露天采場靠界邊坡控制爆破技術(shù)實(shí)踐

師強(qiáng)強(qiáng)　崔正榮

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司； 2.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

?

露天采場靠界邊坡控制爆破技術(shù)實(shí)踐

師強(qiáng)強(qiáng)1,2崔正榮1,2

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司； 2.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

摘要為確保某露天礦邊坡的穩(wěn)定性，在現(xiàn)狀調(diào)查和理論分析的基礎(chǔ)上，采用預(yù)裂爆破技術(shù)，根據(jù)理論分析和現(xiàn)場試驗(yàn)，確定出適用于不同巖性的爆破參數(shù)，最后進(jìn)行現(xiàn)場施工，取得了較理想的爆破效果，有效保證了高陡邊坡的穩(wěn)定性，為礦區(qū)露天邊坡的后續(xù)施工提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞靠界邊坡預(yù)裂爆破孔網(wǎng)參數(shù)半壁孔

西北某鐵礦是我國大型露天鐵礦之一。采場開采階段高度為12 m，開采至最終境界位置每2個(gè)階段并段，并段高度為24 m；階段坡面角為65°。鐵礦巖性以白云巖和鐵礦層為主，致密堅(jiān)固，層理和節(jié)理均較發(fā)育。向斜核部和底部為板巖和云母巖，構(gòu)成含礦層的頂?shù)装?，巖石層理發(fā)育，力學(xué)性質(zhì)較差。區(qū)域內(nèi)斷裂發(fā)育，構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙比較發(fā)育，尤其是在淺部，礦區(qū)地層巖性復(fù)雜且變化較大。露天開采破壞了原始地層結(jié)構(gòu)，礦區(qū)內(nèi)存在褶皺和斷裂構(gòu)造以及小破碎帶等，降低了礦、巖的穩(wěn)固性，有可能造成采場邊坡失穩(wěn)。為了確保邊坡的施工質(zhì)量和穩(wěn)定性，根據(jù)國內(nèi)外大型露天礦邊坡的經(jīng)驗(yàn)，采用預(yù)裂爆破技術(shù)。

1爆破設(shè)計(jì)

1.1爆破方案

預(yù)裂爆破是在保護(hù)區(qū)爆破前在設(shè)計(jì)的邊坡輪廓線爆出一條一定寬度的裂縫,減弱主體區(qū)爆破時(shí)地震波向邊坡的傳播并阻斷向邊坡外發(fā)展的裂縫,以減弱主體爆破對周圍被保護(hù)對象的振動(dòng)危害和對邊坡巖體及其穩(wěn)定性的危害,主爆孔爆破后沿預(yù)裂面形成一個(gè)光滑邊坡。

根據(jù)預(yù)裂爆破的施工經(jīng)驗(yàn)以及該露天鐵礦的地質(zhì)條件制定了施工方案：在靠界區(qū)域沿設(shè)計(jì)坡頂線穿鑿一排預(yù)裂孔，鉆孔傾角和階段坡面角一致；靠界保護(hù)區(qū)域內(nèi)穿鑿垂直主爆孔，采用松動(dòng)爆破；為減少爆破對臨近邊坡的震動(dòng)影響，減小對固定邊幫的破壞作用，主爆孔和預(yù)裂孔之間設(shè)置一排傾斜緩沖孔[1]；采場并段后臺(tái)階高度為24 m，預(yù)裂孔一次穿孔到位，緩沖孔和主爆孔進(jìn)行單臺(tái)階爆破，炮孔布置見圖1。爆破施工前，通過大量現(xiàn)場試驗(yàn)，對爆破效果以及預(yù)裂爆破減震效果進(jìn)行測試分析，根據(jù)巖體含水和節(jié)理裂隙發(fā)育的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)和調(diào)整預(yù)裂爆破和緩沖爆破參數(shù)，并根據(jù)采場的實(shí)際情況不斷調(diào)整和優(yōu)化。

