控制性爆破在露天礦規(guī)格石料開采中的應(yīng)用

【摘要】本文以浙江省溫州市大型礦山石料開采工程的實(shí)施為例，介紹了在石料開采過程中，通過設(shè)計(jì)、優(yōu)化爆破技術(shù)參數(shù)、改變裝藥結(jié)構(gòu)等方法提高爆堆中多種規(guī)格石料含量的方法，同時(shí)介紹了在施工控制過程中需著重控制的幾個(gè)要點(diǎn)，以供同類工程參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】露天礦；規(guī)格石料；爆破；開采

1、概況

本爆破工程位于洞頭縣城區(qū)北西方向霓嶼鄉(xiāng)，礦山平面形狀為多邊形，開采區(qū)域面積為1.04 km2，頂部高程為283.6m，底部設(shè)計(jì)開采高程為+10m，礦區(qū)石料儲(chǔ)量為9242.2萬m3。屬于工程建設(shè)性礦山，施工內(nèi)容包括強(qiáng)風(fēng)化石料剝離、石料開采、土石方外運(yùn)等。合同石方供應(yīng)量為8275萬噸，強(qiáng)風(fēng)化石料剝離工程量為208萬噸。供應(yīng)石料種類主要包括：拋石料、多規(guī)格大塊石、石渣、級(jí)配碎石。

2、重點(diǎn)和難點(diǎn)

本工程為工程建設(shè)性礦山，石料開采全部用于海堤施工標(biāo)段堤身及內(nèi)外側(cè)防護(hù)，施工過程中主要存在以下幾個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)：

2.1 礦山周邊作業(yè)環(huán)境復(fù)雜。

礦區(qū)周邊情況復(fù)雜，分布有七個(gè)村莊，人口集中，房屋建筑林立；作業(yè)區(qū)北側(cè)分布有廢棄軍事設(shè)施和縣級(jí)文物保護(hù)點(diǎn)“靈潭摩崖石刻”；南側(cè)140米處有從東向西走向的35KV高壓輸電線路、10KV農(nóng)用線路及電信、通訊線路等；礦區(qū)界6點(diǎn)以東170m有一座教堂。爆破作業(yè)區(qū)周邊環(huán)境復(fù)雜，爆破作業(yè)質(zhì)量要求高。

2.2 礦山地質(zhì)條件復(fù)雜。

礦山巖性為灰色流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r。表層巖石中原來部分結(jié)構(gòu)已破壞，其中長(zhǎng)石礦物成分已明顯變化，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，呈碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)。從已形成的邊坡面觀察礦體內(nèi)部斷裂、褶皺構(gòu)造發(fā)育明顯，礦體形態(tài)復(fù)雜，礦體空間形態(tài)呈不規(guī)則楔形。

2.3 工程量大，強(qiáng)度高，石料需求種類集中。

本工程合同開采總量為8275萬噸，高峰期石料供應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到10萬噸/日，月高峰強(qiáng)度達(dá)到235萬噸。石料供應(yīng)過程中，前期以拋石料（混合料）為主，后期供應(yīng)石料以塊石為主，石料供應(yīng)種類及強(qiáng)度分布不均勻，其中規(guī)格塊石供應(yīng)需求多集中于每年4～6月份（臺(tái)風(fēng)期來臨之前）以及防波堤施工后期防護(hù)階段。規(guī)格塊石供高峰期達(dá)到單日石料供應(yīng)總量的40%。因此，如何按計(jì)劃實(shí)現(xiàn)石料供應(yīng)強(qiáng)度，保證工程安全度汛、實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)目標(biāo)是本工程的重點(diǎn)。

3、規(guī)格石料開采總體策劃

礦山作業(yè)區(qū)周邊情況、地質(zhì)條件復(fù)雜，要求在開采過程中要密切關(guān)注爆破振動(dòng)、飛石對(duì)周邊建筑物、文物的危害，降低爆破作業(yè)對(duì)周邊村民正常生活的影響，在礦山開采初期進(jìn)行爆破漏斗試驗(yàn)，結(jié)合爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件測(cè)算出爆破施工安全校核有關(guān)的系數(shù)k和衰減指數(shù)α值，作為爆破參數(shù)設(shè)計(jì)安全校核的基準(zhǔn)參數(shù)。通過控制單段最大起爆藥量控制爆破振動(dòng)對(duì)周邊建筑物的影響，結(jié)合礦區(qū)以往爆破作業(yè)效果項(xiàng)目部擬采用以下手段解決規(guī)格石料開采難題：

（1）爆破施工中采用崩塌爆破技術(shù)，破壞巖體底部支撐，依靠上部巖體重力作用和炸藥釋放能量形成的裂隙分割、破碎巖體。同時(shí)適當(dāng)加大堵塞長(zhǎng)度，改變單孔裝藥高度降低超大塊石料含量。

（2）采用全孔不均勻不耦合裝藥結(jié)構(gòu)。爆破設(shè)計(jì)時(shí)，孔內(nèi)裝藥采用下部裝藥密度大，上部裝藥密度小，孔口采用石屑堵塞密實(shí)，上部是控制規(guī)格石料開采含量的重點(diǎn)。

