本发明属于露天台阶爆破技术领域，尤其涉及一种露天矿山陡帮开采的爆堆宽度的确定方法，可在黑色、有色、黄金、建材等非煤固体露天矿山台阶爆破爆中广泛应用。
背景技术：
露天开采的工艺过程一般为：穿孔、爆破、铲装、运输和排岩，各工序环节相互衔接、相互影响、相互制约，构成了露天开采的最基本生产周期。爆破是露天开采的一个重要工序，通过爆破作业将整体矿岩进行破碎、松动，形成一定形状的炮堆，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及采装作业成本；其中爆堆宽度是一个重要的控制内容，特别是对于陡坡开采的矿山更为明显，可以较好地提高边坡角，减小岩石剥离量，降低剥离成本，创造显著的经济效益。
露天矿山主要有铁路和汽车两大运输方式。对于前者而言，爆堆宽度过大，易于引发爆堆埋压铁轨事故，大大增加轨道移设和清理工作量；对于后者而言，若是陡坡开采的深凹露天矿，台阶平台宽度较窄，爆堆宽度过大，爆破下的矿岩极易冲到下面的台阶上，下抛量多，降低铲装效率，增大反向运输量，同时威胁下面台阶的安全。
根据岩块位移抛掷原理，爆堆宽度越大，清理工作量就大，铲装效率就越低。通常而言，铲装效率随爆堆宽度的增大而提高，但当爆堆宽度超过一定范围时，铲装效率反而下降。这是因为爆堆宽度越大，爆堆中的三角量所占比例就越大，增加了铲装设备的移动次数，增加了收碴时间，减少了铲装的有效工作时间，降低了铲装满斗率，从而降低了铲装效率。因此，在满足爆破破碎度的同时，必须控制合理的爆堆宽度。
目前，常用的调节和控制爆堆参数方法有：在爆堆的前冲部保留挡堤；把上次爆破的岩堆作为挡墙进行挤压爆破；改变穿爆参数，药包分布及装药高度，微差时间间隔和方式，药包连接顺序和爆破方法。对工作平台狭窄的露天矿，前两种方法要求有一定的爆破矿岩量储备及其堆置地点。《煤炭工程》2016年第48卷第2期发表的“基于simio的露天矿不同采掘带宽度模拟优化研究”一文中提出采用simio软件建立模型，通过数值模拟的方法预测采掘带的宽度。《西部探矿工程》1995年第2期发表的“露天矿台阶爆破爆堆宽度的预测方法”一文中提出根据岩体移动的最大初速度和最大抛掷距离，预测生产爆破的爆堆前冲距离。
然而，已有爆堆宽度控制方法没有提出有效的爆堆宽度预测公式，具有一定的应用局限性。为此，本发明提出了一种露天矿山台阶爆破爆堆宽度的确定方法，通过计算公式预测爆堆宽度，进而根据现场情况指导爆破参数优化，提高铲装效率，减小剥离量，提高采场边坡角。
技术实现要素：
本发明的目的是就是为了解决现有露天矿山台阶爆破中爆堆宽度预测困难的技术难题，而提供一种露天矿山台阶爆破爆堆宽度的确定方法。该方法通过提供爆堆宽度预测公式，不仅可以根据现场爆破参数预测爆堆宽度，还可以指导爆破参数的优化调整，有效控制爆堆宽度，以提高铲装效率，避免矿岩反向运输，增大采场边坡角，降低岩石剥离成本，同时提高采场台阶生产安全。
为实现本发明的上述目的，本发明露天矿山台阶爆破爆堆宽度的确定方法，通过以下步骤实现：
1)首先确定影响爆堆的宽度l的主要因素有：生产台阶上的前排炮孔中的装药段的高度h1、底盘抵抗线的宽度w、爆堆的留碴厚度s、炮孔堵塞段堵塞质量(包括堵塞段高度h2及密实度)，以及装药结构、岩体特性、炸药性能、起爆顺序。在岩性、炸药性能、装药结构等一定的情况下，确定单排孔爆破时对爆堆宽度l0值起主要作用的两个关键变量：h1/w、h1/(w+s)，其中h1/w为清碴变量，h1/(w+s)为留碴变量。
2)先进行单排炮孔爆破，分别针对清碴和留碴两种方案，采用10～35次现场试验测得的爆堆宽度l0数据进行回归分析，分别获得l0与h1/w和h1/(w+s)的关系方程：
