多元精細(xì)爆破在露天礦開(kāi)采中的應(yīng)用

任少峰，楊 勇，張海濤，張 波，潘建闊

(1.西南能礦集團(tuán)股份有限公司， 貴州 貴陽(yáng) 550004；2.山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司 焦家金礦， 山東 萊州市 261441)

0 引 言

國(guó)內(nèi)外不斷提高爆破質(zhì)量，朝著“精細(xì)化、多元化”的方向發(fā)展，因此在國(guó)內(nèi)著名爆破專(zhuān)家的倡議和支持下，提出了“精細(xì)爆破”的概念[1]，并應(yīng)用到各個(gè)爆破領(lǐng)域[2￣4]，特別是在復(fù)雜露天礦的開(kāi)采中，既要充分考慮爆破周?chē)h(huán)境，邊坡災(zāi)害的影響，又要控制爆破振動(dòng)、爆破飛石等爆破有害效應(yīng)，最重要的是提高爆破質(zhì)量，因此研究露天礦的精細(xì)化爆破具有重要的實(shí)踐意義。

1 露天礦開(kāi)采概況

某金礦在老選廠舊址及小豎井附近通過(guò)地表鉆探，并結(jié)合老采場(chǎng)資料，對(duì)礦體重新進(jìn)行了圈定和估算，得到平均地質(zhì)品位為2.57 g/t、金屬量約303.41 kg的儲(chǔ)量，開(kāi)采價(jià)值極大，對(duì)其進(jìn)行凹陷式露天回采。

1.1 工程地質(zhì)條件

該主斷裂破碎帶、次級(jí)構(gòu)造破碎帶、節(jié)理裂隙密集帶均屬于碎裂松軟巖組，巖石裂隙發(fā)育密集，松軟破碎，穩(wěn)固性差，尤其在地下水作用下易發(fā)生坍塌、片幫、冒頂?shù)炔涣脊こ痰刭|(zhì)現(xiàn)象；另外，本地段巖石整體破碎風(fēng)化程度相對(duì)較高，穩(wěn)固性較差；北部地段巖石的穩(wěn)固性較差，易發(fā)生塌方。

1.2 開(kāi)采方案

采用露天開(kāi)采，設(shè)計(jì)臺(tái)階高度為8 m，幫坡角為60°，安全平臺(tái)寬度為3 m，道路寬度為6 m，不設(shè)清掃平臺(tái)和運(yùn)輸平臺(tái)，設(shè)計(jì)露天礦境界長(zhǎng)158 m，平均寬52 m。

2 爆破方案和爆破參數(shù)

露天礦周邊環(huán)境復(fù)雜，人員流動(dòng)性大，采用常規(guī)的中深孔爆破技術(shù)會(huì)引起較大的爆破危害，并增加爆破成本，因此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境和地質(zhì)條件采用多元精細(xì)爆破對(duì)該礦體實(shí)施爆破[5￣6]。首先是進(jìn)行表土、浮土的剝離，然后在露天礦中間附近進(jìn)行掏槽爆破，形成自由面，緊接著以其為中心向兩邊應(yīng)用微差松動(dòng)爆破技術(shù)對(duì)礦巖分別爆破后，結(jié)合挖掘機(jī)進(jìn)行分別開(kāi)挖，最后在邊坡附近使用光面爆破的方式進(jìn)行開(kāi)挖，以保護(hù)邊坡的穩(wěn)定性，并預(yù)留安全平臺(tái)。爆破區(qū)域布置見(jiàn)圖1，炮孔裝藥結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，爆破參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 爆破區(qū)域布置示意

圖2 炮孔裝藥結(jié)構(gòu)剖面圖

爆破類(lèi)型孔深/m孔距/m排距/m孔徑/mm單耗/(kg/m3)單孔裝藥量/kg裝藥方式光面爆破81.4900.153.5空氣間隔不耦合裝藥掏槽爆破932.8900.853.0耦合裝藥松動(dòng)爆破83.53.0900.2521.0耦合裝藥

