摘 要

随着工业经济以及社会的不断发展与进步，采矿业同样得到了迅速发展。露天矿山生产包括很多个工作环节， 包括剥离、采准、穿孔、爆破、铲装、运输以及破碎等。其中，爆破是露天矿生产中的关键工序，爆破质量的好坏直接影响着矿山生产的进度。如果爆破质量达不到有关标准，在爆破阶段会出现许多大块与根底，从而需要进行二次爆破, 导致生产效率降低、成本增加，不利于矿山企业经济效益的实现。本文在了解矿山水文地质特征的基础上，结合实际爆破区地形、地貌、地质条件，被爆体结构、材料及爆破工程量，比较选择合适的爆破方案，选择配套的设备及器材，设计合理的爆破参数，计算装药量，设计钻孔装药、填塞和起爆网路，计算爆破安全距离，进行安全技术与防护措施、爆破施工组织、工程投资概算，进行主要技术经济指标比较并绘制图纸，完成金堆城钼矿南露天开采生产爆破方案设计。

关键词：露天矿山； 露天爆破 ；爆破参数

Abstract

With the continuous development of industrial economy, mining industry is developing rapidly.The production of open-pit mines involves many work links, including stripping, mining, piercing, blasting, shoveling, transportation and crushing, among which blasting is the key process in the production of open-pit mines.The progress of mine production is directly affected by the quality of blasting. If the quality of blasting fails to meet the relevant standards, there will be many large blocks in the stage of blasting, which require secondary blasting, resulting in a reduction in production efficiency and an increase in cost.It is not conducive to the realization of economic benefits of mining enterprises.On the basis of understanding the hydrogeological characteristics of mine, combined with the topography, geomorphology, geological conditions, structure of blasting body, materials and quantity of blasting engineering, this paper compares and selects appropriate blasting scheme and equipment. Design reasonable blasting parameters, calculate charge quantity, design drilling charge, fill and igniter network, calculate blasting safety distance, carry out safety technology and protective measures, organize blasting construction, estimate engineering investment. The main technical and economic indexes were compared and drawings were drawn to complete the blasting scheme design of the south open-pit mining in Jinduicheng molybdenum mine.

