1穿孔爆破.doc

1 穿孔爆破金属露天矿采场内的矿岩，一般很难直接用采掘设备将它们从整体中分离出来，必须经过预先破碎。破碎矿岩的手段，主要是借助于穿孔爆破工作。部分经过破碎的矿岩，因破碎块度不符合要求，还需要进行二次破碎工作，以保证后序工艺的顺利进行。此外，穿孔爆破方法、参数选择、爆堆形状和尺寸等，亦对采装、运输（尤其铁路运输）工作等产生很大影响。因此，钻孔爆破工作通常是影响露天矿生产的一个重要工艺环节。在露天矿生产过程中，穿孔爆破费用约占生产总费用的2030，对矿石的开采成本影响较大。因此，不断改善穿孔爆破技术，加强穿孔爆破组织管理，提高穿孔爆破效率，为后序工艺创造良好的工作条件，对强化露天开采，降低矿石成本，提高露天开采的经济效益等，都具有重要的意义。1.1 穿孔工作1.1.1 岩石的可钻性露天矿穿孔工作，就是在露天采场矿岩体中钻凿炮孔。穿孔作业是繁重的，昂贵的生产过程，特别是在难钻和极难钻的坚硬岩石中更是如此。穿孔效率取决于钻机的钻进速度，而钻速则受岩石可钻性的影响。所谓岩石的可钻性，是指在钻具的作用下，岩石破碎的难易程变。它主要取决于钻具的类型，同时还取决于岩石自身的物理力学特性等。确定岩石的可钻牲，是为了合理选择和使用钻头，确定钻孔参数，为预测钻头寿命提供科学依据；同时还可作为选择穿孔设备、制定穿孔作业计划以及拟定穿孔定额指标的参考。国内外有关部门，大都对岩石的可钻性进行了试验研究，并建立了岩石可钻性的分级指标。影响岩石可钻性的岩石物理为学性质，有岩石的硬度、强度，韧性、塑性和磨蚀性等。测定岩石的可钻性，苏联广泛采用史氏（JI.A.史列伊涅尔）岩石硬度测定分级法；美国德雷塞钻具公司采用莫利斯方法（即在静压试验中，当钻齿压力达到临界压力之前，钻齿对岩块的实际压入深度与临界压力之比，作为岩石可钻性指标）；我国矿山用普氏岩石坚固性系数进行岩石分组。冶金部1980年6月鉴定通过的按凿碎功比耗确定岩石可钻性分级指标，适用于冲击式钻机。苏联学者B.B.里热夫斯基用岩石的钻进难度相对指标Z做为岩石可钻性的物理力学基础，其值可用来确定在外力作用下岩石的相对阻力。在确定值时，考虑了以下几点：1） 穿孔时，压力和剪切力具有决定的意义。冲击式钻进时，岩石以压力破坏为主；回转式钻进时，岩石以剪切力破坏为主。2） 确定钻速时，岩体的裂隙度可忽略不计，只是在确定岩石坚固性时才考虑。3） 在穿孔过程中，只有及时排出孔内岩碴才能继续破坏岩石，所以在评价可钻性时，还必须考虑岩石的容重。由此，岩石的可钻性指标Z值可用以下经验公式确定Z=0.7+0.007（Y+）/105 （1-1）式中：Y、分别为压应力和剪应力（大于相应的岩石抗压强度和抗剪强度），Pa；岩石容重，kg/dm3。根据值，按岩石可钻性分为5个等级，25个类别，即级易钻的（=15），类别：1，2，3，4，5；级中等难钻的（=5.110），类别：6，7，8，9，l0；级难钻的（=10.115），类别：11，12，13，14，15；级很难钻的（=15.120），类别：16，17，18，19，20；级极难钻的（= 20.125），类别：2l，22，23，24，25。指标>25时，属于级外，对于具体的矿山地质条件，可参考指标Z来确定钻机的功率，参数和钻进速度的计算。1.1.2 穿孔方法及其分类露天矿目前使用的穿孔方法，按钻进或能量利用方式，可分为机械穿孔和热力穿孔两大类。除火力钻机为热力穿孔外，其它钻机均属于机械穿孔。在机械穿孔中，有牙轮钻机、潜孔钻机、钢绳冲击式钻机以及凿岩台车之分。目前国内外穿孔设备的发展趋势是，大型露天矿多以重型牙轮钻机（钻孔直径D250380mm）为主要穿孔设备；中小型露天矿则多以轻型牙轮钻机和潜孔钻机（D200mm）为主。火力钻机仅适用于极坚硬的铁燧岩类及石英岩类为主的露天矿，且穿孔成本较高。表1-1为苏联英古列茨露天矿在f=1820的磁铁石英岩中牙轮钻机与火力钻机的比较。从表中可以看出，牙轮钻机已能够完全取代火力钻机，故目前国内外应用火力穿孔的露天矿不多。