露天台阶爆破设计方法探讨

杨勃++陈庆凯++雷高

摘 要：露天台阶爆破在国民经济建设中具有广泛的应用，在煤炭、金属矿、建材矿山等工程领域，爆破方法是破碎矿岩的主要手段。结合国内外露天台阶爆破设计方法与工程实践，总结了露天台阶爆破的钻孔形式、布孔方式和爆破参数的设计计算方法，并应用于工程实例中，为露天台阶爆破设计提供一个参考。

关键词：露天台阶 爆破设计 抵抗线 填塞长度 单位炸药消耗量

中图分类号：TD235 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（a）-0070-02

露天台阶爆破被广泛应用于矿山、公路、铁路和水利水电等工程中。据不完全统计，近年来我国采用露天台阶爆破进行露天开采的矿石产量比例逐年增加，其中，铁矿石开采占90%，有色金属矿石开采占52%，化工原料开采占70.7%，建筑材料开采近100%[1]。随着各种土石方工程难度的增大和爆破成本的增加，露天台阶爆破设计方案越来越受到业内人士的关心。爆破设计方案是爆破施工的前提条件，直接决定着爆破效果和经济效益[2]。

国内传统的露天台阶爆破设计方法是：首先根据炮孔直径确定底盘抵抗线，其次根据岩性选取单位炸药消耗量，最后再确定孔距、排距、填塞长度等其它爆破参数。笔者结合多年国内外爆破设计和工程实践所学知识，介绍一种新的设计思路，首先根据台阶高度选取钻孔直径，再依据岩性和爆破目的计算填塞长度、抵抗线等爆破参数，最后计算出单位炸药消耗量。

1 露天台阶爆破设计

1.1 台阶要素

露天台阶爆破的台阶要素主要包括：台阶高度、炮孔直径、填塞长度、最小抵抗线、底盘抵抗线、孔距和排距b、炮孔长度和装药长度等。

1.2 钻孔形式

露天台阶爆破钻孔形式一般分为垂直钻孔和倾斜钻孔两种，倾斜孔较垂直孔具有更多的优点，但因钻凿倾斜孔的操作技术要求高，且在装药过程中容易堵孔，故垂直孔应用的比较广泛。

1.3 布孔方式

布孔方式有单排布孔及多排布孔两种。多排布孔又分为矩形（含方形）和梅花形（又称三角形）两种。

从炮孔施工方面来说，矩形布孔更容易定位，钻机移动次数少；从能量均匀分布角度来看，梅花布孔更为理想，特别是等边三角形布孔，但梅花布孔在爆区两端经常需要进行补孔，以便获得均匀整齐的岩面。实际布孔应根据露天台阶爆破作业要求、岩体性质以及工作面情况综合考虑[4]。

1.4 爆破参数

1.4.1 台阶高度

台阶高度取决于生产规模、挖掘设备的作业技术参数和对开采选别性的要求，控制着台阶垂直方向的能量分布，影响岩石抛掷过程和其它爆破参数。一般按现有的钻孔、挖装设备和开挖条件确定台阶高度。目前，金属矿石的台阶高度多为12 m；煤矿台阶高度为10～15 m；水利水电工程，台阶高度一般为8～15 m。随着钻机和施工机械的发展，国内外已有向高台阶方向发展，且爆破质量和经济技术指标得到大幅度提高。

1.4.2 炮孔直径

炮孔直径控制着垂直方向能量的分布，而且是主要因素。炮孔直径决定了其它爆破参数的大小，如填塞长度、最小抵抗线等。通常，钻大直径孔较小直径孔省钱，所以钻孔直径越大越好。但是，随着钻孔直径的增加，炸药单耗不变的情况下，孔网参数变大，岩块粒度也会加大。如果想保持岩块粒度不变，就必须增加炸药单耗，孔网参数相对减小。

