某銅礦350m水平中部II區(qū)爆破設(shè)計(jì)

徐建榮，劉洪興，張吉勇

（1.江西銅業(yè)公司德興銅礦，江西上饒 334224；2.江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西贛州 341000）

·采 選·

某銅礦350m水平中部II區(qū)爆破設(shè)計(jì)

徐建榮1，劉洪興2，張吉勇2

（1.江西銅業(yè)公司德興銅礦，江西上饒 334224；2.江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西贛州 341000）

在邊坡區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜，節(jié)理裂隙和斷層發(fā)育的條件下，某銅礦350m水平中部II區(qū)的爆破設(shè)計(jì)，既要確定合理的炮孔參數(shù)、起爆順序，又要考慮爆破震動(dòng)的影響，力求降低對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。通過計(jì)算爆破區(qū)域炮孔爆破引起的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度均在22cm／s以下，該振動(dòng)值對(duì)邊坡穩(wěn)定性差的地段是安全的。

邊坡；炮孔參數(shù)；起爆順序；爆破震動(dòng)

某銅礦采區(qū)北幫（區(qū)）的西源嶺290～479m邊坡，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，區(qū)域節(jié)理裂隙和斷層發(fā)育，夾雜順坡向的光面，在不同區(qū)段表現(xiàn)出不同的分布特征。410m以下臺(tái)階邊坡西段及東段主要發(fā)育二組節(jié)理，東段節(jié)理產(chǎn)狀約為 140°／55°、225°／60°，西段節(jié)理產(chǎn)狀約為 310°／55°、220°／70°，而中段有三組節(jié)理，在不同松動(dòng)區(qū)其具體產(chǎn)狀有所變化，但都為傾向北北西、北東和南東節(jié)理，主節(jié)理為傾向北北西節(jié)理。410m以上臺(tái)階邊坡主要發(fā)育三組節(jié)理，但產(chǎn)狀變化較大。臺(tái)階邊坡巖體受節(jié)理切割，在不同邊坡區(qū)段，節(jié)理產(chǎn)狀變化較大，存在松動(dòng)區(qū)和滑塌區(qū)。2008年下半年開始，290m到410m水平邊坡發(fā)生了大面積的滑動(dòng)，滑動(dòng)區(qū)域面積達(dá)到4000m2，滑坡體近10萬(wàn)m3。2008年年底開始，對(duì)350～320m臺(tái)階和410～380m臺(tái)階的邊坡進(jìn)行了削坡減載，清理了滑坡體的部分松動(dòng)巖體，緩和了邊坡的下滑趨勢(shì)，避免產(chǎn)生更大的邊坡滑動(dòng)災(zāi)害。至2009年3月，該區(qū)域邊坡的滑動(dòng)仍在繼續(xù)，邊坡巖體明顯離層和滑動(dòng)，并有加速滑動(dòng)的趨勢(shì)。由380m削坡后形成的新的臺(tái)階上（約為365m水平），先后出現(xiàn)了二條基本平行的縱向的裂紋，開裂面的寬度迅速增加，目前開裂面寬度已達(dá)到70～80cm，較寬的一條開裂面的延伸長(zhǎng)度近60m。開裂面后沿向內(nèi)斜插，肉眼可見深度1～1.6 m，實(shí)際深度目前不明。

1 爆破實(shí)施概況

本次爆破設(shè)計(jì)的爆破區(qū)域位于西源嶺350m水平中部，東北面臨近最終邊坡。該水平留設(shè)10m寬平臺(tái)，中風(fēng)化絹云母千枚巖（廢石）。設(shè)計(jì)爆破區(qū)域長(zhǎng)186.77m，頂板高程348.26～348.62m，爆區(qū)正下方是西源嶺剝離的運(yùn)巖公路。如圖1所示，根據(jù)工作平臺(tái)的實(shí)際寬度和穿孔設(shè)備的作業(yè)安全要求，圖示爆破區(qū)域I的穿孔設(shè)備為邊坡鉆機(jī)，爆破區(qū)域II的穿孔設(shè)備為牙輪鉆機(jī)［1］。在該地段實(shí)施爆破時(shí)，要采取良好的技術(shù)措施和嚴(yán)格的管理，力求減小爆破振動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響［2～4］。

圖1 爆破區(qū)域圖

2 爆破方案設(shè)計(jì)

2.1 炮孔布置

根據(jù)工作平臺(tái)的實(shí)際寬度和穿孔設(shè)備的作業(yè)安全要求，爆破區(qū)域II設(shè)計(jì)的主爆孔區(qū)域采用牙輪鉆機(jī)作業(yè)。設(shè)計(jì)中以預(yù)裂孔為基準(zhǔn)布設(shè)輔助孔和緩沖孔各1排，通過發(fā)揮預(yù)裂孔爆破后形成的預(yù)裂縫作用，防止不合理孔深的主爆孔與預(yù)裂孔之間貫穿，之后再布設(shè)正常的全深孔［5，6］。