圖1　炮孔布置示意(單位：m)

1.2預(yù)裂爆破參數(shù)

1.2.1鉆孔直徑

通過比較150和120 mm孔徑穿孔爆破方案，由于礦山上部大部分區(qū)域巖體破碎，含水量大，鉆傾斜孔直徑越大，成孔率相對就越低。當(dāng)孔徑為120 mm時(shí)，穿傾斜孔效率高，成孔率及爆破效果都較好，故預(yù)裂鉆孔孔徑取120 mm。

1.2.2炮孔長度

炮孔深度根據(jù)場地標(biāo)高確定。為防止主爆區(qū)爆破應(yīng)力波和爆破裂隙直達(dá)保留區(qū)，預(yù)裂孔要有一定超深。預(yù)裂炮孔深度L1按下列公式確定：

(1)

式中,L1為預(yù)裂炮孔長度，m；H為并段臺(tái)階高度，m；α為設(shè)計(jì)坡面角，65°；h1為炮孔超深， 0.5～1.0 m。

計(jì)算得出L1=27.5～28.5 m,取28 m。

1.2.3孔距

在預(yù)裂爆破中，炮孔間距的大小直接影響預(yù)裂縫的寬度和平整度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，中硬以上巖體預(yù)裂鉆孔間距為

(2)

式中,a為鉆孔間距，m；d為鉆孔直徑，120 mm。

計(jì)算得出鉆孔間距a=1～1.4 m，硬巖取大值，松軟的風(fēng)化巖取小值。

1.2.4線裝藥密度

預(yù)裂孔的線裝藥密度是預(yù)裂爆破中最重要的參數(shù)之一。線裝藥密度過大，破壞預(yù)裂孔孔壁及周圍的巖石，半壁孔率難以滿足要求；線裝藥密度不足，預(yù)裂縫難以形成[2]。露天深孔預(yù)裂爆破線裝藥密度按下列公式確定：

(3)

式中,q1為炮孔線裝藥密度，kg/m；σ為巖石抗壓強(qiáng)度，MPa；其他符號(hào)意義同前。

根據(jù)國內(nèi)外礦山的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值以及本礦的具體條件，線裝藥密度一般在0.50～0.75 kg/m。

1.2.5堵塞長度

合理的堵塞長度和良好的堵塞質(zhì)量對改善爆破效果和提高炸藥能量利用率有重要作用。堵塞長度要與炸藥量相適應(yīng)，堵塞過短,藥量過多，預(yù)裂孔口易形成漏斗狀，堵塞過長,藥量太少，則難以形成完整的預(yù)裂縫。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，堵塞長度一般取12～20倍的炮孔直徑[3]，根據(jù)巖性調(diào)整。充填前要先用炸藥包裝紙或編織袋放入堵塞段的下部，再用鉆孔的巖粉充填，要使裝藥段與空氣保持間隔，以免充填的巖粉掉入裝藥部位。

1.2.6裝藥結(jié)構(gòu)

徑向不耦合裝藥顯著減少了藥柱與孔壁的接觸，最大限度減少了爆破對孔壁周圍巖石的破碎，同時(shí)部分沖擊波能量作用于相鄰孔壁巖石，使其處于受拉狀態(tài)，產(chǎn)生一條明顯的預(yù)裂縫。露天深孔預(yù)裂爆破預(yù)裂孔裝藥不耦合系數(shù)一般為2～4，本礦預(yù)裂孔直徑為120 mm，預(yù)裂藥柱的直徑約45 mm，徑向不耦合系數(shù)為2.7。軸向采用空氣間隔分段裝藥技術(shù)，預(yù)裂藥柱用膠帶間隔綁在導(dǎo)爆索上。隨著炮孔深度增加，巖體的初始應(yīng)力一般也呈增加趨勢，炮孔底部的夾制作用就愈明顯。為克服孔底較大的夾制作用，底部為裝藥加強(qiáng)段，增加的藥量平攤到孔底1～2 m的長度上。上部為裝藥減弱段，在離地表一定距離內(nèi)設(shè)置一個(gè)不裝藥段，不裝藥段的長度與該處的地層狀況、預(yù)裂孔孔徑以及裝藥量等有關(guān)，接近堵塞段頂部裝藥量為設(shè)計(jì)值的1/3～1/2。綁在導(dǎo)爆索上的藥柱可以綁在竹片上，在孔外加工好，人工緩緩送入孔內(nèi)。裝藥結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2　預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)　　預(yù)裂爆破參數(shù)根據(jù)巖石性質(zhì)不同進(jìn)行調(diào)整，表1為本礦山主要巖性以及對應(yīng)的預(yù)裂爆破參數(shù)。

