高能量爆破的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2011年4月15日，申请号为201180025552. 2,发明名称为"高 能量爆破"的申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及爆破的方法，并且特别地涉及用于可回收矿物的高能量爆破。
【背景技术】
[0003] 在开采可回收矿物时，爆破提供第一步骤，即破裂并且把主岩从其在地下的初始 状态逐出。无论开采主要以表面或露天开采操作进行，还是主要以表面下或地下开采操作 进行，都是这样的情形。用于可回收矿物的爆破可以在基本上包含废的或覆盖层材料的岩 石中或在包含代表待采矿的一种或多种有价值的矿物的可回收的浓度的矿石或其他的可 回收矿物的岩石中发生。在一些情况下，爆破可以在废的矿物和可回收矿物两者中发生。
[0004] 矿山生产能力可以通过实现岩石的更有效的断裂和/或运动的爆破被改进。这可 以改进采矿设备例如挖掘机和牵引机或传送配备的效率。此外，在用于金属性的矿物的采 矿的情况下，改进的岩石断裂可以导致性能的以及下游的粉碎和矿石回收过程的全过程的 改进。特别地，更精细的破碎可以改进性能以及压碎和研磨环路的全过程，这些通常是用于 矿石回收的岩石处理的最为成本和能源密集的阶段。除了岩肩的物理尺寸之外，相信，岩石 的固有的结构强度的弱化可以进一步改进压碎和研磨性能。爆破过程中宏观裂缝和微观裂 缝的创造因此被相信有助于这样的改进的粉碎性能。
[0005] 对待研磨的矿的研究已经显示出，爆炸物单位炸药消耗量的适度的增加，以 10-20%的数量级，可以给予全过程的提高的研磨。已经提出，更剧烈的增加，以2-10倍的 数量级，可以实际上导致进行粉碎过程的大部分的爆炸物能量并且导致研磨全过程的更大 的增加。在研磨全过程中的甚至10%增加的经济影响是对于许多金属性的或贵金属矿来说 巨大的。另外的益处将来自电消耗和相关联的温室气体排放的减少，这些还可以具有附于 它们的经济价值。
[0006] 到目前为止，对实现爆破中的非常高的爆炸物能量集中的主要的束缚（常规地在 单位炸药消耗量的方面表达）已经基本上围绕对增加的能量的控制。爆破设计需要安全地 限制爆炸物能量，以避免飞石、过度的振动和噪音，以及对周围的矿井基础设施的破坏，包 括边坡或剩余的完整岩石。在地下采矿中，岩石断裂有时意图被限于矿石的区，例如采矿场 内，而不过度地断裂围绕矿石区的废石。如果废石被断裂入采矿场中，那么矿石与废料比率 减小；这是被称为贫化的有害的过程。此外，对周围的岩石的过度的破坏可以导致矿井不稳 定。进口隧道或巷道也需要被保护不受过度的破坏。
[0007] 爆炸物能量或单位炸药消耗量的增加已经因此通常被这些因素束缚。当爆破设计 者已经力求最大化爆破内的爆炸物能量以实现改进的破碎时，爆破设计已经通常被限于避 免飞石和其他的破坏环境事件的最高的单位炸药消耗量。
[0008] 如果爆破可以导致需要粉碎的岩石的改进的破碎和断裂，那么其将因此是主要优 点。本发明提供这样的改进，并且同时确保有害的爆破环境影响被安全地约束。
[0009] 如上文提出的，爆破设计者通常通过单位炸药消耗量来描述爆破内的爆炸物能量 浓度。单位炸药消耗量通常以每单位未爆破岩石的体积或质量的爆炸物质量来表达。因此， 单位炸药消耗量可以每堆或每固体立方米未爆破岩石的爆炸物千克数（kg/bcm或kg/m3) 来表达。单位炸药消耗量还可以作为千克每吨未爆破岩石的千克数（kg/t)来表达。少见 地，单位炸药消耗量可以每单位体积或质量岩石的爆炸物体积数来表达。其他的单位，例如 的每立方英尺未爆破岩石的爆炸物镑数（lb/ft3)的英制单位或甚至混合单位，例如每吨岩 石的爆炸物镑数也被使用。偶尔地，如果已知每单位质量的爆炸物能量含量，那么爆破设计 者可以每单位岩石体积或质量的爆炸物能量，例如每吨未爆破岩石的爆炸物能量的MJ(MJ/ t岩石）来表达单位炸药消耗量。将理解，虽然本文中使用每单位体积未爆破岩石的爆炸物 质量的公制单位，但是所有这样的单位制可以通过简单地应用合适的单位转换系数、每单 位质量的密度或爆炸物能量含量来可互换地使用。
