Plan för gruvdrift och bergsprängning
Introduktion Utformningen av bergsprängning för ortbrytning under jord är en kritisk del av gruvdriftsprocessen. Rimligheten i utformningen påverkar direkt utgrävningseffektiviteten, kostnaden, säkerheten och påverkan på omgivande berg. En optimerad bergsprängningsplan kan öka framdriftshastigheten, kontrollera sprängvibrationer, skydda stabiliteten i det omgivande berget och skapa gynnsamma förhållanden för efterföljande gruvdrift. Denna artikel, baserad på flera referenser, beskriver de viktigaste elementen och praktiska metoderna för att utforma bergsprängning för ortbrytning under jord.
Förberedelser inför sprängningsdesign Analys av geologiska förhållanden: Få en detaljerad förståelse av gruvans geologi, inklusive bergarter, hårdhet och fördelningen av sprickor och skarvar. Till exempel kan sprickbildning och spräckning påverka spänningsvågornas utbredning och bergbrott. Noggrann geologisk information bör samlas in genom fältundersökningar, borrhålsdata och geofysiska undersökningar. Olika bergarter och hårdheter kräver olika sprängparametrar; hårt berg behöver vanligtvis högre laddningar och lämpliga borrhålslayouter.
Definiera tekniska krav: Förtydliga ortens dimensioner, tvärsnittsform och schaktningsriktning. Till exempel kräver cirkulära och rektangulära orter olika sprängningsdesigner; hörn i rektangulära orter kan behöva speciella hålarrangemang för att kontrollera profilen. Tänk på erforderliga frammatningshastigheter – snabbare schaktning kan kräva effektivare sprängtekniker och parameterkombinationer.
Spränghålslayoutdesign Spårhålsdesign:
Val av spårsprängningsmetod: Vanliga spårsprängningsmetoder inkluderar kilformad spårsprängning och rakhålssprängning. Kilformad spårsprängning passar medelmjuka till mjuka bergarter: vinklade spårhål skapar en kilformad fri yta för efterföljande sprängning. Rakhålssprängning används för hårt berg, där parallella tomma hål skapar en fri yta och kompensationsutrymme medan omgivande laddade hål utför sprängningen. Innovativa spårsprängningstekniker, såsom kavitetssprängning och fragmentutstötningssprängning (CCFT), har studerats och tillämpats; till exempel förstärker en parallell spårsprängningsdesign med dubbla kasthål (P-DFH) bottenladdningar och producerar en tvåstegsdetonation som bildar en mer komplett spårkavitet, vilket övervinner begränsningarna med traditionell tät borrning.
Bestämning av spårhålsparametrar: Ange spårhålets djup, avstånd och vinkel. Spårhålets djup är vanligtvis 15–20 % större än för andra spränghål för att säkerställa effektiv spårtagning. För medelhårt berg kan kilformade spårvinklar vara 60°–75°, med ett avstånd på 0,5–1,0 m beroende på bergets egenskaper. För spårtagning med raka hål är avståndet mellan tomma hål och laddade hål i allmänhet 0,2–0,5 m.
Hjälphål (avlastningshål): Placeras mellan slitshålen och perimeterhålen för att förstora slitsvolymen och skapa en bättre fri yta för perimeterladdningarna. Avståndet mellan hjälphålen är vanligtvis något större än avståndet mellan perimeterhålen, och sprängladdningarna kan vara relativt större. För medelhårt berg kan avståndet mellan hjälphålen vara 0,6–0,8 m, med laddningsmängderna anpassade till bergets egenskaper.
Perimeterhål (konturhål): Används för att kontrollera driftprofilen och säkerställa att tvärsnittet uppfyller konstruktionsmåtten. Avståndet mellan perimeterhålen och laddningsmängden är avgörande för profilkontroll. Numerisk simulering och fälttester indikerar att under vissa förhållanden – till exempel i djupa orter i Kaiyang-fosfatgruvan – gav ett perimeterhålavstånd S = 0,70 m, linjär laddningstäthet β = 0,9 kg/m² och en avkopplingskoefficient ζ = 2,5 goda kontursprängningsresultat med minimalt över-/underbrott. Användning av sandstampning i perimeterhål minskar skador på omgivande berg och förbättrar explosiv energianvändning.
Utformning av sprängparametrar Beräkning av laddningsmängd: Laddningsmängden är en nyckelfaktor som påverkar sprängresultatet och bestäms vanligtvis av bergets egenskaper, håldiameter, håldjup och hålavstånd. Vanliga empiriska formler inkluderar volymformeln och formeln för förbrukning per enhet. Till exempel är volymformeln Q = qV, där Q är laddningen, q är sprängämnesförbrukningen per enhet bergvolym och V är volymen berg som ska sprängas. Enhetsförbrukningen q beror på bergets hållfasthet och ligger i allmänhet i intervallet 0,3–1,5 kg/m³.