巖石類型炮孔直徑/mm炮孔傾角/(°)炮孔長度/m炮孔間距/m炮孔排距/m填塞長度/m線裝藥密度/(kg/m)板巖碎裂巖12065281.1230.5板巖12065281.21.72.50.6白云巖12065281.31.52.50.75

備注：排距指距前排炮孔的距離。

1.3緩沖孔和主爆孔參數(shù)

緩沖孔和主爆孔孔徑均為150 mm，考慮到本工程的具體要求和情況，巖石主要為板巖碎裂巖、板巖和白云巖，單位炸藥消耗量q取0.4 ～0.7 kg/m3，根據(jù)巖性軟硬情況進(jìn)行調(diào)整。為了獲得高質(zhì)量的開挖輪廓，緩沖孔設(shè)置成傾斜孔，角度較預(yù)裂孔大，緩沖孔裝藥量約為正?？籽b藥量的1/2～2/3[4]。根據(jù)鉆孔空間位置，緩沖孔前設(shè)置一排7.5 m深的緩沖輔助孔。表2為礦山主要巖性對應(yīng)的緩沖孔、輔助孔和主爆孔參數(shù)。

1.4起爆網(wǎng)絡(luò)和起爆方式

采用導(dǎo)爆索和塑料導(dǎo)爆管延時(shí)爆破網(wǎng)絡(luò)?？變?nèi)預(yù)裂藥柱用雙導(dǎo)爆索連接，外搭接導(dǎo)爆索同時(shí)起爆。為確保預(yù)裂效果，預(yù)裂孔超前主爆孔至少100 ms起爆[5]，孔外延期一般采用5段非電毫秒導(dǎo)爆管雷管。主爆孔、緩沖孔采用雙發(fā)普通非電導(dǎo)爆管雷管實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)延期，前排超前后排1～2段起爆?？變?nèi)導(dǎo)爆管雷管在孔外連接導(dǎo)爆索，導(dǎo)爆索端部接孔外延期雷管，同預(yù)裂孔主導(dǎo)爆索連接在一起用非電毫秒導(dǎo)爆管雷管起爆。網(wǎng)絡(luò)連接見圖3。

表2　緩沖孔和主爆孔爆破參數(shù)

圖3　網(wǎng)絡(luò)連接示意

2現(xiàn)場施工技術(shù)措施

根據(jù)不同地區(qū)的巖性選擇具體的爆破參數(shù)，采取的主要技術(shù)措施如下：

(1)根據(jù)建議的參數(shù)計(jì)算公式，計(jì)算出不同巖性的合理參數(shù)范圍，然后再由邊幫的實(shí)際狀況選取合理參數(shù)。在應(yīng)用中，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際狀況，對參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整。由于東幫南巖體屬于多裂隙軟巖和破碎型巖體，巖層中又含水，對孔距和線裝藥密度進(jìn)行了適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。

(2)裝藥密度根據(jù)實(shí)際孔距的大小及周圍炮孔狀況做適當(dāng)調(diào)整。在施工中，如果實(shí)際孔距大于設(shè)計(jì)孔距時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加藥量；在未成孔的兩側(cè)適當(dāng)增加藥量。

