第一章 穿孔爆破

式中： V——潜孔钻机的钻进速度,cm/min; a——冲击功，j; n`——冲击频率，次/min; KB——岩石可钻性系数，1~1.1 Π——岩石可钻性指标； D——钻孔直径，cm; Kx——钻头形状系数，1~1.2。
1)影响钻机的钻进速度的因素： (1)冲击功a和冲击频率n` 由式（1-6）可知，同时提高a和n`能提 高v，但是，由于冲击功a与冲击频率n` 相互制约，所以，应寻找最佳a和n`。 因为只有在足够大的冲击功作用下，岩 石才能有效地进行体积破碎，因此，选 用相应较大的冲击功。 (2)风压 随风压的增加，钻进速度v和钻头寿命s 均相应增加，如表1-6
三.牙轮钻机 牙轮钻机是通过回转机构带动钻头回转， 借助加压机构给钻头施加轴向压力 （300~600KN）由这种动压和静压生产 的应力使岩石破碎（剪碎或压碎），同 时通过压缩空气冷却钻头并将孔底岩石 碎屑吹出孔外以形成钻孔的机械。 按岩石坚固性系数分级，其钻进速度v： V= 0.383*P*n/(f*D) (1-3) 式中：v——钻机钻进速度，cm/min; P——轴压力，KN;
2)曲线2为P增大后，v——n之间的关系。 随n的增加，v加速增加，到一定的转速 后，v反而减小，主要是钻头与岩石的接 触时间太小，未能充分发挥齿轮对岩石 的压碎作用。 实际工作中， n=80~120r/min(in soft rock), n=60~100r/min(in middle hard rock) n=50~80r/min(in hard rock) 2)曲线3为P继续增大后，v——n之间的关 系。
第一章 穿孔爆破 第一节 穿孔工作 一.岩石的可钻性 指在钻具的作用下，岩石破碎的难易程 度。 可钻性与岩石的强度，韧性，硬度等有 关。..\9-7.doc 见式（1-1） 可钻机械穿孔和热力穿孔。 目前，主要穿孔方法为机械穿孔。包括 牙轮钻机，潜孔钻机，钢丝冲击式钻机 及凿岩台车。
(3)对爆破安全的要求： 在爆破中应采取有效措施，减小震动， 飞石等对边坡及人员和财产的危害。 (4)对爆破经济上的要求： 1)根据不同的岩石条件，设计不同的孔网 参数，采用不同的炸药和装药 结构。 2)从爆破对以后的采，装，运和粗碎工作 的影响等总的经济效果，进行综合分析， 以达到降级露天矿总的生产成本为目的。
在硬岩中，有趋向采用低转速的倾向。 n=15~25r/min之间。 回转扭矩M 回转扭矩M用来切削钻头凿痕之间的岩坎。 2. 工作时间利用系数k的影响因素 (1)不可避免的影响时间，如钻机接杆，移 机定位和定期检修等。 (2)可以避免的影响时间，如等备品，等风， 水，电，投孔等。
五. 穿孔设备数量计算及选择 钻机工作台数N N=K *Q/(m*n*A*B*K1) (1-8) 钻机在册台数N` N`= N/K3 (1-9) 式中 K ——成孔率，0.9~0.95; K ——产量不均衡系数，1.1~1.15； Q——矿山每年需钻孔爆破的矿岩总量； t/y; m——钻机每年工作天数， n——每天工作班数；
3) 钻孔超深 L’：指钻孔低于台阶平盘水平部分 的深度。（2m~3m)：作用降低药柱中心位 置，以便有利于克服台阶底部阻力。 L’=(8~12)*D (1-27) 4)充填长度L2 : L2 对爆破效果有很大的影响。 L2 = （20~25）*D （1-29） 5)炸药单位消耗量q和每孔装药量Q 目前，有增大q的趋势， 前排孔：Q=q*a* Wd*k 后排孔：Q=q*a* b*k 如图1-10，1-11所示