表1-1 牙轮钻机与火力钻机的比较穿孔设备穿孔速度（m/台班）穿孔成本（卢布/m3）钻头寿命（m/个）-250牙轮钻机O-160/20火力钻机23.720.10.3540.53934.9冲击式钻机是50年代露天矿主要穿孔设备，以后逐渐被潜孔钻机和牙轮钻机所取代。目前，这种钻机在我国露天矿（除煤矿外）其数量还不到钻机总量的15%，且早巳停止生产。此外，化学穿孔、超声波穿孔以及高压水力穿孔等新型钻机尚在研制之中。未来新型高效率钻机的出现，将对加速露天矿建设，打破长期穿孔爆破滞后于其它生产工艺的被动局面具有十分重要的意义。1.1.3 牙轮钻机牙轮钻机是一种高效率的穿孔设备，它可以用于钻凿各种硬度的矿岩。目前，国外大型露天矿大多以牙轮钻机作为主要穿孔设备。自70年代以来，我国不少大型露天矿，采用进口或国产牙轮钻机进行穿孔作业，取得了显著的效果。国内外的应用实践表明，牙轮钻机具有以下明显的优越性：穿孔效率：比潜孔钻机高23倍，比冲击式钻机高35倍；钻机作业率：比潜孔钻机高1545%，比冲击式钻机高50110%；工人劳动生产率：比潜孔钻机高23倍，比冲击式钻机高34倍；穿孔成本：比潜孔钻机低1525%，比冲击式钻机低1030%。牙轮钻机的主要缺点是：机身重，设备昂贵。在牙轮钻机的穿孔成本中，钻头费用约占4050%。因此，加强对钻头的研究，提高钻头质量，延长钻头的使用寿命，是进一步提高牙轮钻机穿孔效率，降低穿孔成本的重要途径。牙轮钻机是通过回转机构带动钻头回转，借助加压机构给钻头施加轴向压力（一般约为300600kN），由这种动压和静压产生的应力使岩石破碎（剪碎或压碎），同时通过压缩空气冷却钻头并将孔底岩石碎屑吹出孔外以形成钻孔的机械。因此，牙轮钻机的作业特征是钻头轴压力、回转速度以及排除岩碴和冷却钻头的压气消耗量之间的有机配合。牙轮钻机的钻进速度可用以下经验公式近似计算：按里氏岩石可钻性分级其钻速为 （1-2）按普氏岩石坚固性系数分级其钻速为 （1-3）式中：v牙轮钻机的机械钻进速度，cm/min；P轴压力，kN；N钻头转速，r/min；岩石可钻性指标；岩石坚固性系数；D1钻头直径，cm。式（1-2）和（1-3）中的计算值，仅能作为计算时的参考值，因为在上述两大的计算中，均未考虑岩石的韧性和磨蚀性，同时也由于岩层不均质、有节理以及钻进参数变化等影响而产生误差。牙轮钻机台班生产能力为 （1-4）式中：A钻机台班生产能力，m/台·班；T班工作时间，h；v钻机机械钻速，cm/min；工作时间利用系数。从总体看，影响于牙轮钻机生产能力的因素是钻速v和工作时间利用系数，但从式（1-2）和（1-3）可知，钻速又和设备性能及岩石性质有关。（1）轴压力P轴压力P与钻速v大致成正比，但却不是严格的线性关系，具体取决于钻头单位面积上的作用力P/F（F钻头与岩石的接触面积）和岩石的抗压强度Y之间的关系。从图1-1中轴压力P与钻速v的关系曲线可以看出： 当轴压力P很小，P/F大大低于Y时，岩石仅以表面磨蚀的方式破碎。此时，轴压力P与钻速v呈线性关系（图中ab段）。 随着轴压力P的增加，虽然P/F还小于Y，但因钻头轮齿多次频繁冲击岩石，使岩石产生疲劳破坏，出现局部的体积破碎。此时，钻速随轴压力P的m次方而变化，硬岩时1.25m2，软岩时m<3（图中bc段）。图1-1 轴压力P与钻速v的关系 当轴压力P增大到P/F=Y后；岩石被压碎或剪碎而产生体积破碎，此时的穿孔速度快、钻头寿命高（图中cd段）。 当轴压力P选到极限轴压力Pk即达到d点后，钻头轮齿整个被压入岩石，牙轮体与岩石表面接触，即使再增大轴压力，钻速也不会再提高（图中de段）。因而d点也就是牙轮钻机最大而有效的轴压力值。轴压力大小的选取，主要根据岩石的物理力学性质，钻头承载能力和钻机的技术性能。根据国内外实践经验，随着岩石性质的不同，加在每厘米钻头直径上的轴压力如表1-2所示。表1-2 不同岩性条件下每厘米钻头所需合理轴压力值苏联学者里热夫斯基认为，随着钻头直径的增加，加在每厘米钻头直径上的轴压力亦应增加。