确定台阶爆破炸药单耗的方法

摘要

本发明公开了一种确定台阶爆破炸药单耗的方法，首先根据岩性确定一个炸药单耗基数，然后分别根据岩体风化破碎程度、炸药性能、爆破施工条件、爆破效果的要求确定相应的修正系数，最后计算出设计炸药单耗。本发明有利于快速找到合理的炸药单耗值，避免设计中人为主观因素的干扰，减少炸药单耗的设计偏差，有利于保证作业安全、改善爆破效果、控制施工成本。

说明书

技术领域

本发明设计一种确定台阶爆破炸药单耗确定的方法，属于工程爆破技术领域。

背景技术

爆破1m³岩石所需用的炸药量，称单位体积炸药消耗量，简称炸药单耗，以q表示。炸药单耗是台阶爆破中最关键的技术经济参数，它既直接决定着其它爆破参数取值的大小，又间接影响着爆破施工成本的高低，还最终影响着爆破效果的好坏。

但是长期以来，爆破工程技术人员确定台阶爆破炸药单耗主要采用经验数据法。由于爆破作业条件不同，影响因素考虑不全面，炸药单耗确定的灵活性很大，且缺少科学性，一直没有一套科学的计算方法，致使不同的工程技术人员对其取值差异很大，其取值波动范围经常达到20%～40%。在爆破工程投标与预算中，由于炸药单耗取值的不同，造成工程报价和工程预算与最终实际炸药单耗的偏差非常悬殊；进入爆破施工准备阶段，由于炸药单耗的确定不够科学，常常要花费数次甚至数十次爆破试验，才能达到理想的爆破效果；而进入正常爆破施工阶段，由于不能根据爆破对象、施工条件、爆破效果等的改变，及时并科学的调整炸药单耗，不仅造成严重的质量与安全隐患，而且导致爆破施工成本的增加。为此，寻找一种科学与实用的确定台阶爆破炸药单耗的方法是非常有意义的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种确定台阶爆破炸药单耗的方法。

本发明的目的是这样实现的，一种确定台阶爆破炸药单耗的方法，按如下步骤进行：

a、确定需要爆破的岩石的种类，取该种类平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩做爆破试验，得到第一个炸药用量，用第一个炸药用量除以所取岩石的立方数得到爆破1m³该种岩石的平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩所需的炸药的用量q₀；

爆破试验的条件为：用于爆破的炸药的作功能力为285ml，爆破台阶的梯度高度为10m，炮孔为垂直炮孔，采用排间分段微差爆破，台阶工作面的前方无压碴，最大允许块度尺寸为500mm或采取加强松动的爆破方式；

b、确定需要爆破的岩石的风化程度，取该种风化程度的岩石在步骤a中的条件下进行爆破试验，得到第二个炸药的用量，用第二个炸药的用量除以所取岩石的立方数得到1m³该种风化程度的岩石爆破需要使用的炸药的用量q₁，用q₁/ q₀得到风化程度对单耗的影响系数k₁；

c、确定施工条件：确定施工台阶的梯度高度、以及钻孔的角度，取需要爆破的岩石种类的平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩，在不改变步骤a中其他条件仅将爆破台阶的阶梯高度和炮孔的角度改为本次爆破的施工条件，进行爆破试验，得到第三个炸药的用量，用第三个炸药的用量除以所取岩石的立方数得到该施工条件下爆破1m³平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩所需的炸药的用量q₂，用q₂/ q₀得到施工条件对单耗的影响系数k₂；

d、确定炸药的性能，取需要爆破的岩石种类的平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩，在不改变步骤a中其他条件仅改变炸药类型的情况下进行爆破试验，得到第四个炸药的用量，用第三个炸药的用量除以所取岩石的立方数得到该种炸药爆破1m³平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩所需用量q₃，用q₃/ q₀得到施工条件对单耗的影响系数k₃；

e、确定爆破的效果，取需要爆破的岩石种类的平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩，在不改变a中其他条件仅改变爆破效果的情况下进行试验，得到第五个炸药的用量，用第三个炸药的用量除以所取岩石的立方数得到需要达到本次爆破效果所需的炸药的用量q₄，用q₄/ q₀得到施工条件对单耗的影响系数k₄；

f、确定爆破炸药单耗,将爆破1m³该种岩石的平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩所需的炸药的用量q₀与实验得到的各影响系数k₁ 、k₃ 、k₂ 和k₄相乘得到本次爆破所需炸药的单耗；即台阶爆破炸药单耗q=k₁·k₂·k₃·k₄·q₀ 。