（3）合理設(shè)計(jì)起爆網(wǎng)絡(luò)。在起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，采用排間依次起爆，單排鄰近的2～3個(gè)爆破孔同時(shí)起爆，目的是引導(dǎo)爆炸能量形成平行推力，致使開裂后的巖體整體向前傾倒，減少破裂后巖塊之間的相互碰撞。

（4）關(guān)注爆破設(shè)計(jì)中第一排炮孔抵抗線的選擇，在條件允許時(shí)，適當(dāng)減少第一排炮孔的抵抗線，方便爆破能量可以及時(shí)釋放，減弱爆破能量對(duì)炮孔后部巖體的作用，同時(shí)為后排炮孔創(chuàng)造良好的爆破臨空面，降低擠壓爆破效果，從而降低料堆中規(guī)格石料的含量。

4、施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

石料開采工藝可按：作業(yè)區(qū)浮碴清理→臺(tái)階及施工道路布置→爆破參數(shù)設(shè)計(jì)→測(cè)量放樣及布孔→鉆孔→清孔及炮孔驗(yàn)收→爆破器材檢查→裝填炸藥、雷管并堵塞炮孔→爆破網(wǎng)絡(luò)連接→人員、設(shè)備清場(chǎng)及爆破警戒→起爆→爆后檢查→解除警戒→清除爆堆危石→石碴清運(yùn)→開挖基礎(chǔ)面檢查及總結(jié)。

4.2 重點(diǎn)工藝的操作要點(diǎn)

（1）臺(tái)階及施工道路布置

開采區(qū)臺(tái)階高度與永久邊坡高度相同均為15m。施工道路布置包括鉆孔設(shè)備、炸藥運(yùn)輸車輛以及爆堆出渣道路。礦山開采采用自上而下的開采方式，頂部開采平臺(tái)通過修筑簡(jiǎn)易支線道路滿足鉆孔設(shè)備、炸藥運(yùn)輸以及爆破人員使用需求，道路寬度6m～8m，縱坡比控制在8%以內(nèi)。常態(tài)開采作業(yè)面均由開采平臺(tái)與主線道路連通，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)石料運(yùn)輸、炸藥運(yùn)輸以及鉆孔設(shè)備使用需求。

（2）爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

爆破參數(shù)設(shè)計(jì)是規(guī)格石料開采中的關(guān)鍵工序，爆破參數(shù)設(shè)計(jì)須結(jié)合外露巖體發(fā)育程度、巖石堅(jiān)固系數(shù)、爆破作業(yè)周邊環(huán)境等各項(xiàng)指標(biāo)和以往爆破參數(shù)作業(yè)效果進(jìn)行設(shè)計(jì)。

爆破參數(shù)設(shè)計(jì)中采用了全孔分段不耦合裝藥技術(shù)，即采用在炮孔內(nèi)上部不耦合系數(shù)大、下部不耦系數(shù)小的全孔不耦合裝藥結(jié)構(gòu)。本工程爆破孔徑以110mm為主，設(shè)計(jì)中下部按加強(qiáng)拋擲爆破設(shè)計(jì)，孔內(nèi)藥卷直徑為φ90，不耦合系數(shù)為1.27；上部按松動(dòng)爆破設(shè)計(jì)，孔內(nèi)藥卷直徑為φ70，不耦合系數(shù)為1.64，具體裝藥結(jié)構(gòu)見圖1《全孔分段不耦合裝藥結(jié)構(gòu)圖》，按此結(jié)構(gòu)裝藥時(shí)，孔內(nèi)上部裝藥線密度僅為下部線裝藥密度的77%。

根據(jù)各個(gè)爆破區(qū)域的巖石性質(zhì)采用不同的孔網(wǎng)參數(shù)，每個(gè)爆區(qū)的孔網(wǎng)參數(shù)依據(jù)前炮的爆破效果不斷調(diào)整、優(yōu)化。料場(chǎng)露天臺(tái)階爆破孔徑以φ115mm為主，根據(jù)孔徑、孔深不同，孔網(wǎng)參數(shù)有以下幾種：5m×3.5m、5m×4m、5.5m×3.5m、5.5m×3.8m。局部巖石性質(zhì)有變化，孔網(wǎng)參數(shù)作相應(yīng)調(diào)整。孔底超深按1m進(jìn)行控制。

為了檢驗(yàn)全孔分段不耦合裝藥爆破設(shè)計(jì)參數(shù)的爆破效果，在不同的爆破區(qū)塊對(duì)耦合裝藥、全孔分段不耦合裝藥進(jìn)行了多次現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)效果對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表一《爆破工藝參數(shù)設(shè)計(jì)成果統(tǒng)計(jì)表》。