Keywords：Open pit mine; open pit blasting ;blasting parameters

目录

第1章 概述 1

1.1 项目介绍 1

1.2 矿山工程地质概况 1

1.2.1 采矿场工程地质背景 1

1.2.2 采矿场地形地貌 2

1.2.3 采矿场地层岩性 2

1.2.4 采矿场地质构造 2

1.2.5 采矿场气象特征及水文地质条件 3

1.2.6 岩石的可钻性 3

1.2.7 岩石的可爆性 4

1.2.8 岩石的温度效应 4

1.3 主要工程量和技术要求 5

1.4 设计依据 5

第2章 设计方案选择 6

2.1 露天爆破方案 6

2.2 爆破方案的选择 6

2.3 逐孔起爆技术 6

2.3.1 逐孔起爆技术简介 6

2.3.2 逐孔起爆技术爆破器材与起爆工艺 7

2.3.3 起爆网路图 7

第3章 露天深孔台阶爆破设计 9

3.1 台阶构成要素及其示意图 9

3.2 台阶高度及台阶坡面角的确定 9

3.3 钻孔形式 10

3.4 布孔方式的设计 10

3.5 钻机与孔径的确定 11

3.5.1 钻机类型选择 11

3.5.2 钻机台班生产能力 11

3.6 爆破器材及炸药选择 12

第4章 爆破参数设计 13

4.1 孔径 13

4.2 底盘抵抗线 13

4.3 孔深与超深 14

4.4 堵塞长度和装药长度 15

4.5 单位岩石炸药消耗量 16

4.6 孔距和排距 17

4.6.1 坚固石英岩等的孔距与排距 18

4.6.2 石英砂岩和砾岩等围岩的孔距与排距 19

4.6.3 开采矿岩为安山玢岩时的孔距与排距 19

4.7 每孔实际装药量及其验算 20

4.8 一次爆破规模及炮孔总数 20

第5章 装药、填塞和起爆网路设计 24

5.1 装药 24

5.2 填塞 26

5.3 起爆顺序 26

5.4 起爆网路设计 26

第6章 预裂爆破设计 28

6.1 预裂爆破特点及原理 28

6.2 预裂爆破参数设计 28

6.2.1 孔网参数设计 28

6.2.2 装药参数设计 29

6.3 装药结构 30

6.4 起爆网路 30

6.5 预裂爆破中的一些注意事项 30

第7章 爆破安全距离 32

7.1 爆破振动安全距离计算 32

7.2 爆破冲击波超压值计算 33

7.3 爆破个别飞散物的飞散距离计算 33

7.4 安全警戒 34

7.5 防护措施 34

第8章 爆破施工组织 36

8.1 施工工艺 36

8.2 爆破事故分析及安全管理 36

8.2 爆破质量评价指标 37

第9章 总结 39

参考文献 40

致谢 42

第1章 概述

1.1 项目介绍

目前大部分国家的采矿业均以露天爆破为主，每年从地壳上采出的矿石量有2/3来自露天爆破。露天矿的生产工艺包括穿孔、爆破、铲装及运输作业，而其中爆破质量决定着矿山生产进度，影响着其他环节的生产效率及矿山的经济效益。因此，必须有足够的爆破储备，合格的岩块尺寸和规则的爆堆和台阶，以及安全和经济的爆破。当前露天爆破工作，主要有两个发展方向：一是不断改进破碎质量及扩大爆破规模，以适应露天矿生产规模及产量提高的需要；二是控制爆破的破坏效应，降低对边坡稳定性的影响及对周围环境的破坏。

金堆城南露天矿地形地质条件复杂，石英岩、安山玢岩以及花岗岩等也有较大的区别，安山玢岩属于中等爆岩体，而石英岩的可爆性从易爆到难爆，因岩性的不同跨度很大。所以选择合适的爆破方案，设计合理的参数、起爆网路及严格控制穿孔质量至关重要。根据矿山的水文地质资料及环境要求进行露天爆破设计并按要求组织爆破施工。本文结合设计任务书与矿区地质资料，主要完成以下任务：（1）总结工程概况、环境与技术要求；（2）根据爆区的地形、地貌、地质条件，进行被爆体结构、材料及爆破工程量计算；（3）设计方案选择；（4）进行爆破参数设计与装药量计算；（5）钻孔设计；（6）进行装药结构和起爆网路设计；（7）爆破安全距离计算；（8）安全技术与防护措施；（9）确定施工机械、仪表及器材；（10）爆破施工组织；（11）工程投资概算；（12）主要技术经济指标。（13）图纸包括：爆破参数立体示意图；装药和填塞结构图；起爆网路敷设图；爆破安全范围及警戒布置图。

1.2 矿山工程地质概况

1.2.1 采矿场工程地质背景

金堆城钼矿位于陕西省华县，是国内外有名的超大型钼矿床，其中北露天矿储量约为南露天矿的1.8倍。在中生代之前，它是华北克拉通的一部分，具有典型的克拉通边缘特征。 它经历了秦岭造山带的陆内造山作用，成为秦岭造山带的北缘。太古界太华群至元古界管道口群的地层层序清晰完整。由于该区域受到板块断裂和秦岭造山带长期活动，褶皱和断层构造发育，而且岩浆活动频繁，所以岩浆岩占了相当大的比例。

研究区岀露矿岩有片麻岩、石英岩、火山岩、碎屑岩、碳酸盐岩、板岩、灰岩和新生界第四系沉积物等。其中熊耳群地层岀露的主要岩性为安山玢岩，其次为凝灰质板岩、泥质板岩层，总的厚度达到近三千米，且与下伏下元古界地层呈不整合接触。中元古界管道口群高山河组岩性为石英岩夹厚层、薄层板岩及凝灰质板岩。矿区附近一带，总的厚度达到两千多米