所述岩石的风化程度及相应的平均裂隙间距取值是：全风化岩，平均裂隙间距为小于等于0.1m；强风化岩，平均裂隙间距为大于0.1m且小于等于0.5m；弱风化岩，平均裂隙间距为大于0.5且小于等于0.8m；微风化岩，平均裂隙间距为大于0.8且小于等于1.4m；新鲜岩，平均裂隙间距大于1.4m。

在步骤c中，若采取齐发爆破的方式， k₂的真实值应为实验得到的k₂值的1.1～1.2倍；若采取孔间依序逐孔爆破的方式，k₂的真实值应为实验得到的k₂值的0.80～0.85倍；若采取压碴爆破的方式，第一、二排炮孔炸药单耗所得到的k₂值要乘以1.2～1.3，以后各排采用无压碴爆破的炸药单耗。

本发明有益效果：

1、采用本专利的方法确定炸药单耗，全面客观的体现了影响炸药单耗的各种因素，提高了台阶爆破设计的科学性，避免设计中人为主观因素的干扰，有利于保证作业安全与改善爆破效果。

2、由于炸药单耗是影响爆破成本的主要因素，炸药的成本通常占到整个爆破施工成本的一半以上，采用传统经验估算的方式设计偏差通常达到20%以上。采用本专利台阶爆破炸药单耗的计算方法，可以做到精确定量，将设计偏差控制到5%之内，可更好地控制爆破成本与施工预算。

3、由于本专利给出了影响炸药单耗的各种因素之间的定量关系，所以，如果只有个别影响炸药单耗的因素发生改变，比如岩体风化程度改变、炸药类型改变、钻孔角度改变、爆破块度要求改变，不必要反复多次进行爆破模拟试验，就可以快速找到合理的炸药单耗值。

具体实施方式

1.岩石介质对爆破作用的抵抗能力和其性质有关，岩石的基本性质从根本上说决定于其生成条件、矿物成分、结构构造状态和后期的地质营造作用。除开后期地质营造作用对炸药单耗的影响，岩石性质对炸药单耗的影响主要是指岩石的物理力学性能对它的影响。岩石种类不同，岩石的物理力学性质明显不同，爆破所需的炸药单耗也明显不同；岩石的容重增加，岩石的强度和抵抗爆破作用的能力也增加，破碎岩石和移动岩石所耗能量也增加；通常随着岩石坚固系数的提高，炸药单耗也是增加的。

我们常见的岩石的一些种类为：矸石少的煤层、粘土；矸石多煤层、泥岩、页岩；砂岩（泥质、硅质（石英质）、钙质）；石灰岩（泥质（鲕状或竹叶状）、硅质（致密））；花岗岩（花岗砾岩、粗粒花岗岩、中粒花岗岩、细粒花岗岩）；铁矿石（低品位铁矿石、中等品位铁矿石、高品位铁矿石）。

2.岩体风化程度是指岩体在地质营力的作用下发生破坏疏松的程度。一般来说，对同一种岩石，随着风化程度的增大，层理裂隙也越发育，岩体的强度性能降低较大，爆破所需的炸药单耗也明显下降。岩体的风化程度通常区分为新鲜岩、微风化岩、弱风化岩、强风化岩、全风化岩五类。为定量地表征风化程度对炸药单耗的影响，通常将爆破工作面平均裂隙间隙（m）的大小作为进一步衡量风化程度的定量指标。

所述岩石的风化程度及相应的平均裂隙间距取值是：全风化岩，平均裂隙间距为小于等于0.1m；强风化岩，平均裂隙间距为大于0.1m且小于等于0.5m；弱风化岩，平均裂隙间距为大于0.5且小于等于0.8m；微风化岩，平均裂隙间距为大于0.8且小于等于1.4m；新鲜岩，平均裂隙间距大于1.4m。

3.施工条件对炸药单耗的影响因素较多，归纳起来主要包括以下几种因素：一是台阶高度的影响。对于中深孔台阶爆破，台阶高阶越大，台阶底部的夹制作用越强，所需的炸药单耗也相应要提高。二是钻孔因素的影响。通常垂直炮孔爆破的夹制作用最大，倾斜孔次之。

