穿孔爆破作业

各类钻机及其相应特性一览表
钻机种类
火钻 手持式 凿岩
台车 凿岩台车 钢绳冲击钻 潜孔钻 旋转式钻机 牙轮钻机
钻孔直径(mm)
一般
最大
最小
200~ 250
38~ 42
380~ 580
100~ 150
23~ 25
56~ 76
200~ 250
150~ 250
45~ 160 250~ 310
100~ 140 300
药包间距计算经验公式
爆破类型 松动爆破
地形条件
平坦 斜坡、台阶
平坦
加强松动爆破 抛掷爆破
斜坡 多面临空
斜坡
岩性
间距公式
土、岩 土、岩
岩石 土、软岩
硬岩 软岩
土
土、岩 土、岩
(0.8~1.0)W (1.0~1.2)W
0.5W(1+n)
W3 f (n)
W3 f (n)
(1~1.34)nW
(0.8 ~0.9)W 1 n2
采矿学教学课件
——金属矿床露天开采
露天开采
绪论 矿床品位与储量计算 岩石的力学性质及分级 最终开采境界的确定 露天开采程序 露天矿生产计划 露天矿床开拓 露天开采的生产工艺 矿山技术经济
第十八章 露天开采工艺
金属矿床露天开采一般要经过以下四道生产工序：穿孔、 爆破、铲装及运输和排岩，以上各工序环节相互衔接、 相互影响、相互制约，共同构成了露天开采的最基本生 产周期，本章将介绍以上各生产工序中的主要问题。
❖ 爆堆堆积形态好，前冲量小，无上翻，无根底，爆堆集中且有 一定的松散度，以利于提高铲装设备的效率。在复杂的矿体中不 破坏矿层层位，以利于选别开采；
❖ 无爆破危害，由于爆破所产生的地震、飞石、噪音等危害均应 控制在允许的范围内，同时，应尽量控制爆破带来的后冲、后裂 和侧裂现象。
❖ 爆破设计合理，使整个开采过程中的穿孔、爆破、铲装、破碎 等工序的综合成本最低。
在露天开采的总生产费用中，爆破作业费用大约占 15%~20%。
露天开采对爆破工作的基本要求
❖ 有足够的爆破贮备量，以满足挖掘机连续作业的要求，一般要 求每次爆破的矿岩量至少应能满足挖掘机5~10昼夜的采装需要； ❖ 要有合理的矿石块度，以保证整个开采工艺过程中的总费用最 低。 具体说来，生产爆破后的矿岩块度应小于挖掘设备铲斗所允 许的最大块度和粗碎机入口所允许的最大块度；
按爆破后岩石的破碎程度和堆积状态，硐室大 爆破的方式有以下两种：破碎松动爆破、 抛掷 爆破：
2.2.2 大爆破的设计原则及要求
经济合理性原则：在保证良好的爆破效果的前提下，尽可能减少 基建投资与爆破工程量，加快基建工程的建设速度、降低爆破成 本；
爆破设计要求：根据矿山基建期与生产期的整体要求，结合矿床 的地形地质条件，科学合理地确定大爆破的各项参数及爆破范围， 应尽量方便施工，不给后续工程留下隐患；
东鞍山铁矿 f=8~20
31780 29491
28688 22650
34320 29220
水厂铁矿
f=8~14
35877
31705
35220
眼前山铁矿 矿：f=16~20 岩： f=8~12
齐大山铁矿 f=12~18
25240 30738
22433 24012
28032 23160
歪头山铁矿 f=12~15
牙轮钻头
1.3.3 牙轮钻机的工作参数
钻压的确定 取决于矿岩的物理机械性质（硬度系数）、钻头的承 载能力和钻机的技术性能。
钻速与钻具的转速 轴压和岩石硬度不同，钻速都有相应的合理取值范围， 如当f＝15－20时，宜采用重型钻机，转速取50－ 80r/min。
排渣风速和风量的确定 根据炮孔直径、钻杆直径和要求的排渣风速，在风量 诺模图上查取所需的风量。
508~ 762
380~ 445
38~ 42 150
65~ 80
90~ 100
用途
含石英高的极硬岩石
浅孔凿岩和二次破碎 等辅助作业
小型矿山的主要穿孔 作业或大型矿山辅助
作业 大中型露天矿山各种
硬度的岩石 主要用于中小型矿山
中硬以上的岩石 软至中硬矿岩
大中型矿山中硬至坚 硬的岩石
钻孔方法
热力破碎 冲击式机械破碎 冲击式机械破碎 冲击式机械破碎 冲击式机械破碎 切削式机械破碎 滚压式机械破碎