表1-3为里氏根据岩石的可钻性，列出了不同钻头直径所需的单位轴压力值。表1-3 牙轮钻孔的单位轴压力（2）转速n从式（1-2）和（1-3）中可以看出，转速n和钻速v之间成正比关系。其实，它们之间也不是一个简单的线性关系，如图1-2所示。图1-2 转速n对钻速v的影响图中曲线1表示当轴压力P较小时转速n与钻速v的关系。这时，由于轴压力不足，岩石受牙轮齿摩擦、刮削作用而疲劳破碎，随着转速n的增加，钻速v也相应加大，两者近似地呈直线关系。图中曲线2表示轴压力P增大后，转速n与钻速v的关系。此时岩石呈体积破碎，开始时随着转速n的增大钻速v也提高，但当超过极限转速nJ后，钻速v却随转速n的增加而降低。这是因为转速n太高时，轮齿与孔底岩石的作用时间太短（小于0.020.03s），未能充分发挥轮卤对岩石的压碎作用。此外，由于转速n过高，也会加速钻头的磨损和钻机的震动，给穿孔工作带来不良影响。实际生产中，对软岩常选用80120r/min的转速，中硬岩石用60100r/min，硬岩用5080r/min，小于50r/min的转速，常在钻机开孔时使用。图中曲线3表示轴压力P继续增大后转速n对钻速v的影响，其情况和曲线2相似。从曲线1，2，3之间的关系可以看出，钻速v受轴压力P及转速n两者的综合影响，需要统筹考虑。牙轮钻机在穿孔中存在两种工作制度，即 强制钻进。即采用高轴压（300600kN）和低转速（150r/min以内）； 高速钻进。即采用低轴压（100200kN）和高转速（300r/min）。显然，无论从合理利用能量还是从提高钻头、钻机的使用寿命来衡量，高速钻进的工作制度有很大缺点，从图1-3钻速、钻头寿命与转速的关系曲线中可以看出，提高转速将是在牺牲钻头寿命的情况下提高穿孔速度的，这常常会导致单位穿孔费用的提高，特别是在钻头费用占穿孔总费用40%以上的硬岩中钻进更是如此。基于上述原因，我国生产的牙轮钻机，正是沿着强制钻进这条途径发展的。日前矿山使用的国产YZ型及KY型等中、重型牙轮钻机，其轴压力大都在300550kN之间，而转速大多控制在100r/min以内。图1-3 牙轮钻机钻速v、钻头寿命s和转速n的关系曲线1-边度，2-钻头寿命（无润滑时）3-钻头寿命（有润滑时）（3）排碴风量Q式（1-2）和（1-3）是在及时排碴、没有重复破碎的前提下得出的。为了彻底排碴，要求有足够的风量，使孔壁与钻杆之间的环形空间形成适宜的回风速度，从而对岩碴颗粒产生一定的升力以排除出孔。若风速过小，升力不足，岩碴在孔底反复被破碎，既降低穿孔速度，又加剧钻头的磨损，甚至会造成卡钻事故；若风速过大，既浪费空压机功率，也加剧钻杆的磨损。根据国外经验，最小回风速度15m/s。当回风速度达到25m/s时，可以使容重为3.2t/m3的岩石碎屑排除出孔。回风速度一定时，排碴风量Q可按下式计算 （1-5）式中：Q排碴风量，m3/min；回风速度，m/min；D钻孔直径，m；d钻杆直径，m，为了便于排碴，应使D-d20mm。表1-4表示在回风速度为25m/s的条件下，钻孔直径和钻杆直径不同组合的排碴风量。或根据图1-4直接直取。表1-4 回风速度为25m/s时的排碴风量随着钻孔深度的增加，钻进速度也会降低，但排碴风景的增大，也可以提高钻进速度，提高钻头寿命。如图1-5所示，在相同钻孔深度条件下，当排碴风量由25m3/min增加到32m3/min和50m3/min时，钻机生产能力可相应提高17%和46%。目前国内外部趋于加大回风速度和排碴风量，借以提高钻头寿命和钻进速度，而由于风速和风量的加大，有可能会对钻杆和迎风流的地面设备造成气砂冲击的损害，但这种损害一般是很小的。图1-4 牙轮钻机排碴风量诺模图图1-5 不同供风量时穿孔速度v和钻孔深度L的关系（4）钻孔直径D从式（1-2）和（1-3）中可知，当轴压力P和转速n一定时，钻孔直径D与钻速v成反比。实际上，当钻孔直径D增大后，钻头的直径和强度也加大，只要相应采用更大的轴压力和转速，钻进速度v并不会降低。