一、低爆壓脹裂采荒原理

1、低爆壓脹裂石材荒料開采工藝由來

為了達(dá)到貴重石材成批規(guī)模生產(chǎn)，早在七十年代，我國(guó)曾有數(shù)次采用峒室爆破應(yīng)用采荒工程但均未能成功。因此常規(guī)工程爆破意于充分破壞巖體條件下，從爆破工程經(jīng)驗(yàn)中歸納出的經(jīng)驗(yàn)公式。是難以控駕爆炸對(duì)巖體作用與破裂效應(yīng)。唯有爆破工程學(xué)所能賦予說明與證實(shí)。中科院楊人光教授在從事爆破工程學(xué)研究與探索過程中，完成爆破拋體加速運(yùn)動(dòng)滲流模型計(jì)算（力學(xué)學(xué)報(bào)，1982）的同時(shí)，進(jìn)行了爆炸初期作用與斷裂效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)藥室空隙比vd是控制柱狀藥室爆炸初始作用耗能比重要參數(shù)。在超大vd的情況下、爆炸初期作用耗能僅占爆炸能的4－5%，它只能提供臨界能級(jí)斷裂（即唯有兩條優(yōu)勢(shì)徑向裂隙，形成爆破漏斗線）。恰好在超大vd情況下，藥室空腔形成低壓爆轟氣體，即爆轟氣體壓力低于巖石抗壓極限強(qiáng)度。爾后，拋體在低爆壓驅(qū)動(dòng)下，使巖體按固有天然節(jié)理裂隙結(jié)構(gòu)松弛，并獲得一定值推移速度。

因此，采用超大空隙比，形成低爆壓、爆轟氣體，脹裂巖體并獲得沿采場(chǎng)滑道滑移初速度，恰好正是采荒工藝所要求。作者在有識(shí)之士支持下，進(jìn)行數(shù)座貴重石材采荒生產(chǎn)性試驗(yàn)，經(jīng)荒料試銷售、鋸板，板材質(zhì)量完好，說明峒室低爆壓脹裂不會(huì)造成荒料內(nèi)部損傷。獲得峒室低爆壓脹裂采荒階段性的可喜成果。同時(shí)也說明爆破工程學(xué)作為一門學(xué)科發(fā)展必將開拓爆破工程應(yīng)用新的領(lǐng)域。

2、低爆壓脹裂石材荒料開采設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)性

根據(jù)柱狀藥室初期爆炸作用及破裂效應(yīng)，與隨后鼓包隆起滲流模型程序模擬計(jì)算結(jié)果如下：

1）柱狀藥室（線藥包）爆炸初期作用及破裂效應(yīng)，導(dǎo)出爆破源斗的臨界能級(jí)單耗kd=0.1-0.15公斤/米3

顯然低于正常深孔爆破單耗2－3倍，其可信度似乎使人懷疑但這里應(yīng)該指出，深孔爆破是有限長(zhǎng)柱狀藥室，如大單耗以克服底盤夾制效應(yīng)，實(shí)際深孔爆破賦有爆破塊度的要求，非臨界能級(jí)爆破，而是大能級(jí)的松動(dòng)爆破。