由于板块边界深断层和秦岭褶皱带长期活动的影响，该区域结构复杂，断层和褶皱发育。

1.2.2 采矿场地形地貌

该区位于东秦岭山系的南缘中高山区，地形变化剧烈，山势陡峭，山脉大致呈东西向走向，溪谷为东西和南北向发育。地势西面环山，中间低凹，为一山间斜坡凹地，总的来看，北高南低。地貌形态同地质构造和岩性有关，依据地貌形态类型可将矿区地貌区分为构造侵蚀地形和堆积地形。其中分布于矿区南部及东西地带的安山玢岩、石英岩由于长时间的侵蚀作用，常形成锥状山头与狭窄状的溪谷。地形起伏高差最大达270m，最高标高为一千五百多米。矿区各排土场堆积标高均达到了一千多米。

1.2.3 采矿场地层岩性

采矿场的出露地层主要是下震旦长城系熊耳群、中震旦蓟县系高山河组，矿岩包括安山玢岩、安山岩、角闪片岩、板岩、石英岩、石英砂岩与第四系冲洪积物等。南露天矿各方面情况复杂，除了上述矿岩，采矿境界内还包括以花岗斑岩与辉绿岩为主的侵入岩。

1.2.4 采矿场地质构造

整个采场由于受到区域断裂----燕门凹断裂带的影响，断层、节理、裂隙等地质构造非常发育，由野外踏勘qzsaqZ1及室内资料整理可知，越靠近该断层，岩体完整性越小，断层与节理裂隙越发育。图1.1为燕门凹断层剖面图。

在采矿区安山玢岩分布区域节理、裂隙较发育，且复杂密集，矿体边缘及其它岩石中的节理相对较为简单和稀疏。野外对采矿区内的节理裂隙进行了编录，经统计分析得到的结果如下：

（1）东帮主要发育有以下几组节理：325～345°∠45～90°，260～280°∠60～90°；

（2）北帮主要发育有以下几组节理：145～165°∠60～80°，260～280°∠65～75°，85～100°∠55～65°；

（3）南邦主要发育有以下几组节理：105～125°∠60～85°，230～265°∠65～75°；

（4）西帮主要发育有以下几组节理：107～121°∠60～64°，270～285°∠60～65°，3～25°∠35～65°。

1.2.5 采矿场气象特征及水文地质条件

区内气候为高山气候，它所具有的的特征为：日夜温差较大，为5～13°，温度最高达到二十多度，最低达到零下二十几度；相对湿度为50～70％；主要降雨期为5～9月；年最大降雨量为1240.8mm，雨季主要在在6、7、8三个月，多年平均最大昼夜降雨量为70mm，年蒸发量小于同年降雨量。此外，本区的雪降期尤为特殊，冬季地表冻结厚度0.40m左右，积雪厚度一般为0.25m左右。一年中雪降延续时间长达半年，结冰期一月份为31日，4月为9日，10月为11日，均显示了高山气候的独特性。

1.2.6 岩石的可钻性

表1.1为岩石可钻性分级表，可供参考。凿碎比能a可按a=40f近似估算。

岩石的可钻性及其分类在钻孔生产中非常重要。它是选择钻孔机具，钻孔方法等的基础，也是评价钻孔设备生产效率的基础。 影响岩石可钻性的主要因素有很多，包括硬度与强度，弹酥性，矿物的组成与结构、密度等。 一般来说，石英含量较少时，颗粒较粗，结构疏松，胶结程度轻，岩石经过风化和改变时岩石的可钻性较好，岩石的强度和硬度较高， 耐磨性较强，岩石完整性好时，岩石可钻性就较差。

1.2.7 岩石的可爆性

岩石的可爆性表示岩石在炸药爆炸作用下发生破碎的难易程度。为了预测爆炸消耗量和设定定额，并为爆破设计的优化提供基本参数，对岩石的可爆性性进行分类是非常必要的。从17世纪开始人们就以各种方法对岩石进行分级，其难度与复杂性不言而喻。通常采用的是岩石坚固性（普式）分级方法，并在此基础上编制了土壤及岩石分类表，它将土壤和岩石分成Ⅰ-ⅩⅥ类。通过该表可确定所需的开挖方法与工具，同时可作为判断岩石爆破难易程度的依据，还可作为设计爆破参数的依据。除了要考率岩石的坚固性之外，岩石的可爆性还与岩体的裂隙程度、岩体中所含有的不同大块构体有关，当然除了与岩体自身的因素有关之外，所选炸药的品种、装药的结构以及炸药单耗也是影响岩石可爆性的因素。