[0010] 常规地，总体爆破单位炸药消耗量描述了爆破区域中的爆炸物的总质量除以爆破 区域中的总岩石体积或质量。然而，也可以使用局部的单位炸药消耗量描述在爆破的区域 或区中的单位炸药消耗量。在这样的情况下，区可以被爆破设计者定义为在爆破内的一些 几何点、线、平面或表面内的区域。爆破极限或外周通常被最外的爆破孔或自由表面或边缘 界定。偶尔地，另外的量的岩石可以被加入最外的孔中以界定爆破区域或其中的区。这样的 另外的量可以构成最外的爆破孔的负荷（burden)或间距的一部分。这样的极限还可以界 定爆破区域或区的外周。爆炸物的柱的端部，或与惰性填塞材料的界面，也可以便利地被用 作用于界定爆破区或层的点。在单个孔的水平，单位炸药消耗量可以以每单位围绕孔的岩 石体积的爆炸物含量（质量或能量）来表达，即特定的孔意图在爆破中使其破裂的岩石体 积。常规地，因此，单位炸药消耗量还可以孔中的爆炸物含量（质量或能量）除以孔负荷、 间距和深度（或爆破区的总高度）的乘积来表达。因此计算出的岩石体积也可以通过乘以 岩石密度而被转换为岩石质量，如果期望以每单位质量岩石的爆炸物质量来表达单位炸药 消耗量的话。如果爆破孔型式和爆破孔中的爆炸物装填是在爆破区域内规则的，那么总体 爆破单位炸药消耗量将等于局部的或甚至单个爆破孔的单位炸药消耗量。
[0011] 在普通的爆破技术，在用于可回收矿物的露天开采和地下开采两者中，中使用的 单位炸药消耗量通常具有用于生产爆破的lkg/m3或更小的数量级。单位炸药消耗量和常 规的爆破方法的实例、定义和计算可以在以下中找到：
[0012] ICIHandbookofBlastingTables，1990 年7 月；
[0013] OricaExplosivesBlastingGuide，1999年8 月，ISBN0646240013 ;
[0014] ICIExplosivesSafeandEfficientBlastinginOpenCutMines，1997 ;以及
[0015] TamrockHandbookofSurfaceDrillingandBlasting。
[0016] 澳大利亚的OricaMiningServices的Stratablast";爆破技术中的单位炸药消耗 量的实例在W0 2005/052499中给出。
[0017] 偶尔地，单位炸药消耗量可以被增加至约1. 5kg/m3,并且此外已经具有关于在一 些露天开采矿山中使用高至2. 2kg/m3的单位炸药消耗量的报导。这样的高单位炸药消耗 量已经很少在生产爆破中使用，对于非常硬的岩石来说，其中岩石的硬度以及填塞物的调 整被用于控制飞石。
[0018] 在地下采矿中的专门的爆破条件下，单位炸药消耗量可以比其高。然而，这些条件 已经在轴、进口隧道或巷道、或所谓的上升部、提升部、凹槽或矿石通路的构建中以提供用 于运输碎矿石的导管。这些条件包括在高度地封闭的空间中的爆破，如果矿石贫化不是问 题的话。作为对比，采矿场中的用于可回收矿物的矿石的爆破常规地以低于1. 5kg/m3的单 位炸药消耗量进行，以不过度地破坏周围的完整岩石或矿井结构或通过把周围的废石断裂 入矿石中导致矿石的过度的贫化。
【发明内容】
[0019] 我们现在已经发现，可能的是在生产爆破中实现比已经常规地被采用的那些高得 多的单位炸药消耗量以及由此的提高的爆炸物能量集中，同时安全地限制爆炸物能量。虽 然其主要优点是改进的岩石破碎的实现，但是其也可以是在废石或覆盖层岩石的移除中有 利的，其中提高的挖掘或采矿效率可以通过影响岩石的位移或最后的分布而实现。