4.放热性、高速反应、生成大量气体是炸药爆炸的三要素。衡量工业炸药的爆炸性能主要指标包括爆热、爆容、爆温、爆压等理论示性参数指标，以及爆速、猛度、作功能力、殉爆距离等爆破性能指标，还有热感度、摩擦感度、撞击感度等安全性能指标及有毒气体含量等环保指标。其中作功能力（爆力）是主要的能量指标，对炸药单耗的影响最大。

常用炸药的类型有：

1现场混装炸药:混装乳化炸药、多孔粒状铵油炸药、重铵油炸药；

2包装炸药（2#岩石型）:乳化炸药、膨化硝铵炸药、改性铵油炸药、粉状乳化炸药。

5.爆破效果对炸药单耗的影响参数通常可以用最大允许块度尺寸（mm）与松动或抛掷要求来确定。松动抛掷要求可细分为减弱松动、正常松动、加强松动、减弱抛掷、正常抛掷、加强抛掷六种类型。

实施例1

某料场需进行台阶爆破开采，岩石为粗粒花岗岩，岩体为弱风化，平均裂隙间距为0.6m，梯段高度12m，采用潜孔钻机垂直造孔，采用现场混装乳化炸药进行装药，采用孔间依序逐孔爆破的方式进行无压碴爆破，最大允许块度尺寸为750mm，并要求采用加强松动爆破的方式以便于铲装。

a、确定需要爆破的岩石的种类为粗粒花岗岩，取粗粒花岗岩平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩做爆破试验，得到第一个炸药用量，用第一个炸药用量除以本次爆破的方量得到爆破1m³该种岩石的平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩所需的炸药的用量q₀为0.64kg/m³；

爆破试验的条件为：用于爆破的炸药的作功能力为285ml，爆破台阶的梯度高度为10m，炮孔为垂直炮孔，采用排间分段微差爆破，台阶工作面的前方无压碴，最大允许块度尺寸为500mm或采取加强松动的爆破方式；

b、确定需要爆破的岩石的风化程度为弱风化，平均裂隙间距为0.6m，取该种风化程度的粗粒花岗岩在a中的条件下进行爆破试验，得到第二个炸药的用量，用第二个炸药的用量除以本次爆破的方量得到1m³该种风化程度的岩石爆破需要使用的炸药的用量q₁为0.576 kg/m³，用q₁/ q₀得到风化程度对单耗的影响系数k₁值为0.9；

c、确定施工条件：确定施工台阶的梯度高度为12m、钻孔的角度90度，取粗粒花岗岩的平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩，在不改变a中其他条件仅将爆破台阶的阶梯高度和炮孔的角度改为本次爆破的施工条件，进行爆破试验，得到第三个炸药的用量，用第三个炸药的用量除以本次爆破的方量得到该施工条件下爆破1m³平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩所需的炸药的用量q₂为0.672，用q₂/ q₀得到施工条件对单耗的影响系数k₂值为1.05；

又由于本次是采用孔间依序逐孔爆破的方式，即k₂值为1.05·0.85=0.89

d、确定炸药的性能，本次爆破的炸药为现场混装乳化炸药，取粗粒花岗岩平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩，在不改变a中其他条件仅改变炸药类型的情况下进行爆破试验，得到第四个炸药的用量，用第四个炸药的用量除以本次爆破的方量得到该种炸药爆破1m³平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩所需用量q₃为0.736 kg/m³，用q₃/ q₀得到施工条件对单耗的影响系数k₃值为1.15；

e、确定爆破的效果为最大允许块度尺寸为500mm或采取加强松动的爆破方式，取粗粒花岗岩平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩，在不改变a中其他条件的情况下进行试验，得到第五个炸药的用量，用第五个炸药的用量除以得到需要达到本次爆破效果所需的炸药的用量q₄为0.576 kg/m³，用q₄/ q₀得到施工条件对单耗的影响系数k₄值为0.9；

计算得出台阶爆破炸药单耗:q=k₁·k₂·k₃·k₄·q₀=0.53kg/m³。

实施例2

某铁矿山进行台阶爆破开采，岩石为中品位铁矿石，且矿岩为微风化岩体，平均裂隙间距为1.3m，梯段高度12m，采用牙轮钻机造孔，钻孔角度为70°，采用2号岩石乳化炸药进行装药，采用排间孔间依序逐孔的方式进行无压碴爆破，最大允许块度尺寸为500mm。

a、确定需要爆破的岩石的种类为中品位铁矿石，取中品位铁矿石平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩做爆破试验，得到第一个炸药用量，用第一个炸药用量除以本次爆破的方量得到爆破1m³该种岩石的平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩所需的炸药的用量q₀为0.9kg/m³；

