摘 要

针对黄麦岭磷矿的露天爆破设计，通过对黄麦岭矿区的基本情况（包括矿区交通、地貌、地址、水文情况等）的调查、分析和总结，了解了黄麦岭矿区的工程地质和水文地质情况，综合运用所学的专业知识，参考了与爆破相关（包括爆破技术、爆破安全、爆破参数等）书籍及文献，对黄麦岭矿采用台阶深孔爆破方法，网络设计采用逐孔起爆法，为了使矿山生产水平提高，降低大块率和大块根底问题，选择合理的爆破参数，合理的钻机型号和孔径以及合理的分段装药结构，设计出逐孔斜线起爆网络结构图和V型起爆网络图，达到更加经济高效的爆破效果。

同时，为了使台阶平整且提高爆破质量，减小安全隐患，还设计了临近边坡的预裂爆破，选取合适的预料爆破参数和孔网参数。结合预裂爆破和主炮孔爆破，计算出爆破安全距离，并确定符合国家安全规定和满足矿山生产要求。

本次黄麦岭矿的爆破设计，根据实际情况，逐步改进和完善爆破参数，分析比较出最佳的爆破效果所对应的参数。以实现预期的矿山生产爆破，达到矿山的生产要求同时符合国家安全规定。

关键词：露天爆破；逐孔爆破技术；黄麦岭。

Abstract

The task of this graduation project is the underground mining design of the copper gold sulfur ore body and the lead zinc ore body between -288m and -658m of Yinshan Lead zinc mine. The annual production capacity of the design is 2 million 640 thousand t/a.

The primary task of the design is to combine the geological data, hydrological data and exploration profile of the mining area to understand the occurrence of the ore body. Combining with the design of mining related geological data, the mining system should be simplified, the quantity of the construction project is reduced, and the production capacity can be reached. Finally, the selection of the development system and mining methods should be realized through the comparison of the technical and economic analysis.

The development system in this design is the combined development of shaft and ramp, and the mining method is divided into open and empty backfill method and shrinkage stoping method. The ventilation mode of the mine is zonal diagonal type, and centralized ventilation is adopted to ensure underground ventilation safety. In the design of underground transportation and mine lifting part, the minimum principle of underground and ground transportation work is considered. Some of the parameters used in the design are the data of similar mines, and the design is carried out in the way of the mining design manual and with other reference materials. The whole design is carried out according to the design standard, and the AutoCAD computer drawing is adopted to meet the requirements of the standard design.

Key words: lead-zinc mining; development system; sublevel open space later filling method; mine ventilation system

