威斯特銅礦臨近邊坡緩沖爆破技術研究

樓曉明，陳鵬輝

（1.福州大學紫金礦業(yè)學院，福州350116；2.福州大學爆炸技術研究所，福州350116）

威斯特銅礦臨近邊坡緩沖爆破技術研究

樓曉明1，2，陳鵬輝1

（1.福州大學紫金礦業(yè)學院，福州350116；2.福州大學爆炸技術研究所，福州350116）

在露天礦爆破開挖過程中，當邊坡巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖性破碎時，單采用預裂爆破或者光面爆破技術來控制邊幫保留巖體是不夠的。為充分利用緩沖孔和緩沖層的爆破降振作用，減弱爆炸荷載對邊坡巖體的損傷，臺階靠幫時采用緩沖爆破技術維護邊坡穩(wěn)定性。通過優(yōu)化緩沖爆破參數(shù)設計，采用間隔裝藥分段起爆方式，對威斯特銅礦2號露天采場進行緩沖爆破試驗。試驗結果與傳統(tǒng)臺階爆破進行對比，緩沖爆破振動強度能夠降低25%以上，并且臺階坡面相對平整，大塊率降低20%左右，基本沒有出現(xiàn)根底，爆破效果良好。

露天礦；緩沖爆破；控制爆破；邊坡穩(wěn)定性

露天開采中，爆破作業(yè)對臺階最終邊幫巖體穩(wěn)定性具有重要影響。隨著礦山不斷的深凹開采，臺階邊坡角逐漸變陡，如何在保證生產(chǎn)效率的同時維護礦山邊坡的穩(wěn)定是眾多礦山正在面臨的一大課題［1－2］。威斯特露天銅礦位于青海省果洛藏族自治州，礦區(qū)地質(zhì)情況復雜，圍巖穩(wěn)定性差，最終邊坡多次發(fā)生不同規(guī)模的滑塌現(xiàn)象。除了不可抗拒的自然因素的影響外，頻繁且大規(guī)模爆破引起的振動是邊坡失穩(wěn)的一個重要因素。在露天深孔臺階爆破中，通常采用微差爆破和預裂爆破等技術降低爆破振動［3－4］，減少對邊坡保留巖體的損傷。但預裂爆破在威斯特銅礦巖性破碎的情況下，難以形成有效的預裂縫，而且施工比較繁瑣，成本也高。工程實踐表明，如果能夠充分利用主爆孔和緩沖孔的綜合作用，優(yōu)化爆破參數(shù)和起爆順序，可以在不需要預裂孔的情況下取得良好的爆破效果。

1 緩沖爆破設計

1.1 緩沖爆破機理分析

對于臺階爆破，緩沖爆破從實質(zhì)上來說，類似于正常的臺階生產(chǎn)爆破，區(qū)別在于緩沖爆破孔因為考慮振動等原因而比正?？籽b藥藥量和孔排距都減少。緩沖爆破是在保證爆破效果的前提下，沿著設計的最終境界線打一排或幾排能保證破碎巖石但對基巖振動和損傷較小的加密炮孔，通過減小爆破孔網(wǎng)參數(shù)和單孔藥量的方法，利用不耦合裝藥結構和毫秒微差雷管進行逐孔起爆技術，起爆順序在主爆孔起爆后。使得邊坡的振動強度僅受最后一排緩沖孔藥量的控制，以此來減弱爆破荷載的作用范圍，達到控制爆破后沖和振動效應，減少邊坡巖體的損傷，維護邊坡保留巖體的穩(wěn)定［5－7］。

1.2 緩沖孔最大單響藥量的確定

爆破振動的峰值速度，大小主要取決于同段爆破最大段藥量。因此，采用Blast－UM型爆破測振儀，對礦區(qū)進行了15次爆破振動測試，每次布置4個測點，將得到的有效數(shù)據(jù)利用薩道夫斯基公式對其進行回歸分析（如圖1），得到三個垂直方向振動速度衰減規(guī)律，分別為：現(xiàn)場實際爆破振動頻率為15～30Hz，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》［8］對永久性巖石高陡邊坡振動速度的規(guī)定，當爆破振動頻率在10Hz＜f≤50Hz時，以上一級臺階內(nèi)側坡腳為控制點，振動速度須控制在8～12 cm/s。緩沖爆破時，末排緩沖孔距離上一臺階坡腳大于30m，通過反算可知，緩沖孔最大單響藥量為178.79kg。

圖1 Y軸振動速度回歸Fig.1 Y－axis vibration speed regression

1.3 緩沖孔排間距的確定

緩沖孔的孔距和緩沖孔與主爆孔的距離是緩沖爆破設計的關鍵，為了控制緩沖爆破的破碎效果，同時能夠不留根底，緩沖孔與主爆孔之間的距離應該以緩沖孔來估算底盤抵抗線。確定底盤抵抗線的方法主要有體積法、根據(jù)作業(yè)安全條件、按照鉆孔直徑和根據(jù)臺階高度四種方法。在緩沖爆破設計時，利用體積法估算底盤抵抗線與實際較為符合［7］，計算公式如下：