3應(yīng)用效果

根據(jù)前期預(yù)裂爆破試驗(yàn)和理論分析，在采場東南幫、北幫和西南幫分別進(jìn)行了預(yù)裂爆破施工。采場東南幫以板巖破碎巖為主，且?guī)r石含水量大，在破碎型含水巖體中進(jìn)行預(yù)裂爆破，半壁孔痕率較低，達(dá)到60%左右，但是仍達(dá)到了保護(hù)邊坡穩(wěn)定性的目的，坡面無傘巖、浮石，不平整度小于20 cm，爆破效果見圖4(a)；采場北幫以板巖為主，巖石相對完整，且含水量小，半壁孔痕率達(dá)到80%以上，坡面不平整度小于20 cm，爆破效果見圖4(b)；西南幫以白云巖為主，巖石硬度系數(shù)大，完整性好，半壁孔痕率達(dá)90%以上，坡面不平整度小于20 cm，預(yù)裂效果較好，見圖4(c)。

4結(jié)語

3次預(yù)裂爆破均在預(yù)裂孔之間形成貫穿的裂縫，且裂縫平整，實(shí)現(xiàn)了在確保爆破質(zhì)量的前提下有效地降低對邊坡的震動(dòng)，達(dá)到保護(hù)邊坡穩(wěn)定的目的。通過預(yù)裂爆破施工發(fā)現(xiàn)，巖石愈完整均勻，愈有利于預(yù)裂爆破。在堅(jiān)硬的巖層中進(jìn)行預(yù)裂爆破，爆破參數(shù)容易掌握，容易獲得良好的預(yù)裂效果。而在多裂隙軟巖和破碎型巖體中進(jìn)行預(yù)裂爆破時(shí)，孔距要相應(yīng)縮小，適當(dāng)?shù)販p少裝藥量，才能達(dá)到保護(hù)邊坡的目的。

圖4　預(yù)裂爆破效果

參考文獻(xiàn)

[1]樓曉明,賴紅源,唐小軍.紫金山金銅礦靠幫高陡邊坡爆破減震研究[J].爆破,2011,28(2):56-59.

[2]汪旭光.爆破設(shè)計(jì)與施工[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2013.

[3]狐為民.黑岱溝露天煤礦預(yù)裂爆破優(yōu)化方案設(shè)計(jì)與實(shí)施[J].華北科技學(xué)院學(xué)報(bào),2012,9(2):26-29.

[4]沈立晉.預(yù)裂爆破技術(shù)在露天邊坡中的應(yīng)用[J].有色金屬：礦山部分,2004,56(3):28-29.

[5]韋學(xué)忠.預(yù)裂爆破技術(shù)在大峰露天煤礦邊坡保護(hù)工程中的應(yīng)用[J].露天采礦技術(shù),2014(12):11-12.

(收稿日期2016-01-13)

Practice of Controlled Blasting Technology of the Slope Close to Border in Open-pit

Shi Qiangqiang1,2Cui Zhengrong1,2

(1.Sinosteel Maanshan Institute of Mining Research Co., Ltd.;2.State Key Laboratory of Safety and Health for Metal Mines)

AbstractIn order to ensure the stability of the slope of a open-pit mine, based on the present situation investigation and theoretical analysis, the pre-splitting blasting technology is adopted, the blasting parameters that are suitable to different lithology are obtained by theoretical analysis and filed test. Based on the above results, the site construction is conducted, the ideal blasting effects is acquired, the stability of the high and steep slope is ensured. It provides the reference for the further construction of the slope of the open-pit mine.

KeywordsSlope close to boundary, Pre-splitting blasing, Blasting parameters, Half hole

師強(qiáng)強(qiáng)(1989—)，男，碩士研究生，243000 安徽省馬鞍山市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)西塘路666號(hào)。

·采礦工程·