由于岩体不同程度地存在着节理、层理和断层等自然缺陷，为了爆破后获得可接受的块度，最大炮孔直径往往受到了限制。炮孔直径与台阶高度之间存在一定比例关系。

（1）

炮孔直径取值的大小与岩体节理裂隙发育程度和爆破目的相关。当岩体节理裂隙很发育时，取1/50，当岩体节理裂隙很不发育时，取1/80。

1.4.3 超深

超深是指钻孔超过台阶底盘水平的深度，只有需要的时候，才设置超深，其值大小与炮孔直径成一定比例关系。

（2）

超深取决于岩体结构和类型，而且与挖掘设备要匹配，避免超挖。

1.4.4 炮孔长度和装药长度

垂直钻孔时，炮孔长度L等于台阶高度与超深之和。

（3）

为了充分利用炮孔的长度，一个炮孔的长度除了填塞以外，其余长度全部用于装药。

（4）

1.4.5 填塞长度

填塞长度由炮孔直径控制，也决定着抵抗线的大小。

（5）

填塞长度取决于爆破块度的要求和填塞物的性质，如密度大的硬岩（铁矿石）取小值，要求控制飞石时取大值。

1.4.6 最小抵抗线

为了克服抵抗线向前和向上两个方向上的约束，抵抗线和填塞长度保持一种平衡关系。

（6）

抵抗线取值的大小取决于岩体的节理裂隙发育程度和爆破目的。

对于垂直钻孔，排距就是最小抵抗线B。但在顺层节理面明显，底盘抵抗线较大时，最小抵抗线不同于底盘抵抗线。此时，底盘抵抗线值较大，应采取相应措施，增加头排孔数目及装药量，用以克服较大的阻力。

1.4.7 孔距

孔距大小由抵抗线大小决定，与布孔方式有关，采用等边三角形布孔最好，它决定了水平方向上的能量分布。

（7）

1.4.8 炸药类型及单孔装药量

根据岩性及爆破条件选取炸药类型，如炮孔中无水，且节理裂隙较发育时，可选用多孔粒状铵油炸药，炮孔中有水时则应选用乳化炸药。选择完炸药以后，先计算出每米炮孔长度装药量（延米装药量）Ky，然后根据下式计算出单孔装药量。

（8）

1.4.9 单位炸药消耗量q

单位炸药消耗量可用公式（9）计算得出。endprint

（9）

单位炸药消耗量q是露天台阶中的重要指标，影响炸药单耗的因素有很多，主要有炸药性能、岩体的可爆性、爆破目的等。所以，对于同样的岩性，使用同样的炸药，因为爆破目的的不同，单位炸药消耗量有较大差异也是可能的。设计计算出的q值是否合理可与表1对照比较。表1中的q值只能作参考，不可强求相同。

1.5 起爆方案

尽管多排孔的布孔方式只有矩形和三角形两种，但是起爆顺序却是变化万千，主要有排间顺序起爆、V形起爆、斜线起爆、梯形起爆和逐孔起爆等。由于大量工程实践表明，逐孔起爆具有明显的优势，所以这里只介绍逐孔起爆。

所谓逐孔起爆技术，就是爆区中任何一个炮孔爆破时，在空间上相邻的炮孔都是按照一定的起爆顺序单独起爆的爆破技术。核心是先起爆的炮孔为后起爆的炮孔提供新的动态的自由面。逐孔起破技术要求起爆雷管的精度高，延时误差小，爆破设计必须精准而且能够优选爆破设计方案。

确定孔间和排间延期间隔时间是实现逐孔起爆的重要保证，以形成新自由面所需要的时间确定毫秒延期间隔时间是常用的方法，可用公式（10）计算：

Δt=k·B （10）

式中k-与岩石性质、结构构造和爆破条件有关的系数。孔间取2～8 ms/m，排间取10～16 ms/m，硬岩取小值，软岩取大值，节理裂隙发育时取大值。

2 应用实例

2.1 实例条件

例1：金矿，台阶高度6 m，节理裂隙发育，岩石硬度大，无水。

要求：用挖掘机铲装，一次挖掘高度3 m，避免过分前抛。

例2：铁矿，台阶高度12 m，节理裂隙很发育，无水，硬岩。

要求：电铲铲装，一次挖掘高度12 m，中等前抛。

例3：土石方，台阶高度4 m，坚硬岩体，有水，节理裂隙不发育，必须控制飞石。

要求：挖掘机分两步铲装，一次挖掘高度2 m，中等前抛。

2.2 设计结果（见表2）

3 结语

露天台阶爆破是一个复杂的过程，且是一门较为成熟的技术。在实际爆破作用过程中，爆破参数选择是否合理，直接决定着爆破效果和经济效益。通过对露天台阶爆破钻孔形式、布孔方式和各个爆破参数的设计介绍，为国内露天台阶爆破设计提供一种新的思路。