Avfyrningssekvens och fördröjningstider: En rationell avfyrningssekvens och fördröjningstider kan kontrollera sprängvibrationer och förbättra brott. Vanligtvis avfyras slitshål först, sedan hjälphål och slutligen perimeterhål. Fördröjningstider bör beakta bergbrotts- och kasttider samt vibrationsreducering. Till exempel kan fördröjningar mellan slitshål och hjälphål vara 25–50 ms, och fördröjningar mellan hjälp- och perimeterhål 50–100 ms. Numerisk simulering och fälttester kan användas för att optimera fördröjningstider för att förbättra fragmentering och minska vibrationer.
Val av sprängmedel och utrustning Val av sprängämnen: Välj en sprängämnestyp som är lämplig för gruvförhållandena. För underjordisk drift används vanligtvis sprängämnen med god säkerhet och måttlig kraft – såsom emulsionssprängämnen. Emulsionssprängämnen har god vattenbeständighet och stabila prestanda, vilket gör dem lämpliga för de flesta underjordiska sprängningsoperationer. I gasbenägna kolgruvor bör endast sprängämnen som är godkända för gruvanvändning användas i enlighet med säkerhetsföreskrifter.
Initiering och val av detonator: Vanliga initieringsanordningar inkluderar elektriska detonatorer och stötrörssprängkapslar (icke-elektriska). Elektriska detonatorer är enkla och tillförlitliga att använda men kan vara farliga i miljöer med läckströmmar. Stötrörssprängkapslar är resistenta mot statisk elektricitet och läckströmmar och används ofta vid sprängning under jord. I komplexa sprängmiljöer kan elektroniska detonatorer användas; de möjliggör exakt tidskontroll, vilket förbättrar sprängningens effektivitet och säkerhet.
Förutsägelse och utvärdering av sprängningseffekter Numerisk simuleringsförutsägelse: Använd numerisk simuleringsprogramvara (t.ex. ANSYS/LS-DYNA) för att bygga en numerisk modell av driftsprängning. Genom att mata in bergmekaniska parametrar, hållayout och sprängparametrar, simulera bergbrott, kast och vibrationer under sprängning. Simuleringar kan till exempel bedöma effekterna av olika slitsningsmetoder och sprängparametrar på schaktningsresultaten och ge en grund för att optimera konstruktionen.
Utvärdering av fältförsök: Genomför småskaliga fältförsök före fullskalig utgrävning. Utvärdera sprängningseffektiviteten genom att observera bergfragmentering, driftprofilbildning och mäta sprängningsvibrationer. Justera och optimera konstruktionen baserat på försöksresultat för att säkerställa tillfredsställande prestanda vid storskalig byggnation.
Säkerhetsåtgärder Bestämning av säkerhetsavstånd: Upprätta säkerhetsavstånd för sprängning baserat på explosiv mängd och bergets egenskaper. Markera och säkra säkerhetszoner inom säkerhetsavståndet för att förhindra obehörig åtkomst. För sprängning under jord ligger säkerhetsavstånden vanligtvis i intervallet 100–300 m, med specifika värden beräknade från fall till fall.
Ventilation och dammkontroll: Sprängning genererar gaser och damm som måste avlägsnas omedelbart. Använd lokala ventilationsfläktar, kanaler och annan ventilationsutrustning för att säkerställa att luftkvaliteten uppfyller säkerhetsstandarderna. Använd dessutom vattenspray och dimma för att minska dammexponeringen för arbetare.
Kontroll av sprängvibrationer: Minska sprängvibrationernas påverkan på omgivande berg och strukturer genom att optimera sprängparametrar – kontrollera laddningsstorleken och använda lämpliga avfyrningssekvenser och fördröjningar. I vibrationskänsliga områden kan försprängning, slätsprängning och andra kontrollerade tekniker ytterligare begränsa vibrationer.
Slutsats Att utforma en sprängningsplan för underjordisk gruvdrift är en komplex och systematisk uppgift som kräver hänsyn till geologiska förhållanden, tekniska krav, sprängmaterial och säkerhetsåtgärder. Genom rationell borrhålslayout, exakt design av sprängparametrar, lämpligt val av sprängämnen och initieringssystem samt rigorösa säkerhetsprocedurer kan effektiv, säker och ekonomisk bergdrift uppnås. Numerisk simulering och fältförsök bör användas för att förutsäga och utvärdera sprängprestanda och för att kontinuerligt optimera konstruktioner för att möta de specifika förhållandena i olika gruvor och förbättra gruveffektiviteten och den ekonomiska avkastningen.
