第十一届爆破破岩国际会议会议综述
发布时间:
2015-09-10 00:00
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第十一届岩石爆破破碎国际会议(Fragblast 11)于2015年8月23-28日在澳大利亚悉尼举行,会前(8月23日)安排了4个专题研讨会(Workshops)会议,24-26日的大会包括主题报告(Keynote Presentations)6个和分会交流学术论文85篇,27-28日为会后技术考察。
1 主题报告(Keynote Presentation)
前国际岩石爆破破碎委员会主席、美国马里兰大学的W L Fourney作了“应力波和断裂力学在岩石爆破中的作用”的主题报告,回顾了马里兰大学动力效应实验室(Dynamic Effects Laboratory)采用应力波和断裂力学来研究爆破动态断裂和破碎过程的研究成果,介绍了如何采用光弹性试验和高速摄影更好地理解断裂和破碎机制。
Orica的AMinchinton作了“基础爆轰学对爆破实践的影响”的主题报告,认为爆破过程所有远区力学现象,包括但不限于应力波的传播、开裂、振动以及爆堆的形成等,本质上都取决于近区力学现象或作用机制。炸药能量作为用于描述炸药性能或者预报爆破效果的重要指标,在常规爆破设计中,是基于理想爆轰状态计算的,并不考虑岩性、装药直径和炮孔长度的影响。但对爆破爆腔动态膨胀过程的预测需要基于非理想爆轰理论来计算。
澳大利亚的D P Blair作了“高边墙控制爆破”的主题报告,认为高边墙控制爆破主要涉及两方面,即控制单个炮孔和后续起爆炮孔对保留墙体的潜在损伤。前者取决于炮孔与保留墙体的间隔距离和装药量。提出了一种确定该间隔距离的粘弹性计算模型,讨论了群孔爆破诱发振动中的炮孔屏蔽机制与降振效果,建议了优化的爆破顺序,讨论了预裂爆破降振和成型效果问题。
智利的B Adamson作了“工程规范及全过程优化应用聚焦——从生产率到收益率”的主题报告,指出钻孔爆破设计和施工优化对采矿作业效益有着非常积极的影响,钻孔爆破过程包含的设计方式应是一个循环过程,钻爆设计优化措施对整个采矿流程有重要影响。通过调整过程控制和测量技术来进行工程优化控制被证明是一个提高操作效率和收益的关键因素。强调从经济角度权衡运营成本和投资利润率,严格的测量、模型校准、质量保证/质量控制有助于创造一个盈利的路线图。
此外,澳大利亚的N Bowen和A Scott分别作了“创新驱动下的爆破技术新视野”和“从理论到实践—目前的障碍以及我们如何克服他们?”的一般性报告,这两篇主题报告没有被收录论文集。
2 大会学术交流
除主题报告外,大会安排了爆破模型、爆破损伤、爆破对下游矿石加工工序的影响、爆破工程案例、新型爆破测量技术、新型炸药与起爆系统、露天与地下岩石爆破研究与发展岩石动力学及爆破经济、岩石破碎、土木及其它工程应用中的特种爆破方法等十个专题开展学术交流。
2.1爆破模型--当前及未来的发展方向(Blast Modelling-Current and Future Directions)
涵盖了炸药、爆破数值模拟、爆破振动预测、钻爆设计优化以、破碎效果预测模型等方面内容。
在爆破数值模拟方面,突尼斯的E Hamdi和澳大利亚的A Karrech提出了一种可以真实反映岩体非连续特性(节理、裂隙或断层等的分布)的三维数值模拟方法,研究了裂纹的存在对波传播的影响。
武汉大学的卢文波等分析了爆破地震波中剪切波(S波)的形成机制,并基于对S波形成的模拟,分别比较了基于连续介质的弹性模型、损伤模型以及基于非连续-连续介质的SPH-FEM耦合模型的模拟结果,提出了爆破模拟过程中对数值方法选取的建议。
在爆破振动预测方面,澳大利亚的M L Lawlor-O’Neill等基于单次爆破振动实测数据,在已有预测模型(RaVE)的基础上,引入反演分析的技术手段,重新获得预测模型的相关参数,并采用重新获得的模型参数预测其它爆破振动的峰值上界。
在钻爆设计优化方面,加拿大BBA公司的D Roy等提出了一种新的可综合考虑功率因子、能量因子、吨位、炸药能量与分配、炮孔直径以及矿体方位与岩石特性等因素的地下爆破软件(AEGS),并通过对特征孔爆破的分析获得了最佳爆破延迟时间,以实现对地下采矿场中钻爆设计的优化。
