大石板溝尾礦庫定向爆破筑壩的實踐

鄭敏昌，廖九波

(1.漢中天鴻基礦業(yè)有限公司， 陜西漢中市 723102;2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院， 湖南長沙 410083)

大石板溝尾礦庫定向爆破筑壩的實踐

鄭敏昌1，廖九波2

(1.漢中天鴻基礦業(yè)有限公司， 陜西漢中市 723102;2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院， 湖南長沙 410083)

簡述了定向爆破筑壩在大石板溝尾礦庫的成功實踐，采取了準(zhǔn)確定向拋擲、防止導(dǎo)硐沖炮、減少爆破振動、控制爆堆形狀、降低炸藥單耗、節(jié)省工程成本等一系列科學(xué)、行之有效的措施，可為其它同類型工程提供借鑒。

尾礦庫;定向爆破;定向拋擲;爆破振動;炸藥單耗

定向爆破筑壩由于其施工機械簡易、工期短、見效快、效益好而在礦山尾礦庫初期壩的堆筑中被廣泛采用。使爆落的巖石定向準(zhǔn)確、爆堆集中、壩形規(guī)整，防止沖炮、減少爆振，降低炸藥單耗、節(jié)省成本，則是定向爆破工程的重點研究方向。筆者在大石板溝尾礦庫定向爆破筑壩工程中做了一些有益的嘗試，并收到了良好的效果，供今后同類工程借鑒[1～5]。

1 工程概況

大石板溝尾礦庫是陜西省漢中市天鴻基礦業(yè)有限公司楠木樹鉛鋅礦的尾礦庫，地處大巴山中段，屬中山剝蝕地貌，兩肩基巖裸露，呈中風(fēng)化。巖石為白云質(zhì)灰?guī)r，巖石堅硬，較完整，巖石產(chǎn)狀為138°～188°∠7°～25°，對壩體穩(wěn)定有利。巖石干燥密度2.74 ～ 2.82 g/cm3，飽和單軸抗壓強度 80.4 ～136.8 MPa。壩址處右岸山低坡緩，坡度為28°，修有上壩公路。左岸山高坡陡，坡度52°，局部達68°。河谷斷面呈“V”字形，底部寬15 m，壩頂處寬90 m。初期壩為堆石壩，清基后壩軸線處壩頂標(biāo)高970 m，壩底標(biāo)高935 m，壩高35 m。上游壩坡比1∶1.6，下游壩坡比1∶1.75，壩頂寬4 m。上游壩腳距壩軸線53 m，上游壩腳距壩軸線70 m，壩底寬123 m。壩體方量8.5萬m3。壩址所處地形地貌如圖1所示。

本次爆破采用雙岸爆破。左岸在960，975 m標(biāo)高各設(shè)置1排主藥包，主藥包為條形，采用分集裝藥的形式;右岸在960 m標(biāo)高設(shè)置2排副藥包。共掘?qū)ы?、藥室長度221.73 m，工程量411.6 m3。填塞長度 112.5 m，工程量210 m3。把47.64 t的總裝藥量分14響起爆，最大一段單響藥量為4.53 t，總延時293 s。

2 技術(shù)措施

2.1 準(zhǔn)確定向措施

2.1.1 利用凹面地形定向

工程左岸在原設(shè)計壩軸線的下游約10 m處有一小沖溝，形成1個天然凹面，對爆破定向非常有利。把壩軸線向下游平移10 m。則移動后的壩體方量增加約2000 m3，而庫容僅970 m水平以下就增加約3萬m3，這在經(jīng)濟上是合理的。壩軸線移動情況詳見圖1。

圖1 壩址處地形地貌

2.1.2 利用起爆順序定向

硐室爆破最大的有害效應(yīng)就是爆破振動。減小爆破振動最有效的方法就是采用微差爆破，降低最大一段單響藥量，把長度大的條形藥包分割成非條形藥包，實現(xiàn)分集裝藥?？墒窃趯嵺`中發(fā)現(xiàn)，條形分集藥包的起爆順序會明顯影響爆巖的運動方向。究其原因，就是先響藥包鼓包后會在其相鄰后響藥包之間形成1個高壓氣體泄逸的弱面，致使后響藥包的爆巖運動方向朝先響藥包一側(cè)偏轉(zhuǎn)，起到了誘導(dǎo)拋擲方向的作用。根據(jù)這一原理，本工程把左岸960 m水平的條形藥包分割成4個分集藥包，把975 m水平的條形藥包分割成6個分集藥包。并把起爆順序安排為從壩軸線處的分集藥包先響，依次分別向外，使兩端的分集藥包最后起爆[6，7]。