清碴时：l0＝a1+b1·(h1/w)，其中a1和b1为回归数值；
留碴时：l0＝a2+b2·[h1/(w+s)]，其中a2和b2为回归数值；
l0-单排炮孔爆破时的爆堆宽度，式中各参数的单位为米；
在该步骤，采用20～25次现场试验测得的爆堆宽度l0数据进行回归分析为佳。次数过少，对准确度、可靠度有影响；次数过多，现场试验时间长，成本高。
3)再采用多排炮孔爆破，根据每次爆破炮孔排数n和炮孔排距b，确定爆堆(5)的宽度li的计算公式：
清碴时：li＝a1+b1·(h1/w)+(n-1)×b；
留碴时：li＝a2+b2·[h1/(w+s)]+(n-1)×b；
式中：li–多排炮孔爆破时的爆堆宽度，n-炮孔排数，其它各参数的单位为米。
在该步骤，根据起爆规模控制炮孔数量，炮孔排数n一般控制在2～4排。
4)依据取得的爆堆的爆堆宽度l的计算公式，再根据现场条件变化，预测其它台阶爆破的爆堆宽度，指导爆破参数、起爆方向的调整，保证爆破安全，避免爆堆下冲到下面台阶，提高铲装效率。
试验结果表明，本发明通过大量的现场爆破试验数据进行回归分析，并经试验验证，具有很高的可靠性和可信度。
本发明露天矿山台阶爆破爆堆宽度的确定方法采用以上技术方案后，取得的有益效果为：
(1)可以指导爆破参数优化，较好地控制爆堆宽度，减少爆堆前伸和下抛量，提高铲装效率
(2)保证边坡开采安全的同时，提高采场边坡角，降低岩石剥离量，减小矿山爆破开采成本。
附图说明
图1是本发明露天矿山台阶爆破爆堆宽度的确定方法之台阶爆破平面布置示意图；
图2是是本发明露天矿山台阶爆破爆堆宽度的确定方法之台阶爆破剖面布置示意图；
图3为清碴时单排孔爆破的爆堆宽度l0与h1/w的关系图；
图4为留碴时单排孔爆破的爆堆宽度l0与h1/(w+s)的关系图。
附图标记为：1-生产台阶；2-炮孔；3-炮孔装药段,高度h1；4-炮孔堵塞段,高度h2；5-爆堆，宽度l；6-台阶边坡。
具体实施方式
为更好地描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明露天矿山台阶爆破爆堆宽度的确定方法做进一步详细描述。
由图1所示的本发明露天矿山台阶爆破爆堆宽度的确定方法之台阶爆破平面布置示意图并结合图2看出，本发明露天矿山台阶爆破爆堆宽度的确定方法，通过以下工艺、步骤实现：
1)根据设计的炮孔2孔径、孔距、孔深等爆破孔网参数，前排炮孔2与台阶边坡7底部的宽度为底盘抵抗线w。首先确定影响爆堆5的宽度l的主要因素有：生产台阶1上的前排炮孔2中的装药段3的高度h1、底盘抵抗线的宽度w、爆堆5的留碴厚度s、炮孔堵塞段4的高度h2及密实度，以及装药结构、岩体特性、炸药性能、起爆顺序，确定单排孔爆破时对爆堆宽度l0值起主要作用的两个关键变量：h1/w、h1/(w+s)，其中h1/w为清碴变量，h1/(w+s)为留碴变量。
2)先进行单排炮孔爆破，分别针对清碴和留碴两种方案，开展多次现场爆破试验，提高实验数据的可靠性。一般采用20～25次现场试验测得的爆堆宽度l0数据进行回归分析，分别获得l0与h1/w和h1/(w+s)的关系方程：
清碴时：l0＝a1+b1·(h1/w)，其中a1和b1为回归数值；
留碴时：l0＝a2+b2·[h1/(w+s)]，其中a2和b2为回归数值；
l0-单排炮孔爆破时的爆堆宽度，式中各参数的单位为米。
3)再采用多排炮孔爆破，根据每次爆破炮孔排数n和炮孔排距b，确定爆堆(5)的宽度li的计算公式：
清碴时：li＝a1+b1·(h1/w)+(n-1)×b；
留碴时：li＝a2+b2·[h1/(w+s)]+(n-1)×b；
