4.1. GE N E R A L
Productivity, cost efficiency and end-product quality are key issues when solid rock is used to produce crushed rock aggregate needed for applications in the construction industry such as cement and concrete, road, railway, dam construction etc.
New environmental regulations are becoming increasingly stringent for safety, noise, dust and landscaping.
The following activities are part of quarry operations:
Laser profiling of high walls for efficient front row design. Correct burden design provides the right amount of explosives to be loaded into each hole to prevent flyrock.
Hole drilling for explosive and presplitting placement.
Hole surveys for hole position verification as compared to drill pattern design. Blasting - shotrock fragmentation and throw
Blast monitoring for recording air and ground vibrations Secondary breaking for downsizing boulders and oversized
rocks to allow free material flow through the primary crusher to minimize blockage Loading of muckpile by wheel loaders and excavators
Hauling - shotrock transportation to crushing/stockpile by dump truck or conveyor belts. Crushing for mechanical size reduction of feed material.
Screening for material sizing.
Final product to stockpile.
FIGURE 4.1.-1. Quarry process.
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4. Quarrying |
141 |
ROCK EXCAVATION HANDBOOK
Shotrock fragmentation affects throughput time and cost in secondary breaking, loading, hauling, crushing and screening. The required mean/max. fragment size depends on the pri-mary crusher opening.
FIGURE 4.1.-2. Optimizing production costs.
For a given rock mass, the fragmentation degree depends on the explosive type and quantity used to blast each cubic meter of solid rock.
This, in turn, affects the amount of drilling required to achieve the degree of fragmentation since the drilling pattern, burden and spacing affect the mean shotrock fragment size. Accurate drilling decreases the amount of oversize. The drill pattern area is also increased which, in turn, affects explosives consumption.
For a given mean fragment size, the drill pattern area increases together with the drill hole diameter. However, the max. fragment size increases disproportionately to the drill hole diameter. The required fragmentation degree depends on the hole diameter and can deter-mine the drilling method.
In situations where explosives are difficult or impossible to use, or when the rock is highly fractured and/or of low strength, using hydraulic hammers is a viable method for primary rock breaking.
FIGURE 4.1.-3. Drilling method selection
as a function of rock hardness and hole diameter.
..
142
4.2 METHODS
4.2.1. Drilling and blasting
BASIC DESIGN FACTORS
FIGURE 4.2.-1. Terminology used in drilling patterns.
The most important terms used in bench drilling operations are shown in FIGURE 4.2.-1. In addition to rock properties, bench is influenced by:
- Hole diameter
- Bench height
- Fragmentation
- Bench stability requirements
- Terrain conditions- Environmental restrictions
Hole diameter
Selecting the drillhole diameter depends largely on the desired production rate. The bigger the hole diameter, the higher the production rates are when drilling with the same equip-ment. Factors restricting hole diameter are: (1) required rock fragmentation size, (2) need for low charge per hole due to danger of ground vibrations and (3) need for selective rock exca-vation. Rock fragmentation size tends to increase when the hole length (H) - hole diameter
(d) ratio decreases below H/d = 60.
Bench height must be considered when determining the drilling equipment and hole diame-ter. Generally, low benches require small holes, and larger holes can be used in higher bench-es (FIGURE 4.2.-2.).
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4. Quarrying |
143 |
ROCK EXCAVATION HANDBOOK
Generally, larger hole sizes give coarser fragmentation although this can be reduced charging
FIGURE 4.2.-2. Determining drillhole diameter for various bench heights.
by heavier explosives. Greater specific charging can, however, result in greater rock throw. In well-fractured softer rock, smaller hole sizes and less explosives combined with denser drilling usually result in finer fragmentation.