廣西岑溪紅花崗巖小炮孔爆破作業(yè)，其爆破單耗就控制在0.10－0.15公斤/m3，它純屬臨界斷裂爆破。

但隨著空隙比的增大，臨界單耗緩慢地遞增，其增大幅值總是低于或近似于鼓包隆起運(yùn)動(dòng)無二次破碎的臨界拋方單耗，使爆破單耗保持一致性。

2）根據(jù)隨后拋體加速運(yùn)動(dòng)慘流模型計(jì)算表明：當(dāng)v0＜2時(shí)，初期作用能耗占總炸藥能量40－50%，因而拋體拋擲能力很低。拋擲系數(shù)僅有球狀藥室爆破拋擲能力的1/2－2/3。這點(diǎn)長(zhǎng)期以來，在我國(guó)爆破界公認(rèn)為柱狀藥包只適用于巖體松動(dòng)，不宜拋擲。這是可以理解的，因?yàn)楣こ瘫剖莵碜詫?shí)踐直觀經(jīng)驗(yàn)。但模擬試驗(yàn)表明：隨著藥室空隙比的增大，拋體拋擲能力隨之遞增，當(dāng)v0＞20時(shí)，拋體拋擲系數(shù)kv=24-26，1991年廣東惠州碼頭定向爆破搬山填海獲得成功，這不僅驗(yàn)證了拋體鼓隆起滲流模型可靠性，同時(shí)使我國(guó)爆破工程界也取得共識(shí)，柱狀藥室爆破擁有良好遠(yuǎn)拋擲效果。因?yàn)樵谥鶢钏幨冶茖⒕邆溆?0%以上炸藥能量用與拋擲，使超大空隙比低單耗爆破，同樣獲得符合采荒所要求的推移速度，并按巖體固有裂隙，紋理脹裂松開，沿著采場(chǎng)有序滑移堆積，達(dá)到預(yù)定的距離。便于荒料的分割及吊裝。絕非一般松動(dòng)爆破之概念。一般松動(dòng)爆破爆塊堆積如山，使人望而生畏。那就失去它的價(jià)值。

因此，柱狀超大空隙比藥室脹裂爆破，使脹裂荒料沿采場(chǎng)上滑移，獲得有序的堆積，達(dá)到規(guī)模性的荒料生產(chǎn)。必須獲得準(zhǔn)平面藥包均勻化速度場(chǎng)分布。當(dāng)然球狀式藥室爆破不僅大空隙比藥室實(shí)施有難度，更重要球狀式藥室爆破鼓包隆起拋體速度場(chǎng)分布梯度大，空間衰減系數(shù)為i，并且爆破臨界單耗卻要大于臨界撞擊拋方單耗，質(zhì)心拋擲能力又低，致脹裂與推移速度所要求的單耗不相協(xié)調(diào)，我國(guó)湖北省星子縣貴重石材開采，曾試過集中峒室松動(dòng)爆破，爆后荒料爆傷鋸不成板材。

3、礦體層節(jié)理、裂隙，主紋理的勘測(cè)

1）礦體規(guī)模采荒的成材率η高低，取決于采準(zhǔn)面走向及傾角選定是否與礦體層節(jié)理、裂隙及主紋理走向與傾角相吻合。因此，首先從工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)加以判斷后在基巖中取試塊，進(jìn)行破塊試驗(yàn)，決定主次紋理走向。

<1>取標(biāo)有方向（正北向）園柱型的試塊（體積為一立方米）尋求破塊臨界能級(jí)單耗，及破裂方向（與正北的夾角從而由破塊與漏斗臨界能級(jí)，單耗關(guān)系（球狀藥室），給出球狀藥室臨界單耗k。

<2>探洞地質(zhì)素描，測(cè)定礦區(qū)裂隙走向；裂隙距，及色澤級(jí)別，結(jié)合地表裂隙分布，確定礦體成材率η。

<3>通過爆破振波測(cè)定礦體，縱橫波波速，co及ca，以及礦體體密度p o與極限抗壓強(qiáng)度σ9。

2）最后通過計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)，確定礦體強(qiáng)度比σb/σt及內(nèi)摩角φ，由此得出礦體臨界脹裂及推移性能曲線。

二、低爆壓準(zhǔn)靜態(tài)脹裂石材荒料開采廣泛應(yīng)用性

石材荒料開采特點(diǎn)，應(yīng)用柱狀藥室調(diào)控開挖輪廓而不損傷巖體天然微裂隙結(jié)構(gòu)。將廣泛應(yīng)用水工明挖工程，道路高邊坡逐級(jí)開挖，以及核電站地下巖方開挖工程。同時(shí)，相同爆炸藥量脹裂比常規(guī)爆破振動(dòng)效應(yīng)低4－5倍，屬于振動(dòng)輕微一種爆破技術(shù)；若再應(yīng)用水封堵塞，可獲得無飛石的控爆結(jié)果。[Page]