另一方面，当钻孔直径增大时，爆破孔网参数也可加大，从而可提高延米爆破量和钻机台年矿岩产量。矿山实践表明，采用大直径钻孔，是国内外牙轮钻机钻孔的一致趋势，目前国外有直径达455mm的钻机。当然，钻孔直径和孔网参数增大后，矿岩爆破后的块度也会增大，这就要求采装、运输和粗碎设备与之相适应。（5）工作时间利用系数上面讨论的四个因素，都是与机械钻速有关。从式（1-4）可以看出，为了提高牙轮钻机的效率，另一个重要因素就是提高钻机的工作时间利用系数。它是钻机纯作业时间与班工作时间之比值。影响工作时间利用系数的因素主要有两方面：一是组织管理不善所带来的外因停歇；另一是钻机本身故障所引起的内因停歇。当前，我国国产牙轮钻机和钻头的质量虽有很大改进，但仍不够理想，因而后一个因素显得更重要。从表1-5中可以看出，不计外因停歇的台时利用系数仅62%，说明钻机本身故障不少。表1-5 大石河铁矿使用HYZ-250C牙轮钻的工时利用为了强化牙轮钻机穿孔，国外正在试用自动控制技术，借各种传感器配合操作程序控制，使钻机的工作参数及时随岩层条件而变化，这样既保护了设备，也提高了钻机的效率。总之，牙轮钻机是日前国内外露天矿穿孔的主要设备。为了提高穿孔效率，今后应继续从钻机、钻头、工作参数和组织管理四个方面进行改进。在钻机上装配自动控制系统，根据岩性的变化，来调节轴压和转速，以提高穿孔效率，延长钻具和设备的使用寿命。1.1.4 潜孔钻机潜孔钻机属冲击回转式钻机，其特点是冲击器和钻头一起潜入孔底，由活塞运动所产生的冲击功直接传至钻头破碎岩石，使冲击功不致于过多地消耗在钻杆的变形上。钻头的回转运动，是由回转电机（或液压马达）经减速器减速后传至钻杆，带动冲击器和钻头回转。因此，潜孔钻机是通过冲击破碎，回转切削以形成钻孔，用压缩空气或气水混合将岩石碎屑吹出孔外。向下推进的轴压力，是借助于回转机构及钻具自重，再经链条或钢绳传动加压。所以，穿孔作业是连续的。潜孔钻机的机械钻速可用以下公式表示：按里氏岩石可钻性分级指标，其钻速为 （1-6）式中 v潜孔钻机的机械钻速，cm/min；a冲击功，J；冲击频率，次/min；KB岩石可钻性的变换系数，=1014时，KB=1.0，=1517时，KB=1.05；=1820时，KB=1.1；岩石可钻性指标；D钻孔直径，cm；Kx钻头形状系数（三刃钻头Kx=1.0，十字钻头Kx=1.1，柱齿形钻头Kx=（1.11.2）。按岩石凿碎功比耗分级指数，其钻速为 （1-7）式中：K冲击功利用系数，一般为0.60.8；E岩石凿碎功比耗，J/cm3；其它符号意义同前。潜孔钻机台班生产能力计算，和牙轮钻机相同，可按式（1-4）进行计算。潜孔钻机的台班生产能力，也与潜孔钻机的机械钻速v和班工作时间利用系数有关。（1）机械钻速v的影响因素 冲击功a和外击频率从式（1-6）和（1-7）可以看出，为了提高机械钻速度v，希望同时增加冲击功a和外击频率。然而，在潜孔钻机的风动冲击器中，冲击功a和冲击频率是两个互相制约的工作参数。欲增大冲击功，就需要增加活塞重量和活塞行程，相应地就降低了冲击频率，反之亦然。针对这两个参数，亦存在两种不同的工作制度：一是大冲击功（每厘米钻刃长度上的冲击功单位冲击功为810J）低频率（8501300次/min）；另一是小冲击功（单位冲击功为5.57J）高频率（19002500次/min）。实践证明，前一种工作制度比较合理，因为岩石只有在足够大的冲击功作用下，才能有效地进行体积破碎。若冲击功不足，单纯提高冲击频率，只能使岩石疲劳破碎。我国大孔径冲击器（J-200、W-200、C2-250系列等），都是按照大冲击功、低频率的要求设计的。在选用冲击器时，首先要注意这两个参数。 风压潜孔钻机的冲击器是一种风动工具，为了达到额定的冲击功和冲击频率，风压是一个重要因素。表1-6为KQ-200型潜孔钻机效率随风压的变化情况。随着风压的增大，穿孔速度和钻头寿命都有不同程度的提高。正由于此，目前大孔径潜孔钻机都自带空压机以减少管路压降。