式中：li–多排炮孔爆破时的爆堆宽度，n-炮孔排数，其它各参数的单位为米；
在该步骤，根据起爆规模控制炮孔数量，炮孔排数n控制在2～4排。
4)依据取得的爆堆5的爆堆宽度l的计算公式，再根据现场条件变化，预测其它台阶爆破的爆堆宽度，指导爆破参数、起爆方向的调整，保证爆破安全，避免爆堆下冲到下面台阶，提高铲装效率。
这里的爆堆宽度l既包括l0，也包括li。
实施案例：某年产500万吨的大型露天铁矿，炮孔直径250mm，采用粉状乳化炸药；清碴爆破时孔距6.5m～7m，排距b＝5.6m～6m；压碴爆破孔距6m～6.5m，排距b＝5.2m～5.6m；底盘抵抗线的宽度w＝8m～8.5m，超深2m。起爆方案采用斜线起爆，每次爆破的炮孔排数n＝2～4排。
1)清碴时，h1/w的比值控制在0.45～0.71，经过大量现场试验，得到了单排孔爆破时的爆堆宽度l0与h1/w的关系方程，l0＝-5.2268+39.199·(h1/w)，如图3所示的清碴时单排孔爆破的爆堆宽度l0与h1/w的关系图。
多排孔爆破时，爆堆宽度li＝-5.2268+39.199·(h1/w)+(n-1)×5.8。
经多次现场验证，该爆堆宽度计算公式准确率95％以上，变化幅度偏差+50cm以内。
2)留碴时，h1/w的比值控制在0.45～0.77，经过大量现场试验，得到了单排炮孔爆破时的爆堆宽度l0与h1/(w+s)的关系方程，l0＝-14.469+41.958·[h/(w+s)]，如图4所示的留碴时单排孔爆破的爆堆宽度l0与h1/(w+s)的关系图。
多排孔爆破时，爆堆宽度li＝-14.469+41.958·[h1/(w+s)]+(n-1)×5.5
经多次现场验证，该爆堆宽度计算公式准确率96％以上，变化幅度偏差+45cm以内。
通过控制台阶爆破的爆堆宽度，平台宽度控制在8m以内，采场边坡角提高4.3°，实现了陡帮开采，每年减少剥离岩石量230万吨以上，取得了显著的经济效益。
技术特征：
技术总结
本发明公开了一种露天矿山台阶爆破爆堆宽度的确定方法，确定影响爆堆(5)的爆堆宽度L的主要因素，即：装药段(3)的高度h1、底盘抵抗线的宽度W、爆堆(5)的留碴厚度S、炮孔堵塞段(4)的高度h2及密实度。控制两个关键变量：清碴变量h1/W和留碴变量h1/(W+S)，通过大量现场试验数据回归得到计算公式，结合炮孔排距参数，预测爆堆宽度并进行现场试验验证，进而根据现场情况指导爆破参数优化，避免反向运输，提高铲装效率，在保证边坡安全的前提下，减小剥离量，提高采场边坡角，降低爆破开采成本，对类似陡坡开采露天矿山具有很好的推广借鉴作用。本发明方法可在黑色、有色、黄金、建材等非煤固体露天矿山台阶爆破爆中广泛应用。
技术研发人员：张西良;刘为洲;仪海豹;汪禹;潘祖瑛
受保护的技术使用者：中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司;马鞍山矿山研究院爆破工程有限责任公司;华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司
技术研发日：2018.11.29
技术公布日：2019.03.22
声明：
“露天矿山台阶爆破爆堆宽度的确定方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司;马鞍山矿山研究院爆破工程有限责任公司;华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司
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2024年08月07日 ~ 09日 
