[发明专利]一种采用后退式分段爆破矿体的炮孔布置及装药方法

说明书

本发明公开了一种采用后退式分段爆破矿体的炮孔布置及装药方法，前排主爆破孔(2)与后排主爆破孔(4)之间的排距为2.8m～3.3m，在前排主爆破孔(2)与后排主爆破孔(4)之间设有一排超前致裂炮孔(3)；在超前致裂炮孔(3)中装有双向聚能装药装置；双向聚能装药装置含有装药管，装药管上设有十字型聚能槽，串联后的装药管及装药管两端的封堵盖构成双向聚能装药装置，并通过导爆索将双向聚能装药装置悬吊在超前致裂炮孔中间。本发明具有爆破效果好、大块率低、炸药单耗低、能量利用率高的优点，解决了深部矿井高应力环境造成矿石回采过程中炸药单耗高、能量利用率低等问题。

技术领域

本发明属于矿山爆破开采技术领域，对深部高应力矿体采用垂直下向孔方式爆破尤为适用。

背景技术

随着浅部矿山资源的逐渐减少，深部开采已经成为未来矿业开发的必然趋势。澳大利亚、加拿大、南非等国深井开采深度一般为1000～2900m，最深达到4800m。据统计与预测，我国在2016-2020年期间有50余座金属矿山进入地下1000m以下开采，其中有近一半在未来10～20年间开采深度将达到1500m以深。

随着采矿深度的增加，矿体和岩石中的地应力也逐渐加大。深部金属矿床开采面临着高应力、高井温、高井深的特殊开采环境，采用传统的采矿模式难于实现深部资源的安全高效经济开采。在采场矿石回采过程中，高地应力环境带来的高围压对采场被爆矿(岩)体夹制约束作用大，使炸药单耗增加，能量利用率降低，爆破块度大，大块率高，导致铲装效率降低，爆破成本增加。同时深部高应力条件下，易于诱发岩爆事故，对采场生产作业安全构成较大威胁。

目前对于深部高应力爆破，大多集中在对深井高应力围岩爆破机理的研究方面，包括深部矿体(岩)初始应力分布和应力场特征及初始应力对岩体松动爆破的影响。武汉大学博士学位论文《深部岩体开挖爆破与瞬态卸荷耦合作用效应》针对深部岩体爆破开挖过程中爆炸荷载与地应力瞬态卸荷耦合作用效应问题,采用理论分析、数值计算和工程验证相结合的方法,开展了系列研究，得出“深部岩体爆破开挖过程中,开挖面上地应力瞬态卸荷伴随着爆破破岩裂纹扩展、爆生气体逸出以及新自由面形成等过程而发生”的结论，但未对如何利用高压应力进行深部矿体爆破进行研究。发明专利“深部采场高应力诱导爆破崩矿方法”(申请号：201610227099.8)提出了一种高应力下的诱导爆破方法，该专利是根据爆破数值模拟的地应力分布情况，划分爆破回采区域，采用不同的爆破参数进行爆破作业；但由于构造应力的复杂性，采场实际地应力分布难易掌握，故该专利的适用条件受到很大限制，只适用于初始构造应力理想分布的情况。

本发明人团队的研究表明，针对深部高应力环境下矿体回采，矿块垂直走向布置，矿块两侧均为矿体，矿块后退式推进方向以及上下方向因受采切工程布置地应力已发生转移，矿块仅在长度走向两侧受到较大的地应力，而矿块两侧较大的地应力限制爆破裂纹扩展，不利于爆破破岩。根据数值模拟以及水泥砂浆模型单孔试验研究，在主应力5MPa、10MPa、15MPa和20MPa时，其主应力方向裂缝扩展的长度分别为炮孔直径的14.2倍、7.49倍、5.82倍和4.52倍，而其垂直主应力方向裂缝扩展的长度分别为炮孔直径的20倍、12.43倍、8.74倍和6.6倍，由此可见，主应力方向对单孔爆破裂隙扩展影响很大。

因此，如何有序释放深部采场高地应力，降低深部岩体中储存的高弹性能量的危害，对于降低爆破炸药单耗、改善爆破效果、提高生产作业安全具有重要意义。

发明内容

为解决深部金属矿床因高应力使被爆矿体夹制作用造成的炸药单耗高、能量利用率低、爆破效果差的问题，本发明提出了一种爆破效果好、大块率低、炸药单耗低、能量利用率高的采用后退式分段爆破矿体的炮孔布置及装药方法。

为此，为实现本发明的上述目的，本发明一种采用后退式分段爆破矿体的炮孔布置及装药方法通过以下技术方案实现：