设计不是一成不变的。针对某个具体的露天台阶爆破工程，依据设计进行爆破实践，根据爆破效果好与坏调整爆破参数，再实践，再调整，循环往复，直至确定最佳的爆破参数为止。爆破现场的条件千变万化，必须有大量的爆破工程实践经验，才能应对各种复杂爆破设计。

参考文献

[1] 汪旭光，郑炳旭，张正忠，等.爆破手册（上册）[M].北京：冶金工业出版社，2013.

[2] 苏都都，严鹏，卢文波，等.露天台阶爆破爆堆形态的PFC模拟[J].爆破，2012，29（3）：35-41.

[3] 高尔新，杨仁树.爆破工程[M].徐州：中国矿业大学出版社，1999.

[4] 祁茂富，尚文凯.台阶深孔爆破产生根底与大块原因分析及其控制措施探讨[J].露天采矿技术，2003，1：10-12.endprint

（9）

单位炸药消耗量q是露天台阶中的重要指标，影响炸药单耗的因素有很多，主要有炸药性能、岩体的可爆性、爆破目的等。所以，对于同样的岩性，使用同样的炸药，因为爆破目的的不同，单位炸药消耗量有较大差异也是可能的。设计计算出的q值是否合理可与表1对照比较。表1中的q值只能作参考，不可强求相同。

1.5 起爆方案

尽管多排孔的布孔方式只有矩形和三角形两种，但是起爆顺序却是变化万千，主要有排间顺序起爆、V形起爆、斜线起爆、梯形起爆和逐孔起爆等。由于大量工程实践表明，逐孔起爆具有明显的优势，所以这里只介绍逐孔起爆。

所谓逐孔起爆技术，就是爆区中任何一个炮孔爆破时，在空间上相邻的炮孔都是按照一定的起爆顺序单独起爆的爆破技术。核心是先起爆的炮孔为后起爆的炮孔提供新的动态的自由面。逐孔起破技术要求起爆雷管的精度高，延时误差小，爆破设计必须精准而且能够优选爆破设计方案。

确定孔间和排间延期间隔时间是实现逐孔起爆的重要保证，以形成新自由面所需要的时间确定毫秒延期间隔时间是常用的方法，可用公式（10）计算：

Δt=k·B （10）

式中k-与岩石性质、结构构造和爆破条件有关的系数。孔间取2～8 ms/m，排间取10～16 ms/m，硬岩取小值，软岩取大值，节理裂隙发育时取大值。

2 应用实例

2.1 实例条件

例1：金矿，台阶高度6 m，节理裂隙发育，岩石硬度大，无水。

要求：用挖掘机铲装，一次挖掘高度3 m，避免过分前抛。

例2：铁矿，台阶高度12 m，节理裂隙很发育，无水，硬岩。

要求：电铲铲装，一次挖掘高度12 m，中等前抛。

例3：土石方，台阶高度4 m，坚硬岩体，有水，节理裂隙不发育，必须控制飞石。

要求：挖掘机分两步铲装，一次挖掘高度2 m，中等前抛。

2.2 设计结果（见表2）

3 结语

露天台阶爆破是一个复杂的过程，且是一门较为成熟的技术。在实际爆破作用过程中，爆破参数选择是否合理，直接决定着爆破效果和经济效益。通过对露天台阶爆破钻孔形式、布孔方式和各个爆破参数的设计介绍，为国内露天台阶爆破设计提供一种新的思路。

设计不是一成不变的。针对某个具体的露天台阶爆破工程，依据设计进行爆破实践，根据爆破效果好与坏调整爆破参数，再实践，再调整，循环往复，直至确定最佳的爆破参数为止。爆破现场的条件千变万化，必须有大量的爆破工程实践经验，才能应对各种复杂爆破设计。

参考文献

[1] 汪旭光，郑炳旭，张正忠，等.爆破手册（上册）[M].北京：冶金工业出版社，2013.