钻头寿命 s 与 钻速及转速之间的关系如 图1-3所示，由于钻头成本占总穿孔成本 的40%以上，所以，目前矿山牙轮钻的 轴压一般为300~550KN之间，转速为 100r/min以下。 3.排渣风量Q 为了排除孔底岩渣，要求有足够的风量 和回风速度，从而对岩渣颗粒产生一定 的升力以排除出孔。 Q=3.14*(D*D-d*d)*Vh/4 (1-5) 式中：Q——排渣风量， m3 /min；
(3)排渣风量和风速 排渣需要的风速取决于岩石的容重和岩 渣粒度，一般可按表1-8 选取。 表 1-8 不同岩石容重下所需的排渣风速 岩石容重 r ≤3.2 (t/m3) 排渣风速 25~30 (m/s) r>3.2 有裂隙岩石 40~45 50
(4)钻孔直径D 当增加钻孔直径D时，可加大爆破孔网参数， 相应提高钻孔的延米爆破量和钻机的台年钻孔 爆破总量。 (5)轴压P，转速n和扭矩M 轴压力P 潜孔钻机的轴压力，主要是用来克服冲击器的 后座力，使钻头紧紧顶在岩石上，从而提高冲 击能量的传递效率。活塞每冲击一次，钻头作 用在岩石上的力可达300~1500KN,轴压力本身 对岩石破碎的效果影响不大。潜孔钻机的轴压 力远远小于牙轮钻机。 转速n:
Vh——回风速度，m/min; D——钻孔之间，m; d——钻杆直径，m;一般 D-d 要大于20mm。 目前，有增大排风量的趋势，以提高钻头寿命。 4. 钻孔直径D： 矿山实践表明，采用大直径钻孔是国内外牙轮 钻机钻孔的一致趋势，目前，最大的钻孔直径 达445mm，当然，孔径和孔网参数增大后，矿 岩爆破后的岩块直径也增大，这就要求采装运 的设备能力相应增加。
式中 D——钻孔直径，m； KB——岩石可爆性系数； ∆—— 装药密度，t/m3 KH——装药换算系数； r —— 岩石容重，t/ m3 。 按装药条件计算： Wd= {[q12*(e-p)2+4*m*h*L*q*q1]1/2 – (e-p)*q1}/(2mhq) (1-19) 式中：q1—— 每米炸药装药量，kg/m; e —— 钻孔充填系数， p—— 超深系数； m——钻孔临近系数；
3)当P增大到P/F= σy 时，岩石被压碎或剪 碎而产生体积破碎。此时的钻孔速度快， 钻头使命长。（cd段k） 4)当P继续增加到Pk时，v不继续增加（de 段），d点为牙轮钻的最大有效轴压力。 2. 转速n 转速n与钻进速度v之间的关系如图1-2所 示。 1)曲线1为P较小时的v——n之间的线性关 系。
5.工作时间利用系数 k 即钻机纯作业时间与班工作时间之比。 提高k的途径有两方面： 1)加强组织管理，缩短外因引起的钻机停 歇时间。 2)提高钻机本身质量，减小钻机故障引起 的停歇时间。
四. 潜孔钻机 潜孔钻机是冲击-回转式钻机。特点是 冲击器和钻头一起潜入孔底，有活塞运 动所产生的冲击功直接传至钻头破碎岩 石，使冲击功不致于过多地消耗在钻杆 的变形上。因此，潜孔钻机是通过冲击 破碎，回转切削以形成钻孔，用压缩空 气将岩石碎屑吹出孔外。 按岩石可钻性分级，其钻速V。 V=0.102*a*n`/(KB*Π *D*D*Kx) (1-6)
表 1-6 风压对潜孔钻机效率的影响
风压 (Mpa) 0.29~0.34 0.39 0.44~0.49 钻头平均寿命 (m/个) 9.3 13.8 46.0 平均钻进速度 (m/h) 2.1 2.5 4.5