表1-6 风压对潜孔钻机效率的影响为了进一步提高潜孔钻机效率，国外已采用工作风压达1.722.41MPa的高风压无阀冲击器，使穿孔速度明显提高。表1-7是直径为152165mm的潜孔钻机在不同风压条件下的穿孔速度，它说明把风压由0.76MPa增至2.41MPa，可提高穿孔速度4.7倍。因此，提高风压是提高钻机生产能力的主要途径。当然，高压冲击器要求其零部件的强度和质量也很高。近年来，随着液压凿岩机的发展，国外也出现了一些工作液压达14.7MPa的液压冲击器，它比风动冲击器效率高2倍以上。表1-7 不同风压条件下的穿孔速度 排碴风量和风速在穿孔过程中，孔底岩碴能否及时排出，对穿孔速度有很大影响。一般情况下，单靠冲击器排出的废气不够排碴用，还需要增加2040%的压缩空气用来排碴。排碴需要的风速取决于岩石的容重和岩碴粒度，一般可按表1-8选取。表1-8 不同岩石容重下所需排碴风速在压风设备容量一定的情况下，为了提高排碴风速，可适当增加钻杆直径。但为了便于碴粒排出，孔径D与钻杆直径d之差值亦不得小于20mm。图1-6为风速计算诺模图。可以根据孔径、钻杆直径和压风设备容量，查出钻杆与孔壁间隙的风流速度；也可以根据孔径、压风量和要求的风速来选择钻杆直径。图1-6 风速计算诺摸 钻孔直径D对潜孔钻机钻孔直径D的分析，类似于牙轮钻机。随着钻孔直径D的增大，冲击器的活塞直径也增大，相应的冲击功a、冲击频率也可提高，因此钻速v并不是单纯和钻孔直径D成反比关系。另一方面，当增大钻孔直径D时，可加大爆破孔网参数，相应提高钻孔的延米爆破量和钻机的台年钻孔爆破总量。表1-9是南芬铁矿两种孔径的潜孔钻机和钢绳冲击钻机的比较结果；从表中可以看山，尽管KQ-150A型潜孔钻机的穿孔速度超过C-1型冲击钻机，但由于前者孔径只有150mm，廷米爆破量小，最终效果反而不如冲击钻机。只有采用孔径为200mm或更大孔径的潜孔钻机，其优越性才能显示出来。国产KQ-250型潜孔钻机，就是基于这种需要而生产的。表1-9 两种直径的潜孔钻机和钢绳冲击钻机的比较 轴压P、转速n和扭矩M潜孔钻机的轴压力，主要是用以克服冲击器的后座力，使钻头紧紧顶在岩石上，从而提高冲击能量的传递效率。活塞每冲击一次，钻头作用在岩石上的力可达3001500kN，轴压力本身对岩石破碎的效果影响不大，因而潜孔钻机的轴压力远远小于牙轮钻机的轴压力。过高的轴压力，既妨碍钻具回转，也容易加快钻头磨损，并会使硬质合金片齿过早损坏。轴压力的大小，取决于钻头直径和岩石性质。对于大孔径（D>200mm）的重型潜孔钻机来说，由于钻具重量较大，一般都采用减压钻进，即钻机的提升推压机构应起减小轴压力的作用。相反，小孔径的中、轻型潜孔钻机，由于钻具重量轻，常用提升推压机构作增压钻进。潜孔钻机的回转，既是为了改变钻头每次凿痕的位置，也是用以使钻头回转切削岩石。转速过低，会降低穿孔速度；转速过高，则过分磨损钻头，结果穿孔速度反而下降。转速的大小与钻头直径，冲击频率及岩石性质有关。目前，在硬岩钻进中，有趋于采用低转速的倾向，使转速保持在1525r/min之间。当然，随着高风压、高频率、大冲击功的冲击器出现，钻具的回转速度也会相应提高。潜孔钻机的回转扭矩，主要用以切削钻头凿痕间留下的岩坎，并能保证克服卡钻事故，因而潜孔钻机所需扭矩要比回转式钻机小得多。扭矩大小，取决于钻头直径、回转速度及岩石性质等。表1-10所列为不同钻头直径下的轴压力、转速和扭矩值。表1-10 潜孔钻机的轴压力、转速和扭矩（2）工作时间利用系数的影响因素工作时间利用系数也是影响潜孔钻机穿孔速度的一个重要因素。它包括以下两个内容： 不可避免的影响时间，如钻机接杆、移机定位和定期修理等； 可以避免的影响时间，如等备件，等风、水，电，卡钻处理，投孔及其他。表1-11 是南芬铁矿10台KQ-200型潜孔钻机的工时统汁数据。从表（1-11）中可以看出，其开动台时数仅占总台时数的62.5%，而钻机的纯穿孔时间仅占总时间的55.2%。