奥地利的F Ouchterlony等人通过小尺度(模型尺度)爆破试验,比较了不同钻孔偏差模式下的试验块与参考试验块(规则布孔)爆破后的破碎效果、台阶面粗糙度以及爆破损伤情况,分析了钻孔偏差对破碎效果的影响,并提出了交错布孔方式在破碎效果等方面的优越性。
澳大利亚的A C Torrance讨论了炸药能量问题,介绍了如何进行不同炸药之间的比较,如何解读利用制造商提供的炸药特性技术数据和常见技术文献资料中的指导信息,从而正确选择适合给定岩性下的合适炸药产品。
西班牙的R Castedo等通过铜管的圆筒爆破试验,分析确定了5种铵油炸药和6种乳化炸药的JWL状态方程的参数。提出的分析程序为考虑非零初始速度问题提出了一种新的管壁径向扩张函数,并结合一系列的方程及边界条件,采用非线性最小二乘法求解出了JWL状态方程的参数。结果显示模拟结果与试验具有较好的一致性。
美国的A Scott在“破碎模型中的岩体特性的表征”一文中简要回顾了一系列爆破破碎模型以及它们所依赖的岩体性质,认为现有的爆破破碎模型中经验模型过分简化岩体特性,而力学机理模型则过于复杂化岩体性质;并详细讨论了采矿业表征岩性方法的缺点以及提供了描述了几种量化岩性的实用方法。
印度理工学院的D Deb和 R Pramanik提出了一种用于分析天然节理岩体在爆炸引起的应力波、膨胀过程和高压气体侵入条件下的广义光滑粒子流方法(SPH)。单孔和群孔爆破模拟中均表明应力波在裂纹萌生和拓展阶段发挥作用,岩体中的径向裂缝主要是由拉应力引起的,从自由表面反射形成的拉应力波形成剥落区,岩体中的节理因影响爆破能量的传播导致裂纹减少和影响破碎效果。
北京理工大学的杨军等人提出了台阶爆破逐孔起爆条件下装药量计算的楔形体理论。基于ABAQUS动力有限元爆破过程模拟,揭示了逐孔起爆条件下的楔形岩体爆破破碎机制,为合理计算逐孔爆破药量提供了理论依据。
瑞典的C Yi(易长平)等利用离散元方法模拟砂浆圆柱体的在装药爆破条件下的裂纹萌生以及爆破破碎过程,并与试验数据进行对比。通过四种不同装药条件下的模拟和试验,揭示了装药耦合条件和线装药密度对爆破破碎的影响,耦合条件越好,线装药密度越大,爆破破碎越成分。
奥瑞凯的R Yang(杨瑞林)介绍了一种不同于离散元的群孔爆破破碎模型,该模型通过计算爆破过程岩体的峰值振动速度(PPV)来预测爆破块度,数值模拟和爆破试验的块度分布比较证明该模型能较好预测爆破破碎块度,能够用于矿山的爆破设计优化以及超大规模的生产爆破模拟。
奥瑞凯的D S Preece等人采用三维离散元和并行计算方法实现大规模爆破鼓包运动模拟。在他们的模拟中,一次爆破的炮孔数达到数百个、计算节点达到100万个。该模拟工作的目的是研究排间起爆延迟时间对矿石回采的影响。基于高适应性的爆破模拟和使用电子雷管,可达到在爆破爆堆中实现矿石和废石石的分离。
MAXAM 公司的J F D Domingo等人基于露天矿场的监测数据,采用多重线性回归的方式拟合出包含岩石条件、单孔药量等16个物理量的用于预测岩石运动和评估矿石贫化率的预测模型,这一预测模型的相关系数达到了0.8,同时该模型成功预测了超过31个点的岩石运动情况并有效降低了矿石贫化率。
智利的H Parra 和 D Zenteno提出了一种包含实测数据概率分布的Swebrec模型以提高其在工程决策过程中的应用效果。针对不同抵抗线、孔间距和装药长度下的破碎结果分析显示,不同爆破设计产生相似的破碎效果随着实施阶段可变性的增大而增大。
澳大利亚的F Ouchterlony回顾了从前苏联到Cunningham的Kuz-Ram块度分布模型,认为粒径统计的中值选取与Rosin-Rammler粒径分布函数拟合是其中最根本的数学问题,建议用碎块中位块度X50取代平均块度,这样更有理论依据,预测错误率低,并且与前苏联的原始数据不相矛盾。同时建议在未来块度预测研究中要关注选用独立分布统计值,如X50、X20和X80等。
2.2 爆破损伤——模型、测试及控制(Blast-induced Damage–Models, Measurements and Control)