增大风压有利于钻速和钻头寿命，所以 大孔径潜孔钻机都自带空压机以减小管 路风压损失。随着液压技术的发展，国 外出现了液压达14.7MPa的液压冲击器。 它比风动冲击器的效率提高2倍以上。
2.库图佐夫综合可爆性分级 它综合了炸药单耗，岩石坚固性和岩体 裂隙等多方面因素，并以炸药单耗为主。 如表1-12。 岩石裂隙越多，抗压强度越高，容重越 大，坚固性系数越大，岩石可爆性越好， 岩石单位炸药消耗就越大，岩石可爆性 越差。
二.爆破方法及露天矿对爆破工作的要求 1.爆破方法： 露天矿爆破的方法有： (1)浅眼爆破法：主要用于部分小型露天矿 的生产爆破和大中型露天矿的二次爆破 及处理根底。 (2)深孔爆破：主要用于露天矿正常剥采过 程中的台阶爆破（或称生产爆破），以 及临近边坡的控制爆破。 (3)大爆破（硐室爆破）法：用于露天矿基 建或扩建时期等。
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A——钻机实际台班生产能力，m/台.班； B——每米钻孔爆破量，t/m; K3——钻机作业率，牙轮钻机为 0.65~0.75;潜孔钻机为0.45~0.65。
第二节 爆破工作 一.岩石的可爆性：即岩石介质对爆破作用的抵抗 程度。通常用炸药单位消耗量q 来表示这种抵 抗程度。 1.按里热夫斯基强度分级 qB = 0.02*(σy+σl +σt )/100000 +2*r 式中： qB ——炸药的标准单位消耗量，g/m3 ; σy,σl ,σt ——分别为岩石的抗压，抗拉和抗剪强 度，Pa；
n——钻头转速，r/min; f—— 岩石坚固性系数； D——钻头直径，cm。 牙轮钻机台班生产能力为： A=0.6*v*T*k (1-4) 式中： A——钻机台班生产能力，m/台.班 T——为班工作时间，h; v——钻机钻进速度，cm/min; k——工作时间利用系数。
钻速v与设备性能和岩石性质有关。 1.轴压力P 如图1-1 所示， 1)当轴压力P很小时，P/F(F指钻头与岩石 的接触面积）大大低于σy 时，岩石仅以 表面磨蚀的方式破碎，此时，轴压力P与 钻速v成线性关系（图中ab段）。 2)随着轴压力P的增加，P/F还是小于σy 。 此时，钻头多次频繁冲击岩石，是岩石 产生疲劳破坏，钻速与P成m次方变化。 M为1.25~3之间。
r——岩石的容重， Kg/dm3 。 岩石可爆性划分为5级，25个类别。 1级——易爆岩石； qB 小于10 g/ m3 ； 2 级——中等难爆岩石；qB =10.1~20 g/m3 。 3 级——难爆岩石；qB =20.1~30 g/m3 。 4 级——很难爆岩石；qB =10.1~20 g/m3 。 5 级——极难爆岩石；qB =10.1~20 g/m3 。
三.露天矿的生产爆破 露天矿的生产爆破即露天矿的生产台阶 深孔爆破。 目前，国内外露天矿广泛使用多排孔微 差爆破，微差挤压爆破及高台阶爆破等 大规模的爆破方法。 1.多排孔微差爆破：排数在4排以上，孔深 在6米以上的微差爆破。 (1)多排孔微差爆破参数 如图1-9。
底盘抵抗线Wd: 如图1-9 所示， Wd与钻孔直径，装药直径，炸药特性，装 药密度，岩石可爆性，要求破碎程度及台 阶高度有关。 按Wd与台阶高度h的关系确定 垂直孔： Wd=(0.6~0.9)*h (1-16) 倾斜孔： Wd=(0.4~0.5)*h (1-17) 其中h——台阶高度，m； 按Wd与钻孔直径D的关系确定： Wd=53*D*KB*(∆KH/r)1/2 (1-18)