在非作业时间内，不可避免的影响时间，即必要的影响时间仅占40%左右，而60%左右的影响时间是主观因素造成的且又是可以避免的。表1-11 南芬铁矿潜孔钻机工时利用情况统计上述分析说明，加强矿山各部门之间的密切配合，提高组织管理水平，是提高钻机时间利用率的重要途径，同时，提高司机的操作技术水平，提高钻具、钻头质量，降低钻机、钻头的反修率，对提高钻机作业率，增加钻机穿孔效率，也是十分重要的。目前苏联矿山机械设计研究院研制了一种-160型冲击器，重52kg，可与直径160mm牙轮钻头配合使用。该机采用移动式空压机供风，风压为0.5MPa，冲击器功率为3.8kW，单位耗风量为0.04lm3/s。在普氏坚固性系数f=1016的岩石中穿孔，钻具转速为120r/min，轴压视岩性而变，介于2.87.9之间。与同直径的牙轮钻机比较：冲击器-牙轮穿孔 牙乾钻机穿孔穿孔速度 31.9mm/min 8mm/min牙轮钻头平均寿命 180m/个 120m/个冲击器平均寿命 540m 冲击器-牙轮穿孔的优点是：可改变钻头轴压、钻具转速、冲击频率，并可调节风量。1.1.5 穿孔设备数量计算及选择矿山需要穿孔设备的数量，取决于矿山的剥采总量、钻机效率及其工作制度，可按下式计算：钻机工作台数N （1-8）钻机在册台数 （1-9）式中：N、分别为钻机的工作台数和在册台数，台；K1成孔率，一般为0.90.95；K2产量不均衡系数，一般为1.101.15；Q矿山每年需要钻孔爆破的矿岩总量；t/a；A钻机实际台班生产能力，m/台·班；B每米钻孔爆破量，t/m；n每天工作班数；m钻机年工作天数；K3钻机作业率，牙轮钻机为0.650.75；潜孔钻机为0.450.65。当矿山的矿岩性质差别较大或采矿和剥离的工作制度不同时，应分别计算采矿和剥离所需的钻机台数，然后取其总和。根据国内外发展趋势看，通常按露天矿的规模大小选择适宜的穿孔设备，一般认为：特大型、大型露天矿，宜采用钻孔直径D310mm的牙轮钻机；中型露天矿，可采用钻孔直径D=150250mnl的牙轮钻机或潜孔钻机；小型露天矿，则应采用钻孔直径D150mm的潜孔钻机或牙轮钻机、露天凿岩台车。1.2 爆破工作1.2.1 岩石的可爆性所谓岩石的可爆性，即岩石介质对爆破作用的抵抗程度。爆破和穿孔两种破碎岩石的机理有着很大区别。炸药在爆炸瞬间释放出巨大的能量，在岩体中造成了很大的应变，并以波的形式传播，同时伴随有高速膨胀的气流将岩石推出。爆破一方面使岩石产生新的裂隙，另一方面使岩体中原有的节理、裂隙等结构面张开，使岩体分裂成岩块而形成爆破堆积体。因此，岩石的破碎程度主要取决于岩石对爆破的抵抗程度，这种抵抗程度又与岩石的强度、岩体的完整性两者有关。根据岩石强度和岩体的完整性，常用炸药单位消耗量q来表示这种抵抗程度。我国矿山一般是参照苏联普氏和苏氏岩石分级的炸药单位消耗量作为岩石可爆性分级的依据。自70年代以来，国内外对岩石可爆性分级的研究有了很大进展，尤以苏联学者在这方面的研究较为突出，其中较系统、较有实际应用参考价值的研究方法有以下两种。（1）B.B.里热夫斯基按强度分级里氏是根据岩石的自然性质为基础，并通过标准爆破实验来计算炸药的标准单位消耗量qB值。实验时，采用有六个自由面的1m3正方体岩块，在其中心放入6号防水硝铵炸药（其爆力、猛度、殉爆度、密度等性能，相当于我国4号抗水炸药），然后进行爆破。炸药的标准单位消耗量可按实验公式确定 （1-10）式中：qB炸药的标准单位消耗量，g/m3；分别为岩石的抗压、抗拉和抗剪强度，Pa；岩石容重，kg/dm3。里氏按炸药的标准单位消耗量，把岩石可爆性划分为5级，25个类别，即级易爆岩石 10g/m3 l5类级中等难爆岩石 qB=10.120g/m3 610类级难爆岩石 qB=20.130g/m3 1115类级很难爆岩石 qB=30.140g/m3 1620类级极难爆岩石 qB=40.150g/m3 2l25类级外岩石 qB>50g/m3实际爆破中，由于被爆岩体自由面数量、岩体的完整性、炸药质量以及药包形状等不同，炸药的实际单位消耗量与标准单位消耗量差别很大。