3 爆破安全措施

3.1 爆破振動(dòng)的控制和校核

露天礦周邊構(gòu)筑物較多，最近的構(gòu)筑物距離爆破區(qū)域(最終邊坡)25 m，掏槽爆破區(qū)域距離構(gòu)筑物53 m。根據(jù)薩道夫斯基公式判斷掏槽爆破產(chǎn)生的振動(dòng)危害即可進(jìn)行校核：

(1)

式中，V為介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度,cm/s；R為觀測(cè)(計(jì)算)點(diǎn)到爆源的距離,m；K和α是與爆破條件、巖石特性等有關(guān)的系數(shù)，分別為290和1.9；Q為炸藥量，kg，取掏槽爆破的最大一段裝藥量53 kg；

將以上數(shù)據(jù)代入公式(1)中經(jīng)計(jì)算得出：V為1.97 cm/s。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2003)規(guī)定，對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全允許振速的最小值為3.0 cm/s，因此該爆破滿足規(guī)程對(duì)被保護(hù)構(gòu)筑物的安全質(zhì)點(diǎn)振速要求。爆破振動(dòng)速度完全控制在安全范圍之內(nèi)，對(duì)緊鄰構(gòu)筑物無(wú)損傷。

在場(chǎng)現(xiàn)用爆破振動(dòng)測(cè)試儀進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)值都小于爆破安全規(guī)程的對(duì)應(yīng)安全閥值，典型爆破振動(dòng)波形見(jiàn)圖3。

圖3 典型波形

3.2 爆破飛石的控制

該爆破嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)精細(xì)施工，其中當(dāng)掏槽爆時(shí)選用膠管鏈對(duì)爆破區(qū)域進(jìn)行覆蓋，對(duì)飛石加以控制，未發(fā)生飛石傷害事故。

3.3 邊坡控制

通過(guò)在邊坡附近實(shí)施光面爆破，半孔率控制在75%左右，邊坡非常穩(wěn)定，未發(fā)生滑坡現(xiàn)象。

3.4 地表沉降監(jiān)測(cè)

為了防止露天礦周邊地表發(fā)生沉降，在露天礦周邊埋設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)并進(jìn)行實(shí)測(cè)，采用拓普康DL-103電子數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)測(cè)量，沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2、表3。

表2 53 m濃密池沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù) 單位：m

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，邊坡沉降位移在完全控制在安全范圍內(nèi)，未對(duì)邊坡和周邊構(gòu)筑物造成安全隱患。

表3 新建油庫(kù)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù) 單位：m

4 爆破效果和效益分析

(1) 在確保安全的同時(shí)，有效提高了露天礦開(kāi)挖效率，平均開(kāi)挖量達(dá)到4900 t/d，平均出礦量達(dá)到1400 t/d。

(2) 多元精細(xì)爆破的應(yīng)用大大減小了爆破成本、破碎和挖運(yùn)成本。

(3) 由于露天礦內(nèi)礦脈小而分散，很容易礦巖大量摻混，進(jìn)而造成礦石貧化極大。該項(xiàng)目采用微差松動(dòng)爆破的同時(shí)，對(duì)礦巖進(jìn)行分別爆破，之后再使用挖掘機(jī)對(duì)礦巖進(jìn)行分別開(kāi)挖，極大地減少了礦巖混合的情況，大大的降低了礦石貧化率。設(shè)計(jì)礦石貧化率為7.8%，采用精細(xì)化爆破后，實(shí)際礦石貧化率為4.9%，經(jīng)濟(jì)效益明顯體現(xiàn)。

(4) 露天礦區(qū)內(nèi)人員較密集，且流動(dòng)性較大，故控制爆破飛石極為重要。該項(xiàng)目通過(guò)精細(xì)化設(shè)計(jì)，并嚴(yán)格按設(shè)計(jì)精細(xì)化施工，有效的控制了飛石，未發(fā)生飛石傷害事故。

(5) 露天礦周邊擬保護(hù)的構(gòu)筑物較多，爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)都在安全范圍之內(nèi)，未對(duì)構(gòu)筑物產(chǎn)生損傷；地表沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，邊坡在爆破和開(kāi)挖過(guò)程中穩(wěn)定，未出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象。

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