根據(jù)本區(qū)域特殊的地質(zhì)情況和《采礦場(chǎng)最終邊坡管理規(guī)定》的藥量控制要求，設(shè)計(jì)的每面炮的裝藥量不超過15t，每面炮的主爆孔孔數(shù)控制在20個(gè)左右，各面炮的孔位圖如圖2所示。

圖2 爆破區(qū)域II孔位圖

2.2 輔助孔和緩沖孔

2.2.1 布孔方式和孔網(wǎng)參數(shù)

以預(yù)裂面為基準(zhǔn)布設(shè)輔助孔和緩沖孔各1排，保證坡底不受破壞，并形成期望的坡面角（65°）。輔助孔孔深設(shè)計(jì)為6m，孔距4m，孔口距離境界線4 m、孔底與邊坡保護(hù)層厚度1.2m；緩沖孔孔深設(shè)計(jì)為14.5m，孔距7m，緩沖孔和輔助孔的排距為4m，剖面圖如圖3所示。

圖3 輔助孔和緩沖孔剖面圖

2.2.2 裝藥量

輔助孔裝藥量50kg，充填高度5.3m；緩沖孔采用間隔裝藥方式，單孔裝藥量為430kg，充填高度6.86m。

2.2.3 裝藥結(jié)構(gòu)

為控制臨近邊坡一側(cè)炮孔最大一響藥量，同時(shí)維護(hù)邊坡的穩(wěn)定，緩沖孔采用間隔裝藥方式，孔內(nèi)上部裝200kg乳化炸藥和澳瑞凱第16段（400ms）非電導(dǎo)爆管雷管配合，孔內(nèi)底部裝230kg乳化炸藥和澳瑞凱第15段（375ms）非電導(dǎo)爆管雷管配合，中間用隔離器隔斷并用巖粉充填1.5m，充填高度為6.85m，示意圖如圖4所示。

圖4 爆破區(qū)域II緩沖孔（間隔）裝藥結(jié)構(gòu)圖

2.3 全深孔

2.3.1 布孔方式

本次爆破設(shè)計(jì)采用三角形布孔。

2.3.2 爆破參數(shù)

前排孔臺(tái)階剖面圖如圖5所示，孔網(wǎng)參數(shù)確定如下：

1.底盤抵抗線W1：根據(jù)牙輪鉆機(jī)設(shè)備的鉆孔作業(yè)安全條件：

式中：B為鉆機(jī)臺(tái)階邊緣作業(yè)的最小安全平臺(tái)寬度，Bmin＝3.0m；α＝80°。

計(jì)算得W1≈6.0m；

圖5 前排孔臺(tái)階剖面圖

2.孔距a與排距b：為了控制清碴位置的垮方量，順沿眉線的前排孔做加密處理（孔距6.0m）。從第2排開始，孔網(wǎng)確定為6.0×8.0m2，即a＝8.0 m，b＝6.0m。

3.孔深根據(jù)《2014年1月份月末現(xiàn)狀圖》提供的頂板標(biāo)高確定，超深1.5m。

4.單耗：根據(jù)該地段巖性，確定炸藥單耗（BDS）為 0.764kg／m3。

說(shuō)明：根據(jù)爆破區(qū)域巖性，因爆破區(qū)域I的風(fēng)化程度比爆破區(qū)域II略高，故在確定炸藥單耗時(shí)，爆破區(qū)域I的炸藥單耗比爆破區(qū)域II的略低。

5.每孔裝藥量：前排單孔裝藥量Q1按以下公式計(jì)算：

式中：q為炸藥單耗，取值為 0.764kg／m3；a1為孔距，取6.0m；W1為底盤抵抗線，取6.0m；H為臺(tái)階高度，15m。

計(jì)算得前排孔的裝藥量為450kg，充填高度10.07m（局部區(qū)域前排孔藥量根據(jù)坡面角情況進(jìn)行調(diào)整）。

從第2排孔起，各排孔的每孔裝藥量Q2按以下公式計(jì)算：

式中：q為炸藥單耗，取值為0.764kg／m3；a為孔距，取8m；b為排距，取6m；H為臺(tái)階高度，15m。

計(jì)算得裝藥量為550kg，充填高度7.25m。

爆破區(qū)域II的4面炮的炮孔參數(shù)見表1、表2、表3、表4。

表1 第1面炮炮孔參數(shù)

表2 第2面炮炮孔參數(shù)

表3 第3面炮炮孔參數(shù)

表4 第4面炮炮孔參數(shù)