在进行爆破设计时，炸药单位消耗量应根据爆破实验来确定或根据爆破工艺条件和组织条件，按炸药的标准单位消耗量计算，其计算式为 （1-11）式中：qJ设计计算的炸药单位消耗量，g/m3；qB炸药的标准单位消耗量，g/m3；KH炸药的换算系数；KPS要求的破碎度系数，KPS=0.5/dp;dp爆破后岩石的平均块度尺寸，m3；KL岩体的裂隙度影响系数，一般为1.2；KX药包在岩体中的形状影响系数，深扎爆破时，KX值取决于钻孔的直径，不同的钻孔直径时，其值分别为：D=100mm时易爆岩石 Kx0.951.0中等难爆岩石 Kx0.850.9难爆岩石 Kx0.70.8D=200mm时 Kx1.0D=300mm时易爆岩石 Kx1.051.1中等难爆岩石 Kx1.21.25难爆岩石 Kx1.351.4当采用分段装药时，Kx值需乘以调整系数0.95。Kr岩石的爆破体积影响系数，其值为：当台阶高度h15m时 当台阶高度h>15m时 Kwz药包位置和自由面的影响系数，这是影响炸药单位消耗量大小的主要因素，试验表明：六个自由面时，Kwzl；五个自由面时，Kwz2；四个自由面时，Kwz4；三个自由面时，Kwz6；两个自由面和单排孔齐发爆破及多排孔微差爆破时，Kwz8；一个自由面即平地爆破时，Kwz10。（2）B.H.库图佐夫综合可爆性分级库图佐夫的岩石可爆性分级，是在苏联金属露天矿经多年研究制定的。它综合了炸药单耗、岩石坚固性和岩体裂隙等多方面因素，并以炸药单耗为主。炸药单耗的标准条件是：台阶高度1015m，钻孔直径243mm，铵梯炸药（粒状硝酸铵79%，梯恩梯21%）。经过大量数据的统计结果，得出了炸药单耗的离差（均方差）和炸药单耗的2/3次方成正比的关系，即 （1-12）式中：炸药单耗统计值的离差，kg/m3；q炸药单位消耗量，kg/m3；在制定分级范围时，采用t分布来计算。分布范围的界限由下式给出 （1-13）式中：qSX某一级炸药单位消耗量的上下限，kg/m3；q这一级炸药单位消耗量的平均值，kg/m3。库氏在综合考虑了各种岩体的自然特征和岩石性质的基础上，并结合用上式统计计算结果，把岩石可爆性划分为10个等级，如表1-12所列。研究岩石的可爆性，不只是为了对岩石进行分级，而主要在于根据不同岩石对爆破作用的阻抗能力，预计合理的炸药单位消耗量和所能达到的岩石破碎效果，并以此作为爆破工艺设计的依据。表1-12 库图佐夫岩石可爆性分级1.2.2 爆破方法及露天矿对爆破工作的要求（1）爆破方法在露天开采中，使用的爆破方法有 浅眼爆破法这种爆破方法，主要用于部分小型露天矿的生产爆破，露天矿的二次破碎及处理根底的爆破，大爆破中的硐室开挖及其它辅助爆破等。 深孔爆破法它主要用于露天矿正常剥采过程中的台阶爆破（或称生产爆破）以及临近边坡的控制爆破。 大爆破（或称硐室爆破）法这种爆破方法，大多用于露天矿基建或扩建时期，以及用其它方法难以处理的孤立山头。至于其他爆破方法，如药壶爆破法、外覆爆破（或称裸露爆破）法等，在金属露天矿一般应用较少。在露天矿生产过程中，大量使用的是生产台阶的深孔爆破。在最常用的台阶深孔爆破中，根据起爆顺序和起爆时间的不同，又分为齐发爆破、秒差迟发爆破和微差爆破等，其中以微差爆破使用最广。此外，在露天矿生产中，台阶深孔爆破后，一般会产生一些块度超过规定尺寸的矿岩块。对这些不合要求的矿岩块，一般还要采用浅眼爆破、外覆爆破或碎石机进行二次破碎。（2）露天开采对爆破工作的要求 对爆破矿岩数量的要求在露天开采中，一般是以采装工作为中心组织生产的。为了保证挖掘设备能连续作业，要求工作面每次爆破的矿岩量，至少能保证挖掘设备510昼夜的采装要求。近年来，随着大型高效率穿孔设备和多排孔微差爆破的应用，每次爆破矿岩量已远远超过这一要求。 对爆破质量的要求1）大块率。露天矿的采装、运输和粗碎设备，对爆破后的矿岩块度都有一定的要求，称做允许块度。