2.2 壩形規(guī)整措施

2.2.1 雙岸爆破定型

從圖1可看出，右岸山低坡緩，爆區(qū)坡度僅為28°的凸面地形，且其下方有排洪隧道通過，非常不利于藥包的布置。爆破設(shè)計做了單岸爆破和雙岸爆破2個方案，比較其爆堆堆積形狀，雙岸爆破明顯優(yōu)于單岸爆破。此外，上壩公路就修在右岸，雙岸爆破也有利于大型設(shè)備通向爆堆作業(yè)。因此，本工程采用了雙岸爆破，在左岸布置主藥包，意在取方采石;在右岸布置副藥包，意在規(guī)整爆堆形狀[8]。

由于右岸地形不平直，且下方有排洪隧道，因此，右岸副藥包在960 m水平布置了2排藥包。第1排藥包布置了3個集中藥包，為后排藥包開創(chuàng)自由面。第2排布置了1個條形藥包，其最小抵抗線為13 m，使藥包中心到下方排洪隧道的頂板距離不小于3W。爆后現(xiàn)場踏勘，排洪隧道安全無恙，沒有發(fā)現(xiàn)塌方、掉渣現(xiàn)象。

2.2.2 爆堆邊沿控制

爆堆在溝底上、下游的邊沿線按過去傳統(tǒng)的方法是采用計算法確定，然而此方法來源于集中藥包爆破，且在作圖時不直觀，因此，本次爆破設(shè)計時提出利用幾何作圖法繪制條形藥包爆堆在溝底上下游的邊沿線，即利用爆破漏斗原理，計算出爆破漏斗半徑，分別繪出各個影響拋散的藥包的爆破漏斗母線的延長線，依次控制爆堆在溝底上下游的邊沿線。實踐證明此方法有效可行，且簡便直觀。

2.3 防止沖炮措施

在硐室爆破中，由于導(dǎo)硐堵塞的密實度遠不如原巖，極易在導(dǎo)硐內(nèi)發(fā)生沖炮。一旦發(fā)生沖炮，不僅會產(chǎn)生飛石，而且爆炸能量外泄會影響爆破效果。實踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)藥包最小抵抗線在水平投影上與導(dǎo)硐中心線相交時，則導(dǎo)硐會產(chǎn)生自鎖而不會發(fā)生沖炮，這是因為藥包爆破時，巖石自藥包中心向自由面方向移動，使導(dǎo)硐靠近藥包一側(cè)的巖壁向另一巖壁移動，把整個導(dǎo)硐擠緊，形成自鎖，避免爆炸能量從導(dǎo)硐逸出。本次定向爆破左岸兩層主藥包的導(dǎo)硐布置皆按此原理布置，保證了爆破效果。

2.4 降低成本措施

2.4.1 減少炸藥計算量

本次爆破充分利用了左岸的凹形地面，使得藥包最小抵抗線在水平投影都指向壩軸線，從而使兩端藥包的最小抵抗線在水平面上的投影與條形藥室組成了1個扇形。顯然，與平直地形的條形藥包相比，其爆破方量要小。而條形藥包炸藥量計算公式來源于平直地形的條形藥包，即炸藥量的大小與條形藥包的長度成正比。本設(shè)計如直接按公式計算炸藥量，無疑藥量偏大。因此，為了在保證爆破效果的前提下適當(dāng)減少炸藥的計算量，采取了降低n值的辦法，設(shè)計選取 n=0.75[9，10]。

2.4.2 增加爆巖滑移上壩方量

節(jié)約成本的另一途徑就是充分利用主爆區(qū)山高坡陡的有利地形，采用崩塌爆破使大量爆巖不用拋擲，而是利用爆渣自然安息角小的性質(zhì)靠重力自動滑移上壩，提高上壩率，降低成本[11]。

從圖2可看出，左岸山高坡陡，坡度52°，局部高達68°。本工程利用這一有利地形，選取W/H=0.5～0.6(H為藥包埋置深度)，較一般硐室爆破中的0.8左右小，從而降低了炸藥單耗，節(jié)約了成本。

圖2 壩軸線剖面

2.5 溶洞處理

本次爆破在導(dǎo)硐、藥室掘進過程中，發(fā)現(xiàn)2#導(dǎo)硐左側(cè)藥室13 m處有一溶洞，溶洞底板較藥室底板高約1.5 m，溶洞底面呈三角形，底邊長約9 m，最大寬度約5 m。溶洞下大上小，高約7 m，容積約60～80 m3。溶洞具體位置詳見圖1。