目 录

第1章 绪论 1

1.1 毕业设计目的 1

1.2 毕业设计的意义 1

1.3 设计依据 1

1.4 设计主要内容 1

第2章 工程地质概况 2

2.1 工程概况 2

2.1.1 矿区位置及交通概况 2

2.1.2 主要工程量和工期要求 2

2.2 矿山地质概况 3

2.3 矿山地质条件 3

2.3.1 工程地质 3

2.3.2 水文地质条件 3

2.4 技术要求 4

第3章 设计方案选择 5

3.1 露天爆破方案 5

3.2 爆破方案的选择 5

3.3 逐孔起爆技术简介 5

3.4 逐孔起爆技术优势 6

3.5 逐孔起爆技术网络图 6

3.6 爆破工程量计算 6

第4章 爆破参数设计 7

4.1 台阶示意图及要素 7

4.2 孔径及钻孔形式 7

4.3 布孔形式 8

4.4 孔深和超深 9

4.5 底盘抵抗线 9

4.6 孔距和排距 9

4.7 钻机选择 10

4.7.1 钻机类型选择 10

4.7.2 钻机数量计算 10

第5章 预裂爆破设计 11

5.1 预裂爆破参数计算 11

5.2 预裂爆破参数 12

5.3 预裂爆破原则 13

第6章 露天爆破参数设计 15

6.1 磷灰岩爆破参数设计 15

第7章 装药、填塞和起爆网络设计 26

7.1 装药 26

7.2 填塞 26

7.3 爆破网络设计 26

第8章 爆破安全距离计算 28

第9章 安全技术与防护措施 30

9.1 安全技术与防护措施 30

9.1.1 一般爆区作业的安全技术措施 30

9.1.2 爆破安全技术管理措施 30

9.1.3 爆破飞石防护措施 31

9.1.4 爆破震动的控制措施 31

第10章 爆破工程施工组织 32

结论 34

附 录 35

参考文献 36

致 谢 39

绪论

毕业设计目的

露天矿台阶爆破使矿山生产的基本手段。目前，国内外一些大型矿山采用大孔径钻机，实现大区、多排微差深孔爆破，对孔网参数、装药结构、填塞方法、起爆顺序、微差间隔时间都进行了比较深入的研究，爆破技术的改进大大提高了矿山生产的综合生产效率。另外，随着钻孔机具设备的更新、工业炸药和雷管质量的不断提高，现代爆破技术也在更多的领域内发挥了巨大作用，人们完全有能力利用炸药的爆炸能量去完成大量机械或人力完成的工作，产生了良好的社会经济效益。

本次爆破设计是根据黄麦岭矿山的地形地貌、地层岩性、气候特征、工程地质和水文地质条件等特点，根据矿区的环境和矿山生产要求，在已有的资料和数据基础上，进行合理的爆破参数和爆破网络的设计。

毕业设计的意义

这次针对黄麦岭磷矿的露天爆破设计，其意义是结合大学所学的专业知识，将书本上的知识融会贯通到毕业设计中，对爆破设计的各个方面和细节都进行学习与巩固，对今后的工作和学习有很大帮助。

设计依据

1. 黄麦岭磷矿露天矿开采及台阶爆破现状；
2. 黄麦岭磷矿工程地质及水文地质资料。

设计主要内容

1. 工程概况、环境与技术要求；
2. 爆破区地形、地貌、地质条件，爆破工程量计算；
3. 设计方案选择，起爆方法的设计与选择
4. 爆破参数选择与装药量计算；
5. 设备及器材的选择；
6. 钻孔、装药和起爆网络设计；
7. 爆破安全距离计算；
8. 安全技术与防护措施；
9. 施工组织和材料、设备、人员情况；
10. 主要技术经济指标。

工程地质概况

工程概况

矿区位置及交通概况

湖北省黄麦岭磷化工集团公司位于湖北省东北部的孝感市大悟县境内，紧靠我国北方缺磷区，是一家以化肥生产为主，集磷矿采矿、选矿、化工于一体的国有大型企业。南距武汉150km，北距新阳（河南）90km，距广水火车站（京广线）25km，距杨家寨车站14km，花园车站37km，107国道与京珠高速公路紧靠矿区西部经过，交通方便。如图2-1所示。

图 2.1 矿区交通示意图

主要工程量和工期要求

黄麦岭露天磷矿设计采矿能力200万吨/年，剥采比为1.7，年工作时间300天，2班制。矿山生产采用排岩间断工艺，纵向掘沟水平推进，穿孔爆破，铲运机装载的开拓方式，运输使用汽车运输。采场要素：台阶高度10m，台阶坡面角65°，清扫平台宽度11m，最终台阶坡面角44°。

矿山地质概况

矿区属低山丘陵地貌，海拔高程66.0~265.0 ，相对高差199.0 。矿段南东角最高265.0 ，最低点位于矿段北西角大雁河，标高约65 ，因此当地侵蚀基准面标高为65 。区内地势北东高南西低，山脉走向南北转东西，西、南西坡缓，东、北东坡陡，局部形成陡崖；自然坡度15°，局部30~35°。植被茂盛，灌木丛生。“U”形沟谷发育，冲沟横穿矿层，切割深度最大50~60 。矿段内的最大河流为大雁河，系山间溪流沿冲沟汇入，由东向西，经矿段北部注入环水。

矿体主要为层状、薄层状的磷灰岩，中厚层状浅粒磷灰岩和条带状磷灰岩，属于易爆矿岩。南面岩石为绿色片岩、绿色片麻岩和团状浅粒岩，硬度系数为12~16,属于难爆岩石。

矿山地质条件

工程地质

矿区出露地层只有元古界红安群七角山组下段和第四系。七角山组下段由老至新划分为七个亚段：含磷亚段、片麻岩片岩亚段、下绿色片麻岩亚段、浅粒岩片麻岩亚段、上绿色片麻岩亚段、片岩变粒岩亚段、绿色片麻岩白云石英片岩亚段，以上各亚段均为整合接触。其中含磷亚段为矿区含磷岩系，由下而上分为下含磷层、石英云母片岩层和上含磷层，总厚39～206m。