超过允许块度的矿岩块称为大块，大块总量与爆破总量的比率称为大块率。大块率越高，说明爆破质量越差。露天矿对爆破后矿岩块度的一般要求是：岩石按挖掘设备要求确定允许块度，即 （1-14）矿石按矿仓漏斗口或破碎设备要求确定允许块度，即d0.8A （1-15）式中：d允许的矿岩块度最大尺寸，m；E挖掘机勺斗容积，m3；A溜矿井（矿仓）放矿漏斗或破碎机入口最小尺寸，m。2）爆堆形状和尺寸。爆破后形成的松散矿岩堆，称为爆堆。爆堆的形状和尺寸，对采装、运输工作都有很大影响。爆堆过高，会影响挖掘机的安全作业；爆堆过低，挖掘机不易满斗，影响挖掘机效率；爆堆过宽，不仅增加了挖掘机的大量倒堆清理工作，而且运输线路也会受到影响；爆堆过窄，说明矿岩碎胀不佳，爆破效果不好，挖掘机很堆甚至无法进行作业。因此，爆堆的高度、宽度和松散度，都要适合采装的要求。爆破后，台阶工作面的形状要规整，不允许出现根底、伞岩等凹凸不平的现象，如图1-7所示。图1-7 根底、伞岩示意图1-爆堆；2-根底；3-伞岩3）爆破后冲。爆破后，在新形成的台阶上部，往往由于爆破的反作用（称后冲作用）而产生新的裂隙，同时由于部分矿岩上翻而在台阶上部出现了破碎矿岩的堆积体，如图l-8所示。实践证明，由于爆破后冲作用的结果，不但增加了台阶上部的清理工作，而且台阶上部新形成的裂隙，会影响下一循环的穿孔作业，甚至造成卡钻、塌帮以致形成废孔。同时，裂隙也是产生大块的重要原因。因此，降低后冲和缩小破裂范围，对提高穿孔效率、降低大块率等，均有重要作用。图1-8 爆破后冲示意图1-爆堆；2-上翻堆积体；3裂隙 对爆破安全的要求爆破是炸药在瞬间发生的巨大能量释放现象。其能量是以高温、高压气体的形式释放出来，从而产生比岩石的极限强度大得多的应力波。其表现为：1）由于爆炸而产生的震动，形成了爆炸震动波；2）由于爆炸能量冲出地表压缩周围空气，形成了空气冲击波；3）由于爆炸应力作用，使岩石产生液化、变形、破碎、移动而将部分碎石抛出，对周围造成危害。因此，在爆破工作中，应当采取有效措施（如采用微差、微差挤压及近边坡的减震爆破等），尽可能地减少这些危害，以达到安全生产的目的。必要时，还要进行爆破安全距离的计算。 对爆破经济上的要求爆破工作的经济合理性，应从两个方面来考虑。一方面应根据爆破矿岩的不同性质，确定相应的孔网参数，采用不同的炸药和装药结构，并根据矿山的要求，采用不同的爆破方法和起爆方式，以提高爆破效果、降低爆破成本；另一方面，还要从爆破对以后的采装、运输和粗碎工作的影响等总的经济效果，进行综合分析和评价，以期达到降低露天矿总的生产成本为目的。总之，露天矿对爆破工作的要求是：既要满足爆破数量和质量上的要求，又要符合矿山生产的安全性和经侪上的合理性。1.2.3 露天矿的生产爆破露天矿的生产爆破，即露天矿生产台阶的深孔爆破。近年来，随着采装和运输设备的大型化、高效率和露天矿生产能力的急剧增大，要求台阶深孔爆破的每次爆破量也越来越多。为此，国内外露天开采中，广泛使用多排孔微差爆破、微差挤压爆破及高台阶爆破等大规模的爆破方法。目前，许多矿山每次爆破510排、200300个炮孔，一次爆破矿岩量多达3050×104t。表1-13列举的国内外大型露天矿的爆破规模，明显地反映了这一趋势。表1-13 国内外露天矿台阶深孔爆破规模（1）多排孔微差爆破多排孔微差爆破，是指排数在4排以上，孔深>6m的微差爆破。这种爆破方法一次爆破量大，它具有降震，控制爆破方向，充分利用爆炸能量和改善爆破质量等优点。因此，目前国内外绝大多数露天矿的台阶生产爆破中，已普遍采用多孔微差爆破。近年来，由于我国起爆器材的不断发展，毫秒雷管段数的不断增加，质量的不断提高，特别是以塑料导爆管为主体，辅之以非电导爆分路器（又称导爆四通）的非电起爆系统，为多排孔微差爆破技术的发展和应用提供了更加有利的条件，并使等间隔多排微差爆破技术得以实现。许多矿山推广和应用了非电起爆系统，在经济和安全方面已取得显著效果。 多排孔微差爆破参数目前，关于多排孔微差爆破参数的确定，