由此可以計(jì)算出4面炮的總裝藥量分別為13t、12.4t、11.5t和 14.2t。

6.裝藥結(jié)構(gòu)：考慮到該區(qū)域正下方為運(yùn)巖公路，臺(tái)階邊緣的炮孔做加密處理并采用連續(xù)裝藥方式，以避免清渣地段前排間隔裝藥導(dǎo)致藥柱頂部實(shí)際抵抗線偏小，爆后過多松方拋擲垮塌到運(yùn)巖公路上，其余全深孔采用間隔裝藥方式?？變?nèi)上部裝200kg乳化炸藥和澳瑞凱第16段（400ms）非電導(dǎo)爆管雷管配合，底部裝350kg乳化炸藥和澳瑞凱第15段（375 ms）非電導(dǎo)爆管雷管配合。中間用炮孔隔離塞（或稱爆破節(jié)能器）隔斷并用巖粉充填1.5m，示意圖如圖6所示。

圖6 爆破區(qū)域II全深孔（間隔）裝藥結(jié)構(gòu)圖

7.充填高度：充填高度一般不小于底盤抵抗線的0.75倍，根據(jù)每孔設(shè)計(jì)裝藥量運(yùn)用公式（4）計(jì)算：

式中：L為充填高度／m；H為孔深／m；Q為每孔裝藥量／kg；式中數(shù)字 70為炮孔每米裝藥量，單位／kg·m－1。計(jì)算得：前排孔的充填高度為10.07m，其余全深孔充填高度為7.25m（間隔段的1.5m充填考慮在內(nèi)），符合爆破設(shè)計(jì)與安全要求。

2.4 （地表）爆破網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)該邊坡的穩(wěn)定性情況及地段巖性，地表網(wǎng)絡(luò)使用大段別毫秒延期雷管延時(shí)，即控制排和控制列分別用42ms和100ms的非電導(dǎo)爆管雷管搭配。各面炮穿孔完畢后及時(shí)驗(yàn)收并用OrIIcashotplus軟件進(jìn)行模擬，各面炮都采用斜線起爆方式，保證相鄰孔間延期時(shí)間≥20ms，嚴(yán)格實(shí)行逐孔起爆。

3 爆破安全

3.1 爆破振動(dòng)控制

由《爆破安全規(guī)程》［7］可知，爆破振動(dòng)控制以控制單面炮爆破規(guī)模和控制最大一響藥量為主要措施。每面炮的主炮孔（含緩沖孔）控制在20個(gè)左右，并適當(dāng)延長(zhǎng)地表網(wǎng)絡(luò)延期時(shí)間，相鄰炮孔地表網(wǎng)絡(luò)延期時(shí)差控制在20ms以上，防止爆破振動(dòng)疊加。

距離邊坡最近的炮孔爆破引起質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度按薩道夫斯基公式［8］計(jì)算如下：

式中：V為爆破引起的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度／cm·s－1；Q為單響藥量／kg，輔助孔50kg，緩沖孔第一段裝藥230kg，最后1排主炮孔第一段裝藥350kg；R為藥柱中心到365邊坡（坡底）的最近距離／m，輔助孔、緩沖孔與最后一排主炮孔到365邊坡（坡底）的最近距離分別為10.62m、18.29m、23.26m；K1為系數(shù) 1，預(yù)裂爆破減振系數(shù)，一般K1＝0.4～0.7，此處取0.5；K2為系數(shù)2，與爆破點(diǎn)地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)，取K2＝180～200；a為爆破振動(dòng)衰減指數(shù)，取 a＝1.65～2.0。

系數(shù)K2和a取值說(shuō)明：目前，在評(píng)定爆破振動(dòng)效應(yīng)的方法中，計(jì)算爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的經(jīng)驗(yàn)公式很多。應(yīng)用最為廣泛和有效的是前蘇聯(lián)薩道夫斯基提出的經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：V為巖土質(zhì)點(diǎn)最大振動(dòng)速度／cm·s－1；K為系數(shù)，取決于巖石性質(zhì)、爆破參數(shù)和爆破方法等；R為測(cè)點(diǎn)至爆破中心的距離／m；Q為爆破藥量，分段爆破時(shí)為最大一段藥量／kg；α為衰減系數(shù)。

以薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式為基礎(chǔ)，結(jié)合該銅礦生產(chǎn)實(shí)際，采用工程類比方法建立的振動(dòng)速度經(jīng)驗(yàn)關(guān)系為：

即系數(shù)參考值為：K2＝104.32，a＝1.834。

綜合考慮爆區(qū)地形以及巖體內(nèi)部地質(zhì)弱面發(fā)育等情況，設(shè)計(jì)取保守值K2＝180～200、a＝1.8。

3.2 爆破預(yù)期影響

上述取值代入公式，計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 爆破區(qū)域Ⅱ振動(dòng)計(jì)算結(jié)果表