澳大利亚的D P Blair介绍了某次爆破诱发地震的工程实例及其分析方法。这次爆破诱发地震产生的动态位移峰值高达1.26mm,超出爆破振动本身(0.09mm)的10倍以上。文章提出了通过经验模态分解(EMD)来获得地震波传播中的本征模态函数(IMF)的方法。基于经验模态分解(EMD)的振动分析表明,在爆破期间,每一个本征模态函数(IMF)通常都展现出了频率变化;在随后的诱发地震期间,则出现了显著的频率降低现象。
Dugald River矿业公司的R Hassell等介绍了Dugald River地下矿山开采爆破振动控制方法。研究基于5次爆破振动试验及相关爆破设计资料,并采用Holmberg-Persson方法及相应的K值(Holmberg-Persson方法)来表征爆破损伤。分析结果表明,开挖中采用平行先锋槽,可以明显地降低爆破诱发的振动。
加拿大的A Sainoki等对高地应力地区的应力解除爆破损伤区进行了数值模拟。研究中,利用C++对FLAC3D进行二次开发,引入基于应变率的岩体剪切强度及拉伸强度,从而实现对爆破剪切损伤区及张拉损伤区的评价。模拟结果显示,随着地应力等级的提高,应力解除爆破形成的屈服区会减小。
印度的P K Singh等以RampuraAgucha矿山为背景,基于86次监测的258段实测爆破振动数据,研究了临近的露天爆破对地下采矿结构的影响。实测数据表明,地下矿道底板处的振动最大,顶部的振动最小;边墙处的振动要比底板处的振动小。文章对顶部、边墙及底板处的振动分别进行了分析,并基于底板处岩体分级提出了爆破振动峰值的安全阈值。
澳大利亚的R Osterman提出了一种基于传递函数的高边墙共振频率精确预测方法。该方法不仅可以预测材料的共振频率,还可以预测结构响应的频谱。该方法可以用来描述力学结构对激励源的频率响应。
澳大利亚R Battison等以Barrick Cowal金矿为背景,研究了爆破台阶坡顶滑塌的控制措施。表明,岩体损伤主要是由预裂爆破引起的,通过改善预裂爆破装药结构和延时时间后,可以使台阶坡顶滑塌高度下降约1-2m。同时,高能乳化炸药的使用也是损伤的主要来源之一。当采用低密度、低爆速炸药后,爆破振动得到了显著的降低,而爆破块度则没有显著的改变。
巴西的J Seccatore等对轮廓爆破中的非同轴不耦合装药结构进行了研究,对不同地质条件下不同起爆方式、钻爆参数及非同轴不耦合装药结构的轮廓爆破效果进行了对比试验。试验结果表明,当岩体质量很好时,采用合适的爆破参数可以使保留岩体只有很少缺陷或者是没有明显缺陷;当岩体质量较差时,无论怎么改进光面爆破参数,保留岩体都无法达到很好的开挖效果。因此认为对于轮廓爆破,无论是提出何种设计标准及模型,都必须考虑岩体特征因素。
巴西的J C Koppe和L Vieira等介绍了物探技术在爆破设计中的应用。通过地质雷达、电阻率和诱导偏振方法等,可以分辨出爆区中的完整岩块、破碎及软弱岩体甚至土体,从而改进地质模型,进而对爆破设计进行优化。实验表明,采用基于物探地质模型的爆破优化设计,可以改善爆破块度。
美国西北大学(Northwestern University)的C Dowding等研究了城市多层建筑对高频爆破开挖的响应。监测结果表明,建筑物顶层与底层的放大效应基本类似于或略低于美国矿务局对低层住宅监测的结果,放大效应随质点峰值振速的增大而减小。
澳大利亚的P Schimek等通过27次台阶爆破模型试验研究了排间延时爆破对岩体粉碎特征及保留岩体开挖面损伤影响。试验结果表明,当延时时间较长时,岩体损伤更为严重。岩体的破碎效果采用基本三参数Swebrec方程进行评价,表明延时时间越长,破碎效果越好。
2.3爆破对下游矿石加工工序的影响(Blasting Impacts on Downstream Processes)
澳大利亚的S J Hawke等介绍了一种提高岩体破碎度降低孔口大块率的爆破技术。该技术通过在上一个台阶爆破循环作业中,通过增加钻孔超深,增强对孔底岩体的破碎,从而促使下一层台阶爆破作业中孔口大块大大减少。该方法在墨西哥的一个大型露天开挖矿山中进行了实验评估,应用结果表明,矿岩的破碎效果得到极大的改善,后续工序的生产效率,也得到了极大的提高。