式中：d—炮孔的直徑，dm；Δ—炮孔裝藥密度，g/cm3，取1.13；L—鉆孔深度，取13.5～14m；H—臺階高度，12m；τ—裝藥系數(shù)，當H＝10～15m時，"取0.5；q—炸藥單耗，取0.35～0.40kg/m3；m—炮孔密集系數(shù)，取1.0～1.2。根據(jù)上式計算可知，緩沖孔底盤抵抗線W1為4.84～5.36m。

3 現(xiàn)場試驗

3.1 緩沖爆破參數(shù)

結合工程經(jīng)驗［4－6］，對2號露天采場4170平臺進行緩沖爆破試驗，臺階高度12m，孔徑150mm，孔深13.5～14.0m，炸藥采用2＃巖石硝銨炸藥。主爆孔排距6m，孔距7m，單孔裝藥量125kg（優(yōu)化前150kg）；緩沖孔距離末排主爆孔5m，孔距為主爆孔孔距的1/2，為3.5m；單孔裝藥量75kg。主爆孔和緩沖孔均采用分段裝藥結構（如圖2），上段裝藥40%，下段裝藥60%，中間用巖粉作為間隔介質(zhì)。主爆孔和緩沖孔孔內(nèi)上段裝藥采用425ms、下段裝藥采用400ms孔內(nèi)雷管分段起爆。主爆孔孔外第一排采用17ms高精度雷管，其余排炮孔均采用65ms高精度雷管，緩沖孔孔外采用17ms高精度雷管，在主爆孔起爆后逐孔起爆。

圖2 裝藥結構圖Fig.2 Sketch of charge structure

3.2 緩沖爆破效果

在距離爆源中心相同距離位置各布置三組振動速度測點，對比分析采用普通導爆管雷管排間起爆和采用高精度毫秒延期雷管逐孔起爆爆破效果。對比結果表明采用分段裝藥、毫秒延期的緩沖爆破振動明顯低于傳統(tǒng)爆破強度。在距離爆心147m處，傳統(tǒng)爆破最大振速為1.725cm/s，緩沖爆破最大振速為1.286cm/s，振速降低25%；在距離爆心200 m處，傳統(tǒng)爆破最大振速為1.049cm/s，緩沖爆破最大振速為0.466cm/s，振速降低56%；在距離爆心225m處，傳統(tǒng)爆破最大振速為0.645cm/s，緩沖爆破最大振速為0.241cm/s，振速降低63%。同時，爆破后臺階后沖作用減少，坡面較為平整，大塊率降低20%左右，基本沒有出現(xiàn)根底，爆破效果良好，如圖3。

圖3 正常臺階爆破和緩沖爆破效果對比圖Fig.3 Comparison of the effect between normal bench blasting and cushion blasting

5 結論

1）針對威斯特銅礦邊坡地質(zhì)條件復雜，圍巖破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育的情況，采用間隔裝藥分段起爆的緩沖爆破技術能夠有效改善預裂爆破的不足，不僅降低了鉆孔作業(yè)量，而且還降低了爆破的振動強度，減少了對圍巖的損傷，有效地保持了邊坡的穩(wěn)定性。

2）通過在主爆孔和緩沖孔采用巖粉作為間隔介質(zhì)分段起爆方式，有效地降低了最大單響藥量，相對于傳統(tǒng)連續(xù)裝藥結構，單孔藥量減少25kg，綜合成本節(jié)約0.32元/m3，具有可觀的經(jīng)濟效益。

3）采用巖粉作為間隔介質(zhì)的分段裝藥方式，成本低廉，取材方便，但施工要求較高，施工過程比連續(xù)裝藥復雜一些。

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Study on the cushion blasting technology nearby slope in West Copper Mine

LOU Xiaoming1，2，CHEN Penghui1
（1.College of Zijin Mining，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou 350116，China；2.Research Institute of Explosion Technology，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou 350116，China）

During the blasting excavation in open－pit mine，when the rock in the slope with developed fracture and crushed lithology，there is a serious deficiency to use presplitting blasting or smooth blasting technology to maintain the slope stability.In order to take full advantage of the cushion boreholes and cushion layer and enhance the shock absorption effect，the optimized cushion blasting technology is used when blasting near the slope.Then，there was a test on the 2ndmining field of West open－pit copper mine by using the optimized cushion blasting technology with the uncoupled charge structure.Obviously，the optimal blasting effect is much better than the traditional way.Particularly，the vibration intensity of cushion blasting can be cut more than 25%than the normal bench blasting.Besides，the boulder yield has decreased about 20%.What’s more，there are little bedrocks and the bench slope is much smoother than before.

open－pit mine；cushion blasting；controlled blasting；slope stability

TD235.1

A

1671－4172（2015）05－0089－03

福建省自然科學基金資助項目（2011J01310）

樓曉明（1972－），男，副教授，博士，采礦工程專業(yè)，主要從事采礦與爆破方面科研工作。

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.05.018