矿区地处大磊山穹隆的南西翼，地层产状较平缓而稳定。除矿区西端有倾伏倒转背斜外，其余为单斜构造；断裂亦不发育，因此区内构造比较简单。主要断裂构造有三条断层。压扭性逆断层，走向延伸1400左右，断层面倾向西，倾角83~90°，垂直断距约23~28 ，断层带内为后期闪长岩脉所充填。该断层对-150 以上矿层的连续性有明显的破坏。 ：是一条压扭性逆断层，延伸长732左右，断层走向315~340°，倾向南西，倾角76°，落差0~41.50 。断层内有断续的闪长岩脉充填，脉宽0.5~1.0 。该断层位于78~66线，对-150以上矿层的连续性有明显的破坏。是一条正断层，分布于90线附近，出露长度350，走向295°，倾向25°，倾角83°，断距7 左右，断层内充填石英脉，脉宽0.5~1.0。该断层对矿层有一定破坏影响。

水文地质条件

矿区水文地质条件复杂，地表水以大雁河和澴水为主。大雁河流经矿段南部，由山间溪流汇集而成，在74勘探线南侧，大雁河横穿矿层流过，至观音岩南注入澴水。澴水从矿段西缘通过，为本区最大水系。地下水以裂隙含水层充水为主，下含磷层及顶板溶孔主要岩性为浅粒磷灰岩、条带状变粒磷灰岩、变粒磷灰岩、含碳酸质磷灰岩及含磷石英云母片岩、大理岩等，厚度一般为30~60m，为矿段主要含水层。由于溶蚀作用不均，节理发育程度不同，则构成含水层的富水性不均一。位于风化带以下至下含磷层顶板之间，厚度0~200m，随矿层延深而厚度增大，主要岩性为石英云母片岩、片麻岩、浅粒岩等，岩体致密坚硬，节理裂隙不发育，属非含水岩层。每年5~9月属梅雨季节，平均降雨量1100~1200mm，充分补充了裂隙水。

技术要求

黄麦岭露天矿从2002年开始采用精度极高的导爆管雷管，经过五年的爆破实验研究，逐孔起爆技术以及代替导爆索的排间微差起爆技术，成为矿山重要爆破方法之一，并且，东方向的矿坑从山坡露天矿转为凹陷露天矿，随着推进开采深度，岩石结构性质不断发生变化，地下水越来越富裕，爆破效果没有预期期望的效果。黄麦岭露天矿采用梅花形布孔，举行布孔的布孔方式，采用逐孔起爆技术。该技术的应用较之前的排间微差爆破技术爆后效果改善不少，爆破震动较低显著。大块率得到了降低。

爆后块度要求矿块最大边长要小于0.8且块度均匀，每次爆后，块度要基本满足，但矿石由于装药过多，爆后出现了较多粉矿，前排抛掷距离过远，后排爆后形成沉降沟较深，对未爆区域的影响较为严重。矿废交界处的损失贫化也较为严重。矿体东西走向，倾角45°左右，且爆后坡面上有3m高的根底，对铲装、运输带来极大不便，增加二次爆破工程量。

对于岩性相差悬殊且岩理结构、岩层走向、倾向和水文地质相差很大，易爆岩石、难爆岩石、介于易爆岩石和难爆岩石之间的岩石等结合，这些都对后续的钻孔工作和爆破作业造成了极大的影响，增加了二次爆破的成本，并影响了铲运工作。