Environmental restrictions influence working in urban areas: buildings, structures and sensi-tive equipment often restrict ground vibrations within specific limits. It may be necessary to limit the charge per hole, which leads to the use of smaller hole diameters. This causes an increase in the amount of drilling per cubic meter of rock (specific drilling), which in turn requires high-capacity equipment specially designed for small-hole drilli
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4 采石
4.1 概述
生产力，成本效益和最终产品质量是使用固体岩石生产建筑行业如水泥和混凝土，道路，铁路，大坝施工等所需的粉碎岩石骨料时的关键问题。新的环境法规对安全，噪音，灰尘和景观环境日益严格。
以下活动是采石场作业的一部分：
- 高墙激光雕刻高效的前排设计。正确的负荷设计提供了适量的炸药，以装载到每个孔中以防止飞行。
- 钻孔用于爆炸和预钻孔。
- 与钻孔图案设计相比。
- 钻孔位置验证的孔测量。
- 爆破 - 破碎分裂和投掷
（6）用于记录空气和地面振动的爆破监测用于缩小石块和超大尺寸的二次破碎。
（7）岩石允许材料流过主破碎机以最小化堵塞轮式装载机和挖掘机装载捣碎物。
（8）牵引通过自卸车或输送带破碎运输至破碎/堆放。
（9）粉碎机械尺寸减小饲料。
（10）筛选材料尺寸。
（11）最终产品储存。
图4.1.-1. 采石场过程
破碎破碎影响二次破碎，装载，拖运，破碎和筛选的吞吐时间和成本。 所需的平均值/最大值 碎片大小取决于原始破碎机的开度
图4.1.-2.优化生产成本
对于给定的岩体，破碎程度取决于用于爆炸每立方米固体岩石的爆炸类型和数量。这反过来又影响到实现碎裂程度所需的钻孔量，因为钻孔图案，负荷和间距会影响平均脉冲碎片碎片尺寸。 精确的钻孔减少了超大的量。 钻孔图案区域也增加，这反过来影响炸药消耗。
对于给定的平均碎片尺寸，钻孔图案面积与钻孔直径一起增加。 但是， 碎片尺寸与钻孔直径不成比例地增加。 所需的碎裂度取决于孔直径，并可以确定钻孔方法。在爆炸物很难或不可能使用的情况下，或当岩石高度断裂和/或低强度时，使用液压锤是主要破岩的可行方法。
图4.1.-3 钻孔方法选择作为岩石硬度和孔径的函数
4.2 方法
4.2.1 钻孔和爆破
基本设计因素
图4.2.-1 钻井模式中使用的术语
在台钻操作中使用的最重要的术语如图4.2.-1所示。 除了岩石属性，长台阶受到以下因素的影响：
- 杆直径
- 高度
- 碎石
- 稳定性要求
- 条件
- 环境限制
孔径
选择钻孔直径很大程度上取决于所需的生产率。 孔径越大，用相同设备进行钻孔时的生产率就越高。 限制孔径的因素有：（1）需要岩石碎裂尺寸，（2）由于地面振动的危险，每孔需要低电荷，（3）需要选择性的岩石裂开。 当孔长（H）等于孔径（d）时，岩石碎裂尺寸趋于增加比率降低于H / d = 60。
在确定钻井设备和钻孔直径时，必须考虑台阶高度。 一般来说，低长凳需要较小的孔，较大的孔可以使用较大的孔（图4.2.-2）。通常，较大的孔尺寸使得较粗的碎裂，尽管这可以减少充电
图4.2.-2 确定不同的台阶高度的钻孔直径
