆破引起的巷道巖體破壞強(qiáng)度，同樣具有各向異性。單軸抗壓強(qiáng)度（UCS)的值并沒有直接用來發(fā)展預(yù)測(cè)模型，因?yàn)殛P(guān)于影響隧道爆破程度各種強(qiáng)度參數(shù)（如抗拉，抗剪，抗壓，動(dòng)態(tài)拉伸，動(dòng)態(tài)壓縮）的知識(shí)不足。然而，UCS的值被用來給巖石強(qiáng)度分級(jí)，這是因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室評(píng)估UCS是很方便的。強(qiáng)度評(píng)級(jí)（SR）表示爆破破壞的地層阻力。查克拉博蒂等人在1997年發(fā)現(xiàn)即使是在非常復(fù)雜的地層，如混合地層，該指數(shù)可能是非常精確地與航道炸

16、藥比相關(guān)。SR的值在早期非常接近UCS值(查克拉博蒂等，1997），現(xiàn)在在UCS值高達(dá)200兆帕的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步修改和擴(kuò)張?；谏鲜銮闆r下的研究（表4）。 TBI的值可以與從楔形掏槽和平行掏槽得到的炸藥比以及炮孔利用率的值很好的相關(guān)起來，如下： 炸藥比（楔形)=2.137+0.0054TBI-（0.82/HD) 炸藥比（平行)=1.753+0.1TBI 單位 HD：炮孔深度 炮孔利用率（楔形）=9.03+0.212TBI-(4.155/HD) =0.91 炮孔利用率（平行）=5.96+0.344TBI =0.717 直徑系數(shù) 因?yàn)槠叫刑筒壑辉谝惶?hào)礦山中使用，炮孔深度對(duì)炸藥比和炮孔利用率的影

17、響都無法評(píng)估，由于這樣的限制，該指數(shù)的確定，在炸藥比和炮孔利用率的參照方程里是相同的。然而，基于平行掏槽的使用結(jié)果，炸藥比和炮孔利用率能夠被很好地預(yù)測(cè)，它們與孔深直接相關(guān)，平行掏槽也是一樣。4.0 結(jié)論 巷道的尺寸影響著爆破的效果因素，例如炸藥比和炮孔利用率，特別是在小型巷道里影響因素非常大。因此，在這樣的巷道里，優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)于巷道的成本效益是十分必要的。TBI的值與炸藥比和炮孔利用率能夠很好地契合，但是，仍需要更進(jìn)一步的研究，以使其能夠包含更多的變量，如巷道大小，炮孔直徑，泄壓孔直徑和爆破類型。使模型更加準(zhǔn)確靈活。參考文獻(xiàn)Barton, N., Lien, L. and Lunde,

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