澳大利亚的P Klaric提出一种提高地下硐室开挖稳定性的爆破设计方法。该设计方法在硐室钻爆设计中,周边孔采用连续线性不耦合装药,并采用高精度电子起爆雷管,确保全断面周边孔同时起爆。该方法可以极大地降低硐室凿岩爆破中的超欠挖率,从而改善硐室和稳定性,提高支护结构的质量,进而降低铲装运输和地面支撑的支出。
澳大利亚的T N Little介绍露天矿级配控制爆破的分类和最新进展发展。提出矿山生产级配控制过程的核心目的是实现矿石开采价值的最大化,并且满足下游工序包括生产和销售等需要。全过程级配控制活动主要包括:矿物储量评估,钻孔取样,矿物分析,模型试验,矿石分块设计,爆破,矿石标记,开挖,储备,生产,调节。爆破级配控制技术中,最重要的两个突破点是:爆破全位移测量和分析技术以及高精度的电子雷管起爆技术。
巴西的T Marin等研究了矿山中钻孔和爆破质量对岩体破碎以及对后续的装载、二次破碎和磨细等下游工序的影响。按照钻孔和爆破作业分为不满足和符合采矿标准的两种情况,并分别分析了爆破对后续工序影响的三种主要时间指标:汽车装载时间,二次机械破碎的时间,初次压碎到汽车装载全过程的时间。其研究结果表明,爆破作业的质量和爆破石料的质量成正比,而爆破石料的粗糙度会增加机械耗时。
加拿大的S P Singh等人研究了爆破参数和爆堆形态的关系。认为仅仅考虑岩体自身的破碎形态,不足以提供最优的爆堆石料装载效率。爆堆的膨胀和外形特征,也会极大地影响装载设备的生产效率。爆堆的形态特征取决于爆破设计参数,炸药特性以及岩体构造。试验结果表明,爆堆的高度和抛掷距离主要受抵抗线、台阶高度、炸药的彭胀能和爆破块度分布的影响。
JKTech矿业公司的J Gaunt等人结合Ban Houayxai矿,介绍了通过优化钻爆设计来提矿石高磨碾效率的工程实例。提出可通过改善台阶结构、爆破模式以及质量控制水平,从新鲜矿石中获取了更精细的矿物碎片,并通过调整台阶参数和爆破方式以适应爆破运动来控制爆破引起的矿石损失和贫化。
伊朗的A Hakami等人依托Gol-e-Gohar1号铁矿,开展爆破破岩下游矿石加工效率的影响研究。他们通过加工厂监控记录及图像分析,优化爆破孔网参数,改善爆破效果,从而使矿石磨碾设备的产能提高5%~30%。
澳大利亚的D La Rosa等依托Cerro Corona铜矿,采用SmartTag矿石跟踪技术,建立了集爆破、破碎和磨碾全过程于一体的分析模型,该预测模型能够展示爆破设计的变化对原矿破碎以及后续粉碎过程的影响。
巴西的A C Silva等人结合Anglo美洲磷矿,介绍了如何使爆破破碎适应后续磨碾工序以提高生产率、降低成本的实例,其核心是优化爆破孔网参数。
澳大利亚的K R Blay和A T Spathis等介绍了一种远程、快速、精确的矿体和矿渣边界三维追踪系统,利用沿边界的地下标记来跟踪爆炸前后矿体-矿渣边界的位置,达到矿石回收最大化和矿渣最小化目的,从而提高综合生产率、减少经济损耗。
2.4爆破工程案例分析及实用对策(Case Studies/Practical Solutions toReal-world Problems)
该阶段会议主要讨论现实爆破工作中所碰到的技术问题,对其进行分析并提出解决对策。
澳大利亚的K Muller 和T Oosthuizen针对爆破警戒范围的定性分析方法和定量计算问题进行了讨论,认为对所讨论的Iron Knob矿区工程实例,采用半定量风险分析,结合高水平的操作方式、良好的质量保证体系和质量控制流程同时可使用蒙特卡罗模拟实验来确定适当的安全系数,取得了良好的飞石控制和经济性方面效果。
澳瑞凯的S Esen和 M Nagarajan分析了三个露天煤矿开采案例,提出在提高的挖掘推土设备运转效率的同时,通过适当调整钻爆方式可有效降低采矿成本,同时可采用爆破运动建模及爆破设计软件来协助选取最优方案。
中钢集团的Y M Wang和W Z Liu等提出了一种基于侧向爆破漏斗理论计算爆破参数的新方法,该方法首先根据侧向漏斗测试确定岩石可爆系数k,然后由k来确定最小崩矿层厚度w0与装药深度h,与传统方法相比较,该方法更加全面也更加合理,为台阶爆破设计提供了重要支持。