爆破试验的条件为：用于爆破的炸药的作功能力为285ml，爆破台阶的梯度高度为10m，炮孔为垂直炮孔，采用排间分段微差爆破，台阶工作面的前方无压碴，最大允许块度尺寸为500mm或采取加强松动的爆破方式；

b、确定需要爆破的岩石的风化程度为微风化，平均裂隙间距为1.3m，取该种风化程度的中品位铁矿石在a中的条件下进行爆破试验，得到第二个炸药的用量，用第二个炸药的用量除以本次爆破的方量得到1m³该种风化程度的岩石爆破需要使用的炸药的用量q₁为1.26kg/m³，用q₁/ q₀得到风化程度对单耗的影响系数k₁值为1.4；

c、确定施工条件：确定施工台阶的梯度高度为12m、钻孔的角度70度，取平均裂隙间距为0.8m的弱风化中品位铁矿石，在不改变a中其他条件仅将爆破台阶的阶梯高度和炮孔的角度改为本次爆破的施工条件，进行爆破试验，得到第三个炸药的用量，用第三个炸药的用量除以本次爆破的方量得到该施工条件下爆破1m³平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩所需的炸药的用量q₂为0.9kg/m³，用q₂/ q₀得到施工条件对单耗的影响系数k₂值为1.0；

又由于本次是采用孔间依序逐孔爆破的方式，k₂的真实值应为实验得到的k₂值的0.80～0.85倍；

即k₂值为1.0×0.8=0.8

d、确定炸药的性能，本次爆破的炸药为2号岩石乳化炸药，取中品位铁矿石平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩，在不改变a中其他条件仅将炸药类型改为2号岩石乳化炸药的情况下进行爆破试验，得到第四个炸药的用量，用第四个炸药的用量除以本次爆破的方量得到该种炸药爆破1m³平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩所需用量q₃为0.936 kg/m³，用q₃/ q₀得到施工条件对单耗的影响系数k₃值为1.04；

e、确定爆破的效果为最大允许块度尺寸为500mm，取中品位铁矿石平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩，在不改变a中其他条件的情况下进行试验，得到第五个炸药的用量，用第五个炸药的用量除以本次爆破的方量得到需要达到本次爆破效果所需的炸药的单耗q₄为0.576 kg/m³，用q₄/ q₀得到施工条件对单耗的影响系数k₄值为0.9；

计算得出台阶爆破炸药单耗:q=k₁·k₂·k₃·k₄·q₀=1.05kg/m³。

实施例3

某机场工程采用爆破方法进行场地平整，岩石为钙质砂岩，且为强风化岩体，平均裂隙间距为0.3m，梯段高度8m，采用潜孔钻机造孔，钻孔角度为90°，采用多孔粒状铵油炸药装药，受场地限制，爆破时挖碴设备只能做近距离撤离，且要求块度要求不大于1m，在这种情况下确定合理的炸药单耗。

a、确定需要爆破的岩石的种类为钙质砂岩，取中品位铁矿石平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩做爆破试验，得到第一个炸药用量，用第一个炸药用量除以本次爆破的方量得到爆破1m³该种岩石的平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩所需的炸药的单耗q₀为0.68kg/m³；

爆破试验的条件与实施例1和2中的试验条件一样。

b、确定需要爆破的岩石的风化程度为强风化岩体，平均裂隙间距为0.3m，取该种风化程度的钙质砂岩在a中的条件下进行爆破试验，计算得到该种风化程度的岩石爆破需要使用的炸药的单耗q₁为0.63kg/m³，用q₁/ q₀得到风化程度对单耗的影响系数k₁值为0.7；

c、确定施工条件：确定施工台阶的梯度高度为8m、钻孔的角度90度，取平均裂隙间距为0.8m的弱风化钙质砂岩，在不改变a中其他条件仅将爆破台阶的阶梯高度和炮孔的角度改为本次爆破的施工条件，进行爆破试验，得到该施工条件下爆破1m³平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩所需的炸药的用量q₂为0.9kg/m³，用q₂/ q₀得到施工条件对单耗的影响系数k₂值为1.0；