1.2.8 岩石的温度效应

温度对岩石性能的影响分为高温的影响与低温的影响两种情况。针对该矿区独特的高山气候主要对低温的影响加以论述。

岩石在经过反复的冻融后，其强度就会有明显的降低，尤其在节理裂隙越发育的区域，同时如果节理裂隙水越发育，强度就会下降的越明显，主要原因是构成岩石的各种矿物的物理及化学性质不同，当温度发生较大的变化时，由于矿物的膨胀与收缩不均匀，会形成不同的膨胀压力与收缩力，从而导致岩石结构发生挤压与剪切破坏；并且当温度降到0℃以下后，岩石孔隙与裂隙中的水会被冻结，水的体积就会增大很多，从而会产生很大的膨胀压力挤压周围的岩石，压力达到一定程度时，就会使岩石的结构发生改变，甚至产生破坏效应。

1.3 主要工程量和技术要求

南露天矿平均剥采比约为1.7：1，储量约为北露天矿的1/2，矿体长约2200m，呈北西-南东走向，大至呈透镜状，倾角比较陡立（近80°），水平厚度500-700m，垂直厚度约600-700m。设定南露天矿生产能力为800万t/a。由土壤及岩石（普式）分类表可得矿岩平均密度为2.6t/m³-2.9t/m³。

根据《爆破安全规程》（GB 6722-2014）的规定：爆破个别飞散物对人员的最小安全距离不小于200m。爆破区域距离周围的排土场最近约300m，最远距离约1000m,居民区及学校等建（构）筑物均在300m以外。

1.4 设计依据

1. 《爆破安全规程》（GB 6722-2014）；
2. 《民用爆炸物品安全管理条例》国务院令466号；
3. 《工程爆破理论与技术》（中国工程爆破协会编）；
4. 《矿山安全法》；
5. 《采矿设计手册》编写委员会.采矿设计手册—露天开采卷（中国建筑工业出版社） ；
6. 矿山相关工程水文地质资料。

第2章 设计方案选择

2.1 露天爆破方案

露天开采中使用的爆破方法有：（1）浅孔爆破法 ，主要用于小型矿山、山头或平台的局部爆破及大块的二次破碎等；（2）深孔爆破法，是露天台阶正常采掘生产爆破最常用的方法，该方法又按照起爆顺序的不同，可以分为齐发爆破、毫秒迟发爆破和微差爆破等，其中使用最广泛的是微差爆破，深孔爆破孔径通常大于50mm，孔深大于5m；（3）硐室爆破法，是预先开挖好硐室，在将药包集中布置的一种爆破方法；（4）药壶爆破法，在穿孔工作困难的条件下使用，将深孔孔底用药壶法扩孔；（5）外复爆破法，用于二次破碎及处理底根等；（6）蛇穴爆破法，利用阶梯地形，开挖炮硐爆破，然后装药爆破。

毫秒爆破是露天深孔台阶爆破中主要使用的一种爆破方法。毫秒爆破中临近两段装药的起爆时间间隔很短，有着复杂的相互作用，可以有效改善爆破质量和使得爆破危险大大降低，使得炸药爆炸时的能量得到充分利用，提高了破碎程度，降低了大块率，同时利用了空气冲击波和个别飞石的碰撞挤压能量，使其成为有用功，分别在时间与空间上分散了爆破振动效应，降低了同时爆破量，也降低了对周围环境破坏作用与影响。

2.2 爆破方案的选择

选择合理的爆破方案，考虑选择使用大型设备、先进的器材和具有明显优势的爆破技术，不仅可以有效的改善爆破质量，而且也可以使得矿山的生产能力得到很大的提升；合适的爆破方案可以使得先进的爆破技术得到更加充分地利用，比如预裂爆破、宽孔距小抵抗线技术、毫秒爆破等技术，它们的广泛应用，使得矿山爆破更加精细化，使得爆破效果、爆破危害得到有效的控制，使采矿成本大大降低，从而提高了生产的经济效益。而深孔爆破就可以更加容易的实现大型的设备与先进的爆破技术的运用。

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