26057
27172
29352
钻机的台年综合效率 是钻机台班工作效率 与钻机年工作时间利 用率的函数。影响钻 机工作时间利用率的 主要因素有两方面： 一是因组织管理不科 学造成的外因停钻时 间；另一方面是钻机 本身故障所引起的内 因停钻时间。
1.3.5 牙轮钻机设备需求数量的确定
N
Q
L.q1 e
式中： N 所需钻机设备的数量，台； Q 矿山设计年采剥总量，吨； L 每台牙轮钻机的年穿孔效率，m/年； q 每米炮孔的爆破量，t/m； e 废孔率，%；
露天开采过程中的爆破作业种类
基建期的剥离大爆破 生产期台阶正常采掘爆破 控制爆破
2.2 基建剥离大爆破
概述 大爆破的设计原则及要求 主要爆破参数
2.2.1 概述
在山坡露天矿的基建期，为了剥离矿体上部 （或侧向）较厚的覆盖岩层，平整工业场地、 开挖公路或铁路运输通道，通常要进行大爆破。 这种大爆破系指利用开凿地下硐室进行集中装 药的大型爆破工程，又称为硐室大爆破。
穿孔作业 爆破作业 采装与运输 排岩作业
1 穿孔作业
概述 穿孔方法与穿孔设备 牙轮钻机
1.1 概述
穿孔作业是矿床露天开采的第一道生产工序， 其作业内容是采用某种穿孔设备在计划开采的 台阶区域内穿凿炮孔，为其后的爆破工作提供 装药空间。
穿孔工作质量的好坏直接影响着爆破工序的生 产效率与爆破质量。
在整个露天开采过程中，穿孔作业的成本约占 矿石开采总生产成本的10％~15％ 。
1.2 穿孔方法与穿孔设备
穿孔方法：热力破碎法与机械破碎法，其相应 的穿孔设备有火钻、钢绳式冲击钻、潜孔钻、 牙轮钻与凿岩台车。
露天矿穿孔设备的选择主要取决于开采矿岩的 可凿性、开采规模要求及设计的炮孔直径。
目前露天矿山常用的穿孔设备：大型露天矿多 用牙轮钻；中小型露天矿常用潜孔钻。
0.5W(1+n)~nW nW~0.9W 1 n
2.2.3.4 装药量的计算
装药量是标准炸药单耗q与爆破作用指数n和最小抵抗线W的函数，
通常依据以下的经验公式计算：
(1) 松动爆破的装药量：
斜坡地形 Q = 0.36 qW 3
平坦地形
Q = 0.44 qW 3
(2) 抛掷爆破和加强松动爆破的装药量：
125 115
103~120 122~133
103~126 120~135
137 110
89~97 114~125
1.3.6 提高牙轮钻机穿孔效率的途径
一方面应继续改进牙轮钻机本身的技术性能， 提高钻头的工作强度与使用寿命；
另一方面，在牙轮钻机穿孔作业时，应当合理 配置好各种工作参数，协调好生产中的组织管 理，提高钻机的工作时间利用率。
V
3.75
Pn
9.8 103
Df
式中：P 轴压，N； n 钻具的转速，r/min；
D 钻头的直径，cm； f 岩石的坚固性系数；
1.3.4.2 钻机的台年综合效率
矿山名称
矿岩硬度 (f)
矿岩穿孔单台平均综合效率(m/a)
1994年 岩：f=8~12
Q = (0.4+0.6n3) qW 3
此计算方法在W25m的时，计算结果较符合实际。如果 W25m，计算出的药量偏小，应再将计算结果乘以系数k：
k
W 25
从式中可以看出，W值越大，k值就越大，Q值也相应增大。但当W
值很大时，则需对药量进行特别校验。
2.3 生产台阶正常采掘爆破
概述 生产台阶正常采掘的爆破方法 台阶正常采掘爆破参数及爆破设计
1.3 牙轮钻机
牙轮钻机的工作原理 牙轮钻机的钻具 牙轮钻机的工作参数 牙轮钻机的生产能力 牙轮钻机设备需求数量的确定 提高牙轮钻机穿孔效率的途径
1.3.1 牙轮钻机的工作原理
主要是通过钻机的回转和推压机构使钻杆带动 钻头连续转动、同时对钻头施加轴向压力，以 回转动压和强大的静压形式使与钻头接触的岩 石粉碎破坏，钻进的同时，通过钻杆与钻头中 的风孔向孔底注入压缩空气，利用压缩空气将 孔底的粉碎岩渣吹出孔外，从而形成炮孔。
国内部分矿山每米炮孔爆破量实际指标
矿山名称
段高 (m)
孔径 (mm)
年份
东鞍山铁矿
12
大孤山铁矿