印度的P Rajmeny等结合RampuraAgucha露天煤矿的高边墙长期稳定性控制难题,介绍说采用的预裂爆破方案和具体参数确定方法,即实际爆破中首先根据工程经验初步确定炮孔倾角、间距等爆破参数,接着根据现场试验优化设计参数。
印度的S Bhandari等人讨论了一种涉及包括爆破设计、钻孔后的资料收集,爆破效果预测,反馈设计等全过程的爆破优化和环保控制的集成技术方案。该方案考虑到爆破设计的方方面面,安全性高,可实现云托管,并且其访问不受地域限制,更令人惊喜的是该方案已被植入手机应用程序,可实现移动端的操作与管理
澳瑞凯公司的M Nagarajan针对煤矿开采过程中的煤炭损失问题,分析了地层、钻爆过程和采矿方法的影响,他们利用专用的建模软件分析煤炭损失的内在机理,通过现场勘测与伽马测井的比较来估算煤炭损失量,同时采取合适的措施减少煤炭损失,最终使得煤炭损失量减少了95%。
2.5 新型爆破测量技术(Innovative Blast MeasurementTechnologies)
本部分主要涉及数字高速摄影及影像分析软件、散装炸药原位监测与评价、空气冲击波测量、动态抵抗线测量设备和炮孔压力测量新技术等内容。
DAdermann等介绍利用1000幅/s的数字高速摄影机,实现毫秒级精度的爆破过程记录,设别雷管的延迟时间、岩体破碎、爆生气体喷出、炮烟生成以及飞石等过程。
GCavanough等介绍了散装炸药原位测试技术,包括一台流动的测试车,可在原位开展散装炸药的物理和化学性能分析,测定预装药炮孔内炸药的原位密度;可利爆轰压力传感器测量爆轰压力、平均爆速、传播时间以及邻孔爆破在装药孔中引起的压力幅值等参数。
KHenley首先回顾了有风条件对爆破空气噪声测试(声压级(SPL))的影响机制及控制措施。通过将传声器置于不同位置对比测试发现,在有风情况下,将麦克风置于在地面可以避免风噪声的影响,且不影响所测爆破冲击波的声压。
NPetropoulos等开发了一种置于炮孔中用于监测岩体动态运动过程的设备和配套的数字信号采集,用于监测地下崩落采矿条件下爆破过程被爆矿体的运动速度和位移,室内试验表明,该系统可测量的最大运动速度可达10m/s。
AKRaina和VMSRMurthy提出了一种台阶爆破引起的岩体压力测试新方法,即在爆破孔邻近岩体中钻孔,基于爆破过程空孔内的动水压力测试,间接确定岩体动压力。基于该压力,可用于评估近区岩体的破碎、抛掷和爆破飞石预测。
2.6 新型炸药与起爆系统(New and Novel Explosives and InitiationSystems)
俄罗斯的S A Gorinov和I Y Maslov介绍一种可用于光面爆破的低能炸药。该炸药在传统乳化炸药中掺入高分子聚苯乙烯颗粒(颗粒直径4-5mm,密度40kg/m3),密度为520kg/m3,爆速为3440m/s。分析了该类低能乳化炸药的化学反应机理和爆轰传播过程,提出了该类炸药爆轰参数的计算方法。
澳大利亚昆士兰大学的IOnederra和MAraos针对铵油炸药爆轰过程中会产生大量有毒NOx问题,提出了一种利用双氧水(Hydrogen Peroxide)作为主要氧化剂的炸药配方,详细介绍此种炸药的爆炸性能参数以及破岩效果对比测试结果,发现这种新型炸药,在装药直径为102mm、密度为960kg/m3条件下,爆速可达5100m/s,而且能取得与传统铵油炸药相似的破岩效果。
GTeowee等设计了一个水锤测试实验,通过在水箱中测试先爆雷管引起的动压力作用下对电子雷管殉爆延迟时间的影响测试,发现与所报道的非电雷管情况不同,动压力对电子雷管的延迟精度并没有影响。
DWilkinson等介绍了一种高能散装炸药,其密度为1200kg/m3、爆速为4500-6500m/s,相对体积威力(RBS)大约是铵油炸药的2-3倍,此散装炸药在地表开采过程中可以大大提高开采效率,降低成本。
针对乳化炸药的非理想爆轰过程,瑞典的CYi(易长平)等利用LS-DYNA软件中的炸药点火和增长模型来模拟炸药燃烧过程,其中的燃烧速率函数中的参数通过乳化炸药实验中实测爆速和爆轰波阵面曲率来校正。在此基础上开发了Perl程序,可比较准确预测不同配比乳化炸药的爆速和爆炸波前曲率。