另外本次爆破采用压碴爆破的方式，第一、二排炮孔炸药单耗所得到的k₂值要乘以1.2～1.3，以后各排采用无压碴爆破的炸药单耗。

对第一排炮孔k₂的值为k₂=1.3×1.0=1.3；

对第二排炮孔k₂的值为k₂=1.2×1.0=1.2

对其它后排炮孔k₂的值为k₂=1.0

d、确定炸药的性能，本次爆破采用多孔粒状铵油炸药，取钙质砂岩平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩，在不改变a中其他条件仅改变炸药类型的情况下进行爆破试验，得到该种炸药爆破1m³平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩所需单耗q₃为0.9 kg/m³，用q₃/ q₀得到施工条件对单耗的影响系数k₃值为1.0；

e、确定爆破的效果为块度要求不大于1m，取钙质砂岩平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩，在不改变a中其他条件仅将爆破效果改为块度要求不大于1m的情况下进行试验，得到需要达到本次爆破效果所需的炸药的单耗q₄为0.72kg/m³，用q₄/ q₀得到施工条件对单耗的影响系数k₄值为0.8；

计算得出台阶爆破炸药单耗:

q（第一排炮孔）=0.7×1.0 ×1.3×0.8×0.68=0.5kg/m³

q（第二 排炮孔）=0.7×1.0 ×1.2×0.8×0.68=0.45kg/m³

q（第三排炮孔）=0.7×1.0 ×1.0×0.8×0.68 =0.38kg/m³

实施例4

某砂石料场进行爆破开采，岩石为花岗砾岩，且为弱风化岩体，平均裂隙间距为0.8m。原爆破方案采为：梯段高度10m，采用潜孔钻机造孔，钻孔角度为90°，采用多孔粒状铵油炸药装药（炸药的作功能力为285ml），并采用排间微差爆破方式进行无压碴爆破，实践中采用0.52kg/m³的炸药单耗可满足最大允许块度尺寸为500mm的爆破要求。为实现规模化爆破开采，拟采用牙轮钻机进行造孔，台阶高度增加为12m，钻孔角度为80°,并采用现场混装炸药进行机械化装药，其它施工条件、岩性条件、爆破要求没有变化，要求进一步确定该台阶爆破的炸药单耗。

由于原爆破方案满足确定炸药单耗q₀的所有试验条件，所以q₀=0.52 kg/m³，该爆破方案的调整只涉及对k₂ 、k₃值的调整，首先经过试验得到k₂的值为1.03；k₃的值为k₃=1.2；

计算得出台阶爆破炸药单耗为k₂·k₃·q=0.52×1.03×1.2=0.64kg/m³。

实施例5

某砂石料场进行爆破开采，岩石为花岗砾岩，且为微风化岩体，平均裂隙间距为0.8m。原爆破方案采为：梯段高度8m，采用潜孔钻机造孔，钻孔角度为90°，采用多孔粒状铵油炸药装药，并采用排间微差爆破方式进行无压碴爆破，实践中采用0.52kg/m³的炸药单耗（q）可满足最大允许块度尺寸为500mm的爆破要求。为实现规模化爆破开采，拟采用牙轮钻机进行造孔，台阶高度增加为12m，钻孔角度为80°,并采用现场混装炸药进行机械化装药，其它施工条件、岩性条件、爆破要求没有变化，要求进一步确定该台阶爆破的炸药单耗。

由于q=0.52 kg/m³，该爆破方案的调整只涉及对k₂ 、k₃值的调整。

c、确定施工条件：确定施工台阶的梯度高度为12m、钻孔的角度90度，取平均裂隙间距为0.8m的弱风化花岗砾岩，在不改变实施例1中步骤a中其他条件仅将爆破台阶的阶梯高度和炮孔的角度改为本次爆破的施工条件，进行爆破试验，得到该施工条件下爆破1m³平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩所需的炸药的用量q₂为0.53kg/m³，用q₂/ q₀得到施工条件对单耗的影响系数k₂值为1.03；

d、确定炸药的性能，本次爆破采用现场混装炸药进行机械化装药，取化花岗砾岩平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩，在不改变例1中步骤a中其他条件仅改变炸药类型的情况下进行爆破试验，得到该种炸药爆破1m³平均裂隙间距为0.8m的弱风化岩所需用量q₃为0.624 kg/m³，用q₃/ q₀得到施工条件对单耗的影响系数k₃值为1.2；

计算得出台阶爆破炸药单耗为k₂·k₃·q=0.52×1.03×1.2=0.64kg/m³。