12
齐大山铁矿
12
眼前山铁矿
12
南芬露天矿
12
250
1977~1981
250
250
1980~1984
250
250
1980~1983
310
每米孔爆破矿(岩)量(t/m)
矿石
岩石
128~146 125~135
f 单层双排单侧作用药包
g 单层单排双侧不对称作用药包
h 单层双排单侧作用的不等量药包
采 空 区 i 多重作用的复合药包
2.2.3.3 药包的间距
硐室爆破的药包间距通常根据最小抵抗线和爆 破作用指数来定。
在其它条件一定时，岩石越软，药包的间距应 越大；反之，岩石越硬，药包的间距应越小。
在不同的地形地质条件下，各种硐室爆破的药 包间距的取值如下表所示。
钻机
1.3.2 牙轮钻机的钻具
牙轮钻机的钻具包括钻杆、稳杆器、减震器和牙 轮钻头四部分。
1 牙轮钻头；2 稳杆器；3 钻杆；4 减震器
三牙轮钻头外形和三牙轮钻头结构
典型的三牙轮钻头外形
三牙轮钻头结构图
1 钻头丝扣； 2 挡渣管； 3 风道； 4 牙爪； 5 牙轮； 6 塞销； 7 填焊； 8 牙爪轴颈； 9 滚柱； 10 牙齿； 11 滚珠； 12 衬套； 13 止推块； 14 喷嘴； 15 爪背合金； 16 轮背合金
2.3.2 生产台阶正常采掘的爆破方法
浅孔爆破法：辅助性爆破，修路、大块二次破 碎、处理根底、掘出入沟等。
深孔爆破法：台阶正常采掘。 药壶爆破法：用以克服较大的底盘抵抗线。 外敷爆破法：大块二次破碎及处理根底。
2.3.3 台阶正常采掘爆破参数及爆破设计
炮孔布置示意图 炮孔底盘抵抗线 布孔方式与布孔参数 炮孔规格与超深 孔装药量与装药结构 起爆方案与起爆网络
2.3.1 概述
露天台阶正常采掘爆破是在每一生产台阶分区依次进 行的，爆破区域的大小即为一个采掘带。对于每一爆 破区域当前序穿孔作业完成炮孔的穿凿工作后，爆破 工序即开始运行。
首先，由爆破设计人员依据穿孔工序所生成的实测布 孔图进行爆破设计与计算。
设计的内容主要有炸药类型及单耗(或装药密度)的选 取，炮孔装药结构设计，每孔装药量与总炸药消耗量 计算，起爆网络及起爆方式设计，然后爆破人员依据 爆破方案进行炮孔装药及实施爆破。
2.2.3.1 最小抵抗线W
从装药重心到自由面的最短距离。即为该
药包的最小抵抗线W。 最小抵抗线的大小取决于爆破工程的要求、地
形条件和药包的布置方式。
药包的布置形式与抵抗线
a 单层单排单侧作用药包
b 单层双排单侧作用药包
c双层单排单侧作用药包
d 单层单排双侧作用药包
e 单层多排主药包双向作用 辅药包单向作用
牙轮钻头破碎岩石的机理实际上是冲击、压入 和剪切的复合作用。
KY-310型牙轮钻机
1 钻杆； 2 钻杆架； 3 起落立架油缸； 4 机棚； 5 平台； 6 行走机构； 7 钻头； 8 千斤顶； 9 司机室 10 净化除尘装置； 11 回转加压小车； 12 钻架； 13 动力装置
爆破质量要求：爆堆的形态及分布应符合要求，降低大块率，减 少边缘欠挖量，爆破后形成的场地要平整。
爆破安全要求：在工业场地、重要建筑物或重要设施附近进行大 爆破时，必须保证周围环境的安全，在采场边帮附近进行大爆破 时，必须保证采矿场边帮的稳定；
2.2.3 主要爆破参数
最小抵抗线W 药包的间距 装药量的计算
2 爆破作业
概述 基建剥离大爆破 生产台阶正常采掘爆破 靠帮并段台阶的控制爆破
2.1 概述
爆破工作是露天开采中的又一重要工序，通过爆破作 业将整体矿岩进行破碎及松动，形成一定形状的爆堆， 为后续的采装作业提供工作条件。
爆破工作质量、爆破效果的好坏直接影响着后续采装 作业的生产效率与采装作业成本。
1.3.4 牙轮钻机的生产能力
牙轮钻机的台班生产能力 钻机的台年综合效率
1.3.4.1 牙轮钻机的台班生产能力
Vb = 0.6 V Tb 式中： Vb 牙轮钻机台班生产能力，m/台班；
V 牙轮钻机机械钻进速度，cm/min；
Tb 班工作时间，h； 班工作时间利用系数，一般情况下＝0.4~0.5。