通過以上計(jì)算，350m水平爆破區(qū)域的輔助孔、緩沖孔與最后一排主炮孔爆破引起的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度均在22cm／s以下，按“邊坡安全允許的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度”分析：理論上該振動(dòng)值對(duì)邊坡穩(wěn)定性差的地段是安全的，但不排除坡面上個(gè)別石塊掉落的可能性。

其它構(gòu)筑物振速核算評(píng)估如下：

1.365 邊坡上方噴錨區(qū)：實(shí)測(cè)350－410邊坡垮塌加固處理工程噴錨區(qū)域離350預(yù)裂孔最近距離為17.0m，而預(yù)裂孔裝藥中心距孔口約12.0m，經(jīng)計(jì)算預(yù)裂孔炸藥中心到邊坡噴錨區(qū)域的最近距離為26.2 m。示意圖如圖7所示。

圖7 預(yù)裂孔和噴錨區(qū)域相關(guān)距離

噴錨區(qū)域安全允許振速參齡期7～28d，大體積混凝土標(biāo)準(zhǔn)取保守值v＝10.0cm／s，另取K＝200、α＝1.8。根據(jù)薩道夫斯基公式計(jì)算出Q＝122.0kg。該區(qū)段預(yù)裂單孔設(shè)計(jì)藥量13.0 kg，則允許單段最大同響孔數(shù)n＝122.0÷13.0＝9.4個(gè)。

錨索正（側(cè)）下方預(yù)裂爆破適宜同段起爆孔數(shù)為9個(gè)、最大單響藥量117 kg，段間微差時(shí)間控制在8 ms以上。

2.預(yù)裂爆破對(duì)后方邊坡的震動(dòng)影響：預(yù)裂單孔裝藥量 12.0 kg，設(shè)計(jì)最大單響藥量 120 kg（10孔／響）。參考西源鄰近區(qū)域歷年預(yù)裂穿爆施工實(shí)際，陡壁地形薄層削坡近區(qū)爆破沿用該經(jīng)驗(yàn)數(shù)值邊坡是安全的。

4 結(jié) 論

1.在區(qū)域復(fù)雜的邊坡地段進(jìn)行爆破是一項(xiàng)環(huán)節(jié)很多的系統(tǒng)工作，應(yīng)根據(jù)穿孔設(shè)備的作業(yè)安全要求和工作平臺(tái)的實(shí)際寬度，設(shè)計(jì)好預(yù)裂孔、中深孔、輔助孔、緩沖孔和全深孔的爆破參數(shù)及爆破順序，同時(shí)要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施工，強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)施工管理，保證爆破工作的順利進(jìn)行。

2.針對(duì)該地段地質(zhì)構(gòu)造的特殊性，通過藥量的控制，增大地表網(wǎng)絡(luò)延期時(shí)間，各面炮都采用斜線起爆方式，嚴(yán)格實(shí)行逐孔起爆，減小振動(dòng)對(duì)邊坡的影響。

3.爆破區(qū)域的輔助孔、緩沖孔與最后一排主炮孔爆破引起的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度均在22 cm／s以下，理論上該振動(dòng)值對(duì)邊坡穩(wěn)定性差的地段是安全的，但不排除坡面上個(gè)別石塊掉落的可能性。

［1］ 李曉豁.露天采礦機(jī)械［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

［2］ 饒運(yùn)章.巖土邊坡穩(wěn)定性分析［M］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2012.

［3］ 杜青，馬秋，孫偉，等.爆破震動(dòng)對(duì)露天礦邊坡的影響及其防治［J］.云南冶金，2008，37（6）：12－15.

［4］ 羅會(huì)成，毛市龍.爆震對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響的研究現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.礦業(yè)快報(bào)，2005，（10）：20－22.

［5］ 李夕兵.鑿巖爆破工程［M］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2011.

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

［7］ GB 6722－2011，爆破安全規(guī)程［S］.

［8］ 劉殿中，楊仕春.工程爆破使用手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

350 m Level II Area in the Middle of a Copper Mine Blasting Design

XU Jian-rong1，LIU Hong-xing2，ZHANG Ji-yong2
（1.Jiangxi Copper Group Company of Dexing Copper Mine，Shangrao 334224，China；2.China School of Resources and Environmental Engineering，Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou 341000，China）

Under the condition of the complex structure of the slope area，the joint fissure and the development of the fault，a copper mine blasting design of level 350 m Central Zone II，it is necessary to determine the reasonable borehole parameters，initiation sequence，but also consider the impact of blasting vibration，and strive to reduce impact on slope stability.By calculating the area of particle vibration velocity cannon blast holes were caused by blasting in 22 cm／s or less，the vibration v alue of slope stability poor location is safe.

slope；hole parameter；blasting sequence；vibration of blasting

TD854＋.2

A

1003－5540（2017）05－0001－06

徐建榮（1979－），男，工程師，主要從事采礦技術(shù)與爆破工程研究工作。

2017－07－03