2.7露天与地下岩石爆破研究与发展(Recent Research and Development in Surfaceand Underground Rock Blasting)
对于露天与地下岩石爆破的研究和发展,国内外大量学者在技术革新以及设备开发方面均取得了显著成果。
段云和熊代余等为了更加有效的布置和监测施工过程中钻爆程序,开发了一种准确可靠的数字化钻孔定位系统和岩石硬度自动识别程序,此新技术已被应用在江西德兴铜矿,并初步在爆区实现了钻井和硬度识别数字化。
BGreen介绍了BHPBilliton公司发明的超级爆破(Megablast)技术,该技术将一次平均爆破量从30万t增加到100万t,不仅可以加快钻孔和爆破过程,节约施工过程成本,还可有效控制振动和约束效应,减小爆破飞石和岩石破碎。
B Mohanty和D Zwaan针对某深埋地下矿井CVR爆破过程,布设高幅值、高频三向加速度传感器,监测每段装药起爆激发的爆破振动,通过爆破振动信号分析发现原分段装药设计中存在殉爆现象,进而提出了增大间隔装药距离和提高钻孔精度方面的改进措施。
JVergara等介绍了一次爆破规模超过80万t矿石开采量的大型露天深孔爆破技术,采用该技术,经济效益显著,而且高台阶的坡脚和坡顶的爆破影响能得到有效控制。
ATawadrous和DSPreece为了降低有底柱崩落采矿法下的下挖工程量,提出了一种新型的钟型放矿溜井(Drawbells)一次成井爆破技术。
MPRoy等在kayad地下铅锌矿开采过程,为了控制爆破振动对附近村落的影响,对比了起爆程序、炮孔类型以及装药结构对爆破振动的影响,提出了一种有效控制爆破振动的方案,并验证了其可行性。
2.8岩石动力学及爆破经济—生产,技术和环境(Rock Dynamics and Economics of Blasting-Production, Technology and Environment)
主要涉及爆破生产管理(提高爆破生产效率、降低采矿支出、减少环境排放),岩石材料的动力响应以及爆破振动频率研究等方面的内容。
在爆破生产管理方面,澳大利亚Orica公司的T Goswami等介绍了Stratablast爆破设计方法,该法全盘考虑整个爆破过程中的各方面因素,使各单位之间紧密交流与协作,努力平衡爆破生产效率与环境负面效应控制二者之间的矛盾,以达到最终的理想效果。且该法已被应用于实际的煤矿开采,其不仅可以提高煤矿的生产效率与盈利能力,还可以降低粉尘、温室气体等的排放,同时还可回收以往废弃的薄层煤矿,值得学习与借鉴。
印度的M D Uttarwar等提出了一种利用抛掷爆破来取代传统拉铲挖土机剥离覆盖层的思路,用以降低总体开采支出,文中对几种不同运营情形下抛掷爆破技术的潜力及其经济可行性进行了研究,并利用净现值对各种抛掷爆破模型进行了风险分析,发现抛掷爆破技术在增产与减支方面具有较大的潜力。
在岩石材料的动力响应方面,澳大利亚的Q B Zhang 和J Zhao通过平板冲击试验,分别研究了粗粒辉长岩、细粒大理岩的雨贡纽(Hugoniot)特征曲线,对岩石材料在低压(低于10GPa)、高应变率加载条件下的力学响应进行了分析。
武汉大学的卢文波等在文“对爆破振动衰减规律的深入研究”中采用理论分析与数值模拟的方法,研究了球状药包和柱状药包爆破的特征频率(振动主频和质心频率)随爆心距的衰减特性,并对球状药包爆破频率与柱状药包爆破频率的影响因素分别进行了分析。
2.9岩石破碎---模型,监测和控制(Rock Fragmentation – Models, Measurements and Control)
主要涉及岩石爆破块度分布模型、爆破块度识别与自动测量算法、三维摄影测量、爆破地质中的地球物理方法以及爆破参数与爆破块度间关系等问题。
澳大利亚的F Faramarzi等人建立了一个基于Gamma 函数的爆破破碎模型来预测块度分布,建议的KC-KUM模型能有效描述从细到粗的爆破块度,较Kuz-Ram和Swebrec模型的预测偏差小。