设计方案选择

露天爆破方案

1. 露天深孔台阶爆破

露天台阶爆破是在地面上以台阶形式推进的土石方爆破方法，将孔径大于50mm、孔深大于5m的台阶爆破称为露天深孔台阶爆破。

1. 露天浅孔台阶爆破

露天浅孔台阶爆破是指孔深不超过5m，孔径不超过50mm的爆破，浅孔爆破作业的设备简单，方法实用，操作方便。

1. 边坡控制爆破

沿边坡线按照设计的高度、坡度采用控制爆破技术进行边坡开挖成为边坡控制爆破，主要用于维护边坡的稳定，包括光面爆破和预裂爆破。

1. 硐室爆破

硐室爆破是将大量炸药装入巷道中，按照设计完成开挖或者抛掷要求的爆破技术，是集中土石快速开挖的爆破方法。

爆破方案的选择

根据周围环境基础，黄麦岭矿山是年产200万吨的大型矿山，剥采比为1.7，硬度f=4~6，12~16；矿石主要为变粒磷灰岩，浅粒磷灰岩，硬度大、稳固性较好属于难爆岩石。因此采用露天深孔台阶爆破，钻机选用TYL-368履带式潜孔钻机，钻孔直径150mm，垂直钻孔。起爆方式为导爆管逐孔起爆法，炸药采用岩石粉状乳化炸药，密度0.95~1.25g/cm³，直径80mm。

逐孔起爆技术简介

良好的爆破质量是采矿工作者一贯追求的目标，影响爆破质量主要有炸药、岩石性质、爆破技术等诸多因素。随着爆破器材产品性能的改进，爆破技术日益提高，近几年发展起来的逐孔起爆技术取得了良好的爆破效果和经济效果。

逐孔起爆技术是指爆区内处于同一排的炮孔按照设计好的延期时间从起爆点依次起爆，同时爆区排间炮孔按另一延期时间依次向后排传爆，从而使得爆区内相邻的炮孔起爆时间错开，起爆顺序呈分散的螺旋状，也就是说在预爆破区域的布孔水平面内，处于横向排和纵向列上的炮孔分别采用不同的延期时间，但通常位于1排或1列中的炮孔具有相同的地表延期时间间隔。从起爆点开始在二维平面内每个炮孔的起爆时间按孔、排间延期时间累加实现，相对于周围炮孔各自独立起爆。即爆区中任何一个炮孔爆破时在空间上都是按照一定的起爆顺序单独起爆，爆破过程在时空发展上按某一起爆等时线向前推进，直至起爆过程完毕。

逐孔起爆技术优势

逐孔起爆技术有以下几个特点：

1. 先爆炮孔为后爆炮孔创造了新的自由面，后起爆炮孔的最小抵抗线和爆破作用方向都有所改变，增加了入射压缩波和反射拉伸波在自由面的破岩作用，并减少夹制作用；
2. 在爆破过程中，从岩体内破碎的岩块未落下之时，与后起爆抛起的岩块相互碰撞，利用动能使其二次破碎，并阻挡个别飞石，将空气冲击波转化为破碎功，减小了岩石的抛掷距离和爆堆宽度；
3. 相邻炮孔按照一定的时间间隔起爆，比如先期起爆炮孔在岩体内激起压缩波从自由面反射成拉伸波后，再起爆后期爆炸的炮孔，从而改善爆破效果；
4. 逐孔起爆技术同段起爆药量小，可控制爆破振动和噪声，实现大规模爆破。

逐孔起爆技术网络图

1. 在爆区有一个自由面（如进行沟槽爆破）的情况下，一般采用“V”型网络；
2. 在爆区有两个自由面的情况下，一般采用斜线起爆网络。

爆破工程量计算

根据矿山年产量200万吨，矿岩容重2.2t/m³，按5天爆破一次计算得

1. 年爆破量Q₁=200/2.2=910000m³
2. 每次爆破体积Q₂=910000/300×5=15000m³

爆破参数设计

台阶示意图及要素

图 4.1 台阶示意图

H为台阶高度，m；h为超深，m；W为前排钻孔的底盘抵抗线，m；L为钻孔深度，m；le为装药长度，m；l_d为填塞长度，m；α为台阶坡面角；a为孔距；B为台阶面上从钻孔中心至坡顶线的安全距离，m。

孔径及钻孔形式

露天深孔爆破的孔径主要取决于钻机类型、台阶高度和岩石性质。我国大型金属露天矿多采用牙轮钻机，孔径250~310mm，中小型金属露天矿以及化工、建材等非金属矿山多采用潜孔钻机，孔径100~200mm。一般说钻机选型确定后，其钻孔直径就已经确定下来了。

露天深孔爆破的钻孔形式一般分为垂直钻孔和倾斜钻孔，只有在个别情况下，才采用水平钻孔。

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