（3）鉆孔、炮孔驗(yàn)收

料場(chǎng)規(guī)格石料開采孔位按長(zhǎng)方形布置，孔徑為115mm，孔傾斜度為85°。鉆孔作業(yè)按由遠(yuǎn)及近、由內(nèi)至外的順序進(jìn)行，成孔后的炮孔應(yīng)及時(shí)堵塞加蓋予以保護(hù)，避免鉆機(jī)移位時(shí)，石渣掉入炮孔內(nèi)。鉆孔設(shè)備采用阿特拉斯Atlas-T45進(jìn)行施工，鉆孔過程中安排專人配合清理鉆孔周邊0.5m范圍內(nèi)的浮碴，防止小塊石落入堵塞炮孔。

炮孔檢查在裝藥前進(jìn)行，驗(yàn)收的內(nèi)容包括：孔位、孔徑、孔深、孔傾斜率和總孔數(shù)。裝藥前須逐一檢查炮孔參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，對(duì)檢查過程中發(fā)現(xiàn)的孔位、孔深偏差大于±0.2m的現(xiàn)場(chǎng)要求重新鉆孔。孔傾斜率誤差超過2%的孔位作報(bào)廢處理，重新鉆孔。對(duì)孔內(nèi)的積水、積碴可以用高風(fēng)壓進(jìn)行吹孔。

（4）起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、連接

起爆網(wǎng)絡(luò)采用非電毫秒導(dǎo)爆管，通過四通器連接而形成起爆網(wǎng)絡(luò)，孔位微差間隔時(shí)間取25ms～75ms之間，采用孔內(nèi)、孔外延時(shí)復(fù)式起爆網(wǎng)路。在起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，采用排間依次起爆，單排鄰近的2～3個(gè)爆破孔同時(shí)起爆。另外，起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，MS1～MS7段雷管以跳段方式使用，避免相鄰段別的雷管，間隔時(shí)間短或雷管生產(chǎn)誤差，造成同時(shí)起爆，降低了孔間延時(shí)起爆減弱爆破振動(dòng)的效果。后排雷管比前排雷管延遲100～150ms起爆，通常采用MS5段雷管延時(shí)。

起爆網(wǎng)絡(luò)所使用的爆破器材必須與設(shè)計(jì)一致，確保雷管的起爆時(shí)間與設(shè)計(jì)相符。起爆網(wǎng)絡(luò)連接后，檢查節(jié)點(diǎn)是否牢固，能否傳遞爆轟波。雷管的聚能穴方向應(yīng)與傳爆方向相反，同時(shí)導(dǎo)爆管應(yīng)均勻分布于雷管周邊，并用膠布緊密包扎。

（5）開挖基礎(chǔ)面檢查及總結(jié)

起爆后經(jīng)爆破員檢查確認(rèn)無盲炮、危石等危險(xiǎn)因素后，發(fā)出解除警報(bào)，項(xiàng)目部及時(shí)組織挖掘和運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備進(jìn)行出碴作業(yè)。出碴過程中對(duì)爆堆塊石分類統(tǒng)計(jì)出重量，分析各類規(guī)格石料所占比例。同時(shí)，對(duì)爆堆基礎(chǔ)面進(jìn)行檢查，是否存在巖坎、孤島等巖體，分析爆破設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性，為后續(xù)相同區(qū)域爆破參數(shù)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)性意見。

5、爆破效果分析

從試驗(yàn)結(jié)果來看，采用耦合裝藥、全孔分段不耦合裝藥結(jié)構(gòu)施工，基礎(chǔ)面均未產(chǎn)生巖坎、孤島等影響后續(xù)開采的現(xiàn)象。相對(duì)于耦合裝藥結(jié)構(gòu)，全孔分段不耦合裝藥結(jié)構(gòu)有效提高了爆堆中規(guī)格石料的含量，爆堆中800kg的規(guī)格石料集中在料堆表層，同時(shí)超大塊石含量略有增加，細(xì)粉石料集中在料集下部。爆堆清理后臨空面上部巖體裂縫稀疏，存有少量孤石，下部巖面裂縫密集，巖面呈現(xiàn)粉碎狀。從巖壁破損情況看出，全孔分段不耦合裝藥結(jié)構(gòu)巖體下部受爆炸沖擊波最大，上部對(duì)巖體損傷較小，粉碎巖體主要集中在下部。采用全孔分段不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，大大減小了炮孔周邊粉碎圈半徑，增加了爆生氣體的利用率，改善了爆破效果。從經(jīng)濟(jì)成本方面分析，采用分段不耦合裝藥結(jié)構(gòu)一定程度上降低了每立方石料開采中炸藥的使用量，但同時(shí)也增加了超大塊石的含量，增加了二次破碎機(jī)械臺(tái)班的投入。

6、結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合凝灰?guī)r礦山石料開采施工過程和成果，總結(jié)、歸納出提高規(guī)格石料開采的方法和施工注意事項(xiàng)，為今后同類巖石性質(zhì)礦山開采積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪旭光.爆破手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010：31～35.

[2]王英，羅運(yùn)誠(chéng)，王群.規(guī)格石開采爆破試驗(yàn)[J].爆破，2010，27（3）：33～35.

[3]張志呈.裂隙巖體爆破技術(shù)[M].成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，1999：55～61.