澳大利亚的M J Noy在提出了一种新的爆破块度视觉系统处理算法,引入二维纹理分析极大地改进了块度尺寸级配的确定,使得自动化分析不再需要校准。新算法已被应用在许多铲车装载视觉系统上,并将采用这种算法的自动化分析结果和人工分析结果对比,结果表明该新算法提供了更好的分辨率和准确性。
瑞典的M Wimmer等人研究了Kiruna矿山分段崩落开采下的爆破破碎及其对重力流的影响,采用一个图像采集系统来记录放矿点和运卸作业铲斗的矿石块度,通过一个快速评价系统和二维块度描绘软件来评估分段崩落开采区内的破碎块度,研究了流场扰动和矿石回收/稀释的可能影响。
瑞典的A Beyglou等人提出了利用三维摄影测量技术绘制矿区中的不连续结构的方法,并应用在瑞典Aitik露天铜矿生产爆破。通过研究鼓包和装载效率来确定爆破效果和起爆方向的关系,发现爆破效果与根据非连续结构的倾角和中线确定的起爆方向相关。
巴西的R Schaarschmidt等人介绍用基于软件系统集成的三维成像地质模型进行台阶面调查和爆破规划,从而更好地实施矿山开采中的爆破作业,该方法在巴西的Conceicao大型铁矿成功应用,与之前在Itabira矿山未考虑地质模型的爆破对比,该方法取得了实质性的改进,不再需要进行二次爆破。
巴西的JSeccatore等人研究了装药结构对爆破料可磨性的影响。岩石破碎作业的下游工序主要是机械作业工序,包括爆破料从压碎到粉碎,获取细颗粒的整个过程。机械破碎所耗费的能量主要取决于爆后料的颗粒大小和材料的可磨性大小。研究结果表明,装药结构和爆破料机械破碎能有很强的相关性。
伊朗的MJahani等对常用的爆破块度预测模型进行了汇总和对比分析,包括SveDefo、Kuz-Ram、CZM、改进的Kuz-Ram模型、KCO和Gheibie模型等。并在Goe-Gohar铁矿山进行了20次爆破试验,利用Split-Desktop软件进行爆破块度图形图像分析。结果表明,Kuz-Ram模型比较适用磁铁矿矿岩,但不适合赤铁矿。应用细颗粒分析时,Swebrec模型要优于Rosin-Rammler模型。
印度的P K Singh等研究了爆破参数对岩石破碎块度的影响。认为当前对炸药能量在炮孔中的释放机制还缺乏足够清楚的认识,通过爆破设计来控制岩体的破碎在工程实践中还是个挑战。结合印度的两座矿山,进行了47次岩石爆破,用以研究单耗、抵抗线与炮孔直径比、炮孔间距与抵抗线比、堵塞长度与抵抗线比、抵抗线与台阶高度比等爆破参数岩体破碎块度的影响。
澳大利亚的M J Thurley等针对LKAB Kiruna 地下矿的大规模分段崩落开采效果评价,研发了一个集爆破、块度和重力流分析的综合测量系统。通过对放矿点和地下装运机铲斗内的矿岩进行立体摄影,获取3D图像信息,进行自动图像分析,并与筛分结果比较,表明对大块料和小于60mm的细颗粒料均能取得比较有效的估计。
加拿大的SAziznejad等介绍了冲击荷载作用下岩石节理密度对岩石破碎影响的数值试验结果。该方法的核心是通过室内试验来确定完整岩样的静态和动态力学参数,然后运用二维离散元软件PFC,建立完整岩样的粘结颗粒计算模型,反演粘结颗粒模型参数。在此基础上,开展刚性弹射子弹冲击下带节理岩样的破碎过程模拟。表明,岩样节理裂纹密度越高,岩体试样的破碎程度越高。
西班牙的J A Sanchidrián通过119组台阶爆破破碎块度筛分数据分析,评估了几种常用爆破块度分布函数的有效范围。在强调正确描述细颗粒块度分布的下限块度方面,比较了Rosin-Rammler、Grady和Swebrec分布函数以及它们的双组分模型,表明这些模型均可取得合理的精度。
加拿大的P D Katsabanis等基于水泥块试件小规模试验确定的爆破块度分析,总结了延时时间对爆破破碎的影响。研究发现排间延迟时间主要对爆破块度中的大尺寸块度有重要影响,而对小块度几乎没有影响。发现在前一个炮孔的径向裂纹拓展到自由面之前起爆下一个炮孔时爆破破碎效果最佳,爆生气体的渗入会导致更多的裂纹扩展展并最终影响爆破破碎中的大尺度块度。