[0020] 根据本发明的第一方面，提供在开采可回收矿物中爆破岩石的方法，包括：在钻 孔、装填和爆破的单一循环中，在爆破区中钻出爆破孔，使用爆炸物装填所述爆破孔并且然 后点燃在所述爆破孔中的所述爆炸物，其中所述爆破区包括高能量爆破区，在所述高能量 爆破区中爆破孔由第一爆炸物部分地装填以提供所述高能量爆破区的具有每立方米所述 高能量层中的未爆破岩石的至少1. 75kg爆炸物的单位炸药消耗量的高能量层，并且在所 述高能量爆破区中那些爆破孔中的至少一些还被第二爆炸物装填以提供所述高能量爆破 区的在所述高能量层与那些爆破孔的相邻的端部之间的低能量层，所述低能量层具有比所 述高能量层的单位炸药消耗量低的单位炸药消耗量且所述高能量层的单位炸药消耗量是 所述低能量层的单位炸药消耗量的至少2倍。
[0021] 通过本发明，岩体自身的一部分，即较低能量的层，可以被用于限制高能量层的爆 炸物能量，使非常高的单位炸药消耗量能够被使用。因此，在露天和地下采矿两者中，低能 量层可以提供岩石的保护层或覆层，其在高能量层被引发的时间可以是未被爆破的。在一 个实施方案中，本发明可以甚至在抛掷爆破（throwblast)中或在其中一些爆破材料经受 抛掷爆破的Stratabhst?类型的爆破中使用。
[0022] 为了本发明的目的，高能量爆破区被定义为爆破区的被所述第一爆炸物装填的最 外的爆破孔划界的部分。高能量层被所述第一爆炸物的柱的端部或末端以及接合高能量爆 破区的爆破孔中的第一爆炸物的柱的共有端部（即相对于柱的长度的上部或下部）的平 面划界。相应地，高能量爆破区的低能量层被高能量层以及接合被所述第二爆炸物装填的 高能量爆破区的那些爆破孔的和所述最外的爆破孔的相邻的端部的平面划界。在露天采矿 中，爆破孔的相邻的端部是钻孔口端部。在地下开采中，爆破孔的相邻的端部可以是下端端 部。
[0023] 在一个实施方案中，所述高能量爆破区中的所述低能量层具有每立方米所述低能 量层中的未爆破岩石的至多2. 0kg或至多1. 5kg爆炸物的单位炸药消耗量。在一些实施方 案中，其是至多lkg/m3,例如至多0. 5kg/m3或甚至至多0. 25kg/m3。
[0024] 优选地，所述低能量层在垂直远离所述高能量层的方向上具有至少2m的深度或 厚度。
[0025] 所述尚能量爆破区的所述尚能量层可以具有每立方米所述尚能量层中的未爆破 岩石的高至20或更多kg爆炸物的单位炸药消耗量。在一个实施方案中，其是至少2kg/m3 或甚至至少2. 5kg/m3。在另一个实施方案中，其是至少4kg/m3,例如至少6kg/m3或甚至至 少 10kg/m3。
[0026] 各种实现高能量爆破区的所述高能量层和所述低能量层的方式是可能的，无论第 一爆炸物和第二爆炸物是相同的还是不同的。典型地，比高能量层中小的或少的炸药量可 以被装填入低能量层中。这可以包括在高能量层中使用更多的爆破孔。其还可以包括不装 填低能量层中的爆破孔中的一些，或在低能量层中使用填塞物或空气的惰性层面。
[0027] 可以使用具有不同的密度的爆炸物；其中较高的密度在高能量层中使用。此外，可 以使用具有变化的能量输出的爆炸物，其中第一爆炸物具有比第二爆炸物大的每单位质量 的爆破能。特别地，具有较高的震动或破碎能量输出每单位质量的爆炸物可以在高能量层 中使用。第一爆炸物可以另外地或可选择地具有比第二爆炸物大的爆破爆速。例如，被称 为重ANF0的爆炸物可以在高能量层中使用并且较低密度的ANF0 (硝酸铵燃料油）爆炸物 可以在低能量层中使用。
[0028] 另一个实现所述高能量层和所述低能量层的手段是使用具有不同的直径的爆破 孔，在高能量层中使用较大的直径。因此，在一个实施方案中，所述高能量区中的至少被第 一爆炸物和第二爆炸物两者装填的那些爆破孔具有被所述第一爆炸物装填的第一直径部 分和被所述第二爆炸物装填的第二直径部分，并且其中所述第一直径大于所述第二直径。 使用合适的可变直径钻孔技术，将是可能的是，在低能量层中钻出具有较小的直径的爆破 孔并且在高能