[2] 苏都都，严鹏，卢文波，等.露天台阶爆破爆堆形态的PFC模拟[J].爆破，2012，29（3）：35-41.

[3] 高尔新，杨仁树.爆破工程[M].徐州：中国矿业大学出版社，1999.

[4] 祁茂富，尚文凯.台阶深孔爆破产生根底与大块原因分析及其控制措施探讨[J].露天采矿技术，2003，1：10-12.endprint

（9）

单位炸药消耗量q是露天台阶中的重要指标，影响炸药单耗的因素有很多，主要有炸药性能、岩体的可爆性、爆破目的等。所以，对于同样的岩性，使用同样的炸药，因为爆破目的的不同，单位炸药消耗量有较大差异也是可能的。设计计算出的q值是否合理可与表1对照比较。表1中的q值只能作参考，不可强求相同。

1.5 起爆方案

尽管多排孔的布孔方式只有矩形和三角形两种，但是起爆顺序却是变化万千，主要有排间顺序起爆、V形起爆、斜线起爆、梯形起爆和逐孔起爆等。由于大量工程实践表明，逐孔起爆具有明显的优势，所以这里只介绍逐孔起爆。

所谓逐孔起爆技术，就是爆区中任何一个炮孔爆破时，在空间上相邻的炮孔都是按照一定的起爆顺序单独起爆的爆破技术。核心是先起爆的炮孔为后起爆的炮孔提供新的动态的自由面。逐孔起破技术要求起爆雷管的精度高，延时误差小，爆破设计必须精准而且能够优选爆破设计方案。

确定孔间和排间延期间隔时间是实现逐孔起爆的重要保证，以形成新自由面所需要的时间确定毫秒延期间隔时间是常用的方法，可用公式（10）计算：

Δt=k·B （10）

式中k-与岩石性质、结构构造和爆破条件有关的系数。孔间取2～8 ms/m，排间取10～16 ms/m，硬岩取小值，软岩取大值，节理裂隙发育时取大值。

2 应用实例

2.1 实例条件

例1：金矿，台阶高度6 m，节理裂隙发育，岩石硬度大，无水。

要求：用挖掘机铲装，一次挖掘高度3 m，避免过分前抛。

例2：铁矿，台阶高度12 m，节理裂隙很发育，无水，硬岩。

要求：电铲铲装，一次挖掘高度12 m，中等前抛。

例3：土石方，台阶高度4 m，坚硬岩体，有水，节理裂隙不发育，必须控制飞石。

要求：挖掘机分两步铲装，一次挖掘高度2 m，中等前抛。

2.2 设计结果（见表2）

3 结语

露天台阶爆破是一个复杂的过程，且是一门较为成熟的技术。在实际爆破作用过程中，爆破参数选择是否合理，直接决定着爆破效果和经济效益。通过对露天台阶爆破钻孔形式、布孔方式和各个爆破参数的设计介绍，为国内露天台阶爆破设计提供一种新的思路。

设计不是一成不变的。针对某个具体的露天台阶爆破工程，依据设计进行爆破实践，根据爆破效果好与坏调整爆破参数，再实践，再调整，循环往复，直至确定最佳的爆破参数为止。爆破现场的条件千变万化，必须有大量的爆破工程实践经验，才能应对各种复杂爆破设计。

参考文献

[1] 汪旭光，郑炳旭，张正忠，等.爆破手册（上册）[M].北京：冶金工业出版社，2013.

[2] 苏都都，严鹏，卢文波，等.露天台阶爆破爆堆形态的PFC模拟[J].爆破，2012，29（3）：35-41.

[3] 高尔新，杨仁树.爆破工程[M].徐州：中国矿业大学出版社，1999.

[4] 祁茂富，尚文凯.台阶深孔爆破产生根底与大块原因分析及其控制措施探讨[J].露天采矿技术，2003，1：10-12.endprint