奥地利的F Ouchterlony和瑞典的U Nyberg等人研究了炸药单耗和电子延期雷管 (EDDs)对爆破破碎的影响,并建立了非电起爆条件下爆破块度设计曲线。试验结果表明,在排间延迟时间均为67ms条件下,电子雷管起爆(两组爆破试验选取的孔间延迟时间分别为5ms和10ms)与单耗稍小的非电雷管(孔间均为25ms)起爆试验组相比,电子雷管起爆的块度要粗得多,平均块度x50从160 mm增加到200 mm。当非电起爆试验组的炸药单耗从0.72 kg/m3增加到0.99 kg/m3时,爆破块度降低很明显,平均块度从160mm降低到120 mm。
2.10 土木及其它工程应用中的特种爆破方法(Specialised Blasting Methods for Civil Works and Other Applications)
印度的G Gopinath等介绍了印度某大型浅埋并行隧道的控制爆破开挖工程实例。该隧道位于运营铁路线下,洞径15m,埋深仅14m。监测结果显示,通过控制爆破,隧洞爆破开挖诱发的振动控制在50 mm/s,低于印度规范(IS)所允许的安全控制标准70 mm/s。
中钢集团马鞍山矿山研究院的W Z Liu等提出了一种水耦合定向切割爆破技术。通过该技术方案中提出的定向装置,可以改变作用在炮孔壁上爆炸冲击波的初始能量分布。树脂玻璃模型试验表明,上述水耦合定向切割爆破技术可以在模型中沿预定方向产生切割裂纹;所产的切割裂纹表面平滑,炮孔周边仅出现了少数几条短裂纹。
韩国的Y-H Ko等提出了一种新的拆除爆破降尘方法。在新方法中,导爆索在水管中起爆,从而产生弥散水雾以达到降尘目的。文章通过AUTODYN光滑粒子流(SPH)模型及室内试验对比了不同工况下的水雾弥散特征,研究并揭示了导爆索在水管中的位置、装药量和水管直径等因素对水雾弥散效果的影响。
西班牙的L M López等通过全尺寸模型对砌石墙防爆进行了研究,对比了墙体外表面悬挂金属网、墙体外侧覆盖玻璃纤维膜及墙体内侧覆盖玄武岩纤维膜等耗资经济、工艺成熟的防护方案的防护效果。研究结果表明,在墙体外表面悬挂金属,可以使外墙的损伤减小34%,并且使墙体的剥落降低38%;在墙体内侧覆盖玄武岩纤维膜,则可以极大地降低墙体的剥落。
伊朗的M Taji等采用数值模拟手段研究了钢梁上的爆破加载问题。与室内试验结果的对比表明,利用Autodyn软件对钢梁上的爆破切割及爆破折弯均能够进行较好的模拟。
3 会前专题研讨会
3.1 第二届国际爆破地质研讨会(T N Little, M Lovitt, D Blair, et al. 2nd International Blasting Geology Workshop)
议题包括:地下硬岩爆破地质、地质与边墙破坏、级配控制和鼓包运动、爆破模型中的岩体参数、爆破地质结构体系和煤矿开采中的废气等。
3.2 爆破破碎对提高选矿流程生产率的杠杆作用(M Powell, E Sellers, T Chenje.Leveraging Fragmentation for Productivity in Mineral Processing。)
介绍Julius Kruttschnitt矿物研究中心的实例研究成果,展示爆破碎岩如何影响整个选矿过程的生产率。
3.3 爆破引起的鼓包运动(D Preece, A Tawadrous and DThornton.Blast-Induced Movement (Heave). )
介绍最新的爆破运动模型和测量技术。
3.4 地下分段崩落法中的开挖、破碎、输送和回采技术进展(Gideon Chitombo.Technical Developments in Breakage, Fragmentation, Flow and Recovery in Sub Level Caving (SLC))
介绍分段崩落法的几何特征、钻孔特征和爆破参数,以及它们对于扇形爆破、岩石破碎和回收率的影响,未来分段崩落法支撑技术的设计标准和爆破优化方法。
4. 会后考察
T1:悉尼采石场: 考察一个距离悉尼两个小时车程的采石场,聚焦于环境问题。
T2: KCGM 超级露天矿山: 考察澳大利亚最大的金矿—KCGM 超级露天矿山。
T3:猎人谷煤矿: 考察猎人谷地区的Rix’s Creek和Rio Tinto Hunter Valley Operations两个煤矿。
(中国工程爆破协会国际联络与信息部 宋文峰)