在處理溶洞時采用回避溶洞方案，如圖3所示，從②樁點往溶洞方向2.75 m處，向山體深處掘一寬1.5 m，高1.8 m，長 3 m(從巷道中心線算起)，斷面為矩形的新藥室。然后，從②點往溶洞方向3.5 m處開始，一直到溶洞里的現(xiàn)有巷道全部堵死。堵塞方式采用“夾心”結(jié)構(gòu)，即每隔1.5 m左右(凈間距)漿砌0.5 m厚的塊石墻，中間填塞散石渣。填塞時一定要將土石渣料嚴(yán)密接頂，不留空隙，以免爆破時沖向溶洞。在溶洞口和堵塞結(jié)束的端面處應(yīng)采用漿砌 1 m 厚的塊石墻[12，13]。

圖3 溶洞處理示意

從爆破攝像和爆堆堆積情況看，未發(fā)現(xiàn)在溶洞處發(fā)生沖炮及溶洞吸收大量爆炸能量的現(xiàn)象。

3 爆破效果

經(jīng)爆后測量驗收確認，爆堆定向準(zhǔn)確，爆堆實際軸線與設(shè)計軸線吻合。爆堆集中，堆石壩輪廓明顯，沒有拋散現(xiàn)象。爆破方量充足，筑壩后略有剩余，總虛方量約10萬m3。壩腳處爆堆邊沿控制基本到位，局部略有超出，上游超出約5 m，下游超出約10 m。爆堆馬鞍高度23.12 m，平均高度28 m。經(jīng)計算，本次定向爆破自然方量約8萬m3，上壩方量約6.84 萬 m3。炸藥平均單耗為 0.56 kg/m3，上壩單耗為 0.7 kg/m3。上壩率為 68.40%，成壩率為82.96%。

4 結(jié)語

(1)在定向爆破中，爆巖運動的方向主要還是遵循最小抵抗線原理。但是，群藥包特別是條形分集藥包的聯(lián)合作用對爆巖運動方向的影響不能忽視。在定向爆破筑壩中，將二者綜合考慮定向會更準(zhǔn)確，壩形會更規(guī)整，效果會更理想。

(2)僅就爆后壩形規(guī)整程度講，雙岸爆破的效果肯定優(yōu)于單岸爆破。因此，在定向爆破筑壩中應(yīng)盡可能的采用雙岸爆破。

(3)導(dǎo)硐自鎖的條件是藥包最小抵抗線在水平面上的投影必須與導(dǎo)硐中心線相交，即從導(dǎo)硐通向藥室的拐角是銳角，這勢必會給藥室掘進增加難度。但利用導(dǎo)硐自鎖原理能避免沖炮，減少充填工程量，從整體利益上看還是值得的。

(4)充分利用地形條件和重力作用，在保證爆破效果的同時最大限度地降低炸藥單耗，提高經(jīng)濟效益。

(5)在喀斯特地質(zhì)條件下進行硐室爆破，如遇小型溶洞，則采取相應(yīng)的工程技術(shù)措施將通往溶洞的通道封死，同時把鄰近藥包移至通道軸線之外等，技術(shù)上是可行的。

綜上所述，本次定向爆破筑壩在準(zhǔn)確拋擲定向、防止導(dǎo)硐沖炮、減小爆破振動、控制爆堆形狀、靠重力定向滑移、降低炸藥單耗、節(jié)省工程成本等方面所采取的一系列的技術(shù)措施是科學(xué)的、行之有效的，是具有推廣價值的，也可供今后同類工程借鑒。

[1] 劉浩元，姚 堯，齊金山，等.漢中市天鴻基礦業(yè)有限公司楠木樹鉛鋅礦大石板溝尾礦庫初期壩定向爆破設(shè)計說明書[R].西安:西安四方爆破工程有限公司，2010.

[2] 劉浩元，姚 堯，齊金山，等.漢中市天鴻基礦業(yè)有限公司楠木樹鉛鋅礦大石板溝尾礦庫初期壩定向爆破施工圖設(shè)計[R].西安:西安四方爆破工程有限公司，2010.

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2011－03－02)

鄭敏昌 (1974－)，男，陜西楊陵人，采礦工程師和注冊安全工程師，主要從事金屬礦床地質(zhì)、金屬礦床開采及礦山安全等方面的研究工作，Email:zhmch999@163.com。