用较重的炸药 然而，更具体的充电可能会导致更大的投掷。 在断裂较软的岩石中，较小的孔尺寸和较少的爆炸物与较致密的钻井相结合，通常会导致更加细分。
环境限制对城市工作的影响：建筑物，结构和敏感设备经常限制地面振动在特定的范围内。 可能需要限制每孔的电荷，这导致使用更小的孔直径。 这导致每立方米岩石（特定钻井）的钻孔量增加，这又需要专门为小孔钻孔设计的大容量设备。已经给出了孔尺寸选择中的一些临时规则。 孔直径与台架高度密切相关（图4.2.-2。）和负荷，应在之间0.5 - 1％面高：
d = 5 ... 10K
其中：d =钻孔直径（mm）
K =台架高度（m）
或者 D = 0.06 ... 0.12K
其中：D =钻孔直径
K =台架高度
因此，较小的孔径，因此较小的负担会提供更好的碎裂和更少的地面振动，并导致更轻的钻井设备和较小的钻孔。 可以通过使用图4.2.-3来选择孔直径来适应装载设备。
图4.2.-3 铲量与钻孔直径的关系
在具有开放，间隔很远的不连续性（其中较小直径的钻孔与较小百分比的块相交）的岩层中，每个接头的表面反映了爆炸产生的应变波。 这在孔和接头之间提供了更好的分裂，但是倾向于在接头之外产生巨石（图4.2.-4）。 因此，在其中没有孔的块往往分散性差，增加了成本。
图4.2.-4 当使用大直径（a）和小直径（b）孔时，
接头对断裂的影响。阴影区域显示不充分的碎片
二次爆破加载破碎。 破碎倾向于超过通过钻更大直径孔所节省的成本。 然而，如果孔径和钻孔图案是小工具，则额外的钻井成本往往超过通过更好的分段实现的任何成本降低。
因此，最佳的钻井和爆破方法在于这两个极端 - 钻井和爆破成本和破碎之间，提供最低的总生产成本。 采石场和矿坑经营者对长凳高度往往有矛盾的看法; 而有些则赞成高达30米的高凳，其他人强烈地觉得高度应该限制在大约15米。 研究和实验研究从30米面切换到两个15米面的效果揭示了以下几点（参考两个下面）：
优点
- 更高的钻孔精度
- 极大的负担和间距
- 洞上渗透率更高
- 岩石开挖的更高选择性
缺点
- 更多的长凳建设和维护
- 换机时更多钻机停机
- 预钻孔翻倍
- 更多的巨石 最大的巨石来自于顶峰；
因此，长凳上，两米的面孔产生更大的巨石。
费用计算
台式爆破（图4.2.-5）是最常见的爆破工作。
台架高度
d=炮眼直径底部（mm）
k=台架高度（m）
Vmax=最大负荷（m）
U=超挖孔长（m）
H=孔深（m）
E=钻孔误差（m）
V=实际负荷（m）
E=实际间距（m）
b=比钻（m / cu.m。）
Ib=底部电荷浓度（kg / m）
hb=底部电荷高度（m）
Ic=柱电荷浓度（kg / m）
hc=柱电荷高度（m）
Qc=柱体积重量（kg）
Qtot=每孔总重量（kg）
q=比电荷（kg / cu.m。） 图4.2.-5 台式爆破
它被定义为朝向自由表面的一排或几排垂直或靠近垂直爆破孔的爆破。 爆破孔可能有自由破损或固定底部（图4.2.-6）。 大多数喷砂方法都可以作为台面爆破。 管道的沟槽爆破也是一种台式爆破，但由于岩石较为狭窄，因此需要较高的比电荷和较近的钻孔。 在切割之后，在切割过程中，这种切割是一种类型的工作台爆破。 岩石属性差别很大。 其拉伸，压缩和剪切强度在不同种类的岩石中变化，甚至可以在相同的爆炸中变化。 由于岩石的拉伸强度必须超过岩石，因此其地质特性会影响其爆破的潜力。
图4.2.-6 自由断裂和固定底部
岩层很少是均匀的。爆炸区域的岩层可能由不同类型的岩石组成。此外，故障和污垢可能会改变爆炸物中爆炸物的影响。即使具有相对低的拉伸强度，也可能难以爆炸，具有气体渗透而没有充分发挥作用的空隙的岩石。所需的特定能量（kg / cu.m。）提供了岩石爆破潜力的一次测量。通过使用特定费用作为计算的基础，可以计算适合于相关岩石的电荷。