三、案例：峒室低爆壓石材荒料開采工藝

在石材荒料開采生產(chǎn)階段，因受到采準(zhǔn)面限制、排炮采荒周期長(zhǎng)，進(jìn)度慢，造成機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)班數(shù)嚴(yán)重不足，難以委托社會(huì)上機(jī)械化施工隊(duì)承包，全靠礦主自己投資，故礦主若沒有足夠經(jīng)濟(jì)實(shí)力，貌然投資開礦，就可能導(dǎo)致中途資金不足而停工。

石材荒料的傳統(tǒng)開采法，一般從上而下，逐層采荒，原地切割整形，機(jī)械起吊裝車和清方排渣：這種方式，礦山基建工程量大，包括：上山公路，頂部土石方剝離工程，因而基建工程工期長(zhǎng)、投資大、機(jī)械效力低。又由于從上而下的石材荒料開采方式，難免存在著嚴(yán)重壓礦造成礦體浪費(fèi)。

峒室低爆壓石材荒料開采工藝

經(jīng)岑溪縣馬路鎮(zhèn)云松礦區(qū)實(shí)踐表明，采用峒室低爆壓脹裂石材荒料開采工藝，徹底改變了傳統(tǒng)石材荒料開采方式，

一則，它將大大縮小礦山基建工程量和基建周期及基建投資費(fèi)用；

二則，以周期短，效益高具備了向社會(huì)招商的條件，即利用社會(huì)上過剩機(jī)械設(shè)備承包礦區(qū)土石剝離清運(yùn)及荒料裝車工程；

三則，大大提高出荒率；

四則，如礦山條件允許，一次可采石萬方左右。

為此，礦主一旦擁有好礦山，即可借用社會(huì)上資金（機(jī)械設(shè)備）投入生產(chǎn)，在銷售荒料中，小部分款項(xiàng)可支付施工費(fèi)。礦主在短期內(nèi)就獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，因此，采用峒室低爆壓脹裂采荒工藝，將以有限投資達(dá)到短期高效益的回報(bào)。

峒室低爆壓石材荒料開采工藝，在礦山總體設(shè)計(jì)布局的基礎(chǔ)上，確定好采場(chǎng)高程，排碴空間，及防污壩位置，運(yùn)輸公路與采場(chǎng)的銜接等，作為設(shè)計(jì)峒室爆破方案的依據(jù)，并且以采場(chǎng)和采準(zhǔn)面一次成型為爆破設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，爾后進(jìn)行爆破施工費(fèi)用和清方機(jī)械施工量綜合論證比較，選取最佳的方案，正是這點(diǎn)，顯示出峒室低爆壓石材荒料開采工藝合理性與所特有的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

峒室低爆壓脹裂石材荒料開采工藝由峒室爆破施工、施爆、荒料切割整型，編號(hào)入庫(kù)，起吊裝車及廢石清運(yùn)等工序。各工序必須嚴(yán)密配合，均有嚴(yán)格工序生產(chǎn)指標(biāo)。生產(chǎn)過程就是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，預(yù)先必須嚴(yán)格規(guī)章制度與管理辦法，方可達(dá)到預(yù)期經(jīng)營(yíng)目標(biāo)。

因此在礦山破土動(dòng)工前，務(wù)必具備以下基本條件：

（1）礦區(qū)勘測(cè)，查明礦體的形態(tài)、儲(chǔ)量、剝采比、成材率，礦體色澤級(jí)別，進(jìn)行嚴(yán)密的科學(xué)的可采性的評(píng)估。

（2）要進(jìn)行剝采工程實(shí)施總體方案科學(xué)論證（包括機(jī)具設(shè)備調(diào)查）。

（3）在破土動(dòng)工前，要做好剝采工程招標(biāo)書，選好各工序承包施工隊(duì)，訂好承包合同書，合同書簽訂要極為慎重，要充分取得法律保護(hù)，方可破土動(dòng)工

（4）進(jìn)行荒料銷售市場(chǎng)調(diào)查，要掌握銷售荒料主動(dòng)權(quán)，切忌承包給他人。

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