爆炸物在岩石中的分布至关重要。具有小直径孔径的紧密间隔的圆形提供了比一轮广泛间隔的大直径爆破孔更好的岩石破碎，只要使用相同的特定电荷。常规计算基于0.4公斤/立方米的具体费用。炸药的底部。在炮眼底部狭窄的底部，需要这种具体的费用来打碎这个负担，但是在列中打破岩石需要较少的爆炸物。对于孔倾角和岩石的其他值，使用恒定的校正因子。电荷浓度取决于炮眼的直径和孔的利用率。
如果在每个墨盒的引入之后进行捣实，那么通常在小直径喷孔中用捣实杆捣固的纸盒中的爆炸物可以被夯实到炮眼孔的90％。如果在每两三台车辆之间进行捣实，则电荷浓度明显降低。气动充气机可以很好地捣固高效利用鼓孔的纸盒。
塑料软管中的爆炸物被开发用于快速充电和易于处理。放入炮眼中，他们充满了洞。然而，不同爆炸物的捣实特性会产生不同的结果。在塑料软管中的油墨盒沿着侧面切割，几乎完全通过冲击填充孔，而具有更坚硬一致性的炸药和水凝胶也不会填满孔，特别是在冬天。
当充入湿气孔时，重要的是在充电之前将孔冲洗和清洁。如果爆破孔含水，则爆炸物的包装将几乎不起作用，墨盒的电荷浓度应用于计算。
被泵送，旋转或倒入爆破孔的散装爆炸物利用100％的炮眼孔。炸药，乳剂，水凝胶（浆料）和ANFO浆料是具有不同特征的爆炸物，其重量强度和密度。因为最大负荷也取决于炮眼底部的固定度，所以计算涉及以3：1的倾斜度钻井。这减少了孔底部的收缩。对于其他倾向，可以使用校正因子。
炸药底部爆炸物的包装度（炮眼的使用率）假定在塑料软管中的乳剂盒为95％，额外炸药为90％。浇注的ANFO浆料和泵送的乳液将孔填满至100％。
对于成功的爆破结果，通过计算获得的电荷浓度应在实践中实现。 计算中使用的公式是经验性的，但是基于来自数千个爆炸的信息。 兰格福斯公式计算的准确性很高，大多数爆破作业几乎不需要进行试炼。然而，本地的条件可能要求操作员测试现场的理论计算。该值适用于1.0和10.0 m之间的负担，可用于大多数岩石类型。 台架爆破计算基于兰格福斯公式（2.6节）。
其中：Vmax =最大负荷（m）
d =炮眼底部直径（mm）
P =包装度（装载密度）（kg / l）
s =爆炸物的重量强度
c =岩石常数（kg / cu.m。）对于1.4和15.0米之间的Vmax，c = c 0.05
f =固定度，垂直孔为1.0。倾斜度为3：1的孔为0.95
E / V =间距负担比
在以下计算中，兰格福斯公式简化为:
其中lb是爆炸孔底部所选爆炸物所需的电荷浓度（kg / m）（图4.2.-7）。 假定孔倾角为3：1，岩石常数c为0.4。 台架高度K为2bull;Vmax。 对于其他角度值和岩石常数校正因子，使用R1和R2。
U = 0.3bull; Vmax
超挖深度= 0.3bull;最大理论负担
H = K U 0.05（K U）= 1.05（K U）
钻孔深度=台架高度 钻孔 5厘米/米钻孔，孔倾角为3：1
F = 0.05 0.03·H
钻孔误差= 5厘米施加误差 3厘米/米钻孔
V1 = Vmax-F实际负担=最大负荷-钻孔误差（实际负担）
lb = cv2或lb
c =摇摆常数; c = c 0.05
hb = 1.3bull;Vmax
底部充电高度1.3bull;最大理论负担
Qb = hbbull;lb
底部电荷的重量=底部电荷的高度bull;底部电荷的浓度
Ip = 0.4〜0.5·Ib
色谱柱电荷浓度= 0.4 - 0.5浓度的底部电荷，或仅使用底漆时
hp = H - （hb ho）
色谱柱电荷的高度=孔深 -（底部电荷的高度 干燥的高度）
图4.2.-7 底部电荷浓度对最大负荷的影响
钻孔和卸料
以下示例显示如何计算：
条件：
台架高度K = 12米
圆B的宽度= 20 m
钻孔直径 d = 76米
岩石常数c
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