剛果(金)露天金屬礦預(yù)裂爆破技術(shù)

張震宇 祁曉鑫

(中鐵九局集團有限公司大連分公司)

由中國中鐵剛果(金)礦業(yè)建設(shè)有限公司承擔(dān)剝離施工任務(wù)的華剛礦業(yè)銅鈷礦D坑采場位于剛果(金)加丹加省科盧韋奇市西南，采場西幫為20世紀90年代比利時人開采遺留區(qū)域，西幫風(fēng)化程度較高，巖性破碎，穩(wěn)定性較差。現(xiàn)階段采場采掘重點部位為采場西部1 252 m水平的 RSF(CU2)主礦體，該區(qū)域臨近采場西幫固定邊坡，采用傳統(tǒng)爆破技術(shù)無法滿足邊坡穩(wěn)定性控制需求。為此，本研究采用預(yù)裂爆破技術(shù)對該邊坡穩(wěn)定性進行控制。

1 預(yù)裂爆破試驗方案

結(jié)合礦山實際情況和現(xiàn)有穿孔設(shè)備，預(yù)裂爆破試驗選用Atlas-D55鉆機鉆鑿預(yù)裂孔，該鉆機鉆孔直徑為152 mm，可以打傾斜鉆孔，能夠滿足預(yù)裂孔鉆孔需求。采用空氣間隔不耦合裝藥預(yù)裂爆破方案[1-4]。

1.1 預(yù)裂孔不耦合系數(shù)

采用不耦合裝藥方式的目的是為了降低孔內(nèi)炸藥量和爆炸后的初始壓力，避免炮孔周圍巖石過度粉碎，以形成更完整的預(yù)裂縫。預(yù)裂爆破不耦合系數(shù)的計算公式為

(1)

式中，Kv為不耦合系數(shù)；Sc為單軸極限抗壓強度，kg/cm2。

根據(jù)礦山地質(zhì)情況，采場西幫RSF礦體普氏系數(shù)f=12，經(jīng)過換算，可知RSF抗壓強度(σc)為120 MPa，即1 200 kg/cm2。經(jīng)式(1)計算可得，Kv=3.9。

不耦合系數(shù)也可采用下式計算

Kv=D/d，

(2)

式中，D為鉆孔直徑，mm；d為藥卷直徑，mm。

試驗采用的卷裝乳化炸藥單個質(zhì)量為2 kg，長560 mm，直徑38 mm，根據(jù)式(2)計算出的實際不耦合系數(shù)為4，可滿足不耦合系數(shù)取值條件。

1.2 鉆孔間距與線裝藥密度

采場西幫巖石為層狀硅化白云巖，該巖體硅化程度較高，巖體較硬，抗壓強度約為120 MPa。參照類似礦山在該力學(xué)狀態(tài)下巖石的預(yù)裂爆破參數(shù)取值，可得出鉆孔直徑φ、線裝藥密度QL和鉆孔間距a的相互關(guān)系，如表1所示。

表1 國內(nèi)外部分露天礦山巖體強度和預(yù)裂爆破參數(shù)經(jīng)驗取值

注：巖體抗壓強度為σ為120 MPa。

對表1中的數(shù)據(jù)進行回歸分析，可知相關(guān)性系數(shù)為0.964，線性回歸曲線的相關(guān)性系數(shù)為0.998 6(圖1)。

圖1中σ與QL的線性關(guān)系可用下式表示：

QL=7.648 5φ+258.66 .

(3)

將鉆孔直徑152 mm代入式(3)，可得QL=1 421.232 g/m，本研究QL實際取值為1 400 g/m。

同理，可得φ與a的線性關(guān)系式：

圖1 σ與QL的線性關(guān)系

a=0.767 3φ+4.879 8 .

(4)

將鉆孔直徑152 mm代入式(4)中，可得a=121.5 094 cm，本研究a實際取值為1.2 m。

1.3 預(yù)裂炮孔裝藥結(jié)構(gòu)

本研究預(yù)裂孔的裝藥結(jié)構(gòu)采用空氣間隔徑向不耦合裝藥方式[5-8]。在預(yù)裂炮孔中將3卷乳化炸藥(共6 kg)用寬膠帶捆扎綁緊后置于孔底，起爆藥柱用寬膠帶固定于孔內(nèi)管上，并按照線裝藥密度1 400 g/m 進行間隔裝藥，上端充填段充填長度為3 m，裝藥結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 徑向空氣間隔不耦合裝藥結(jié)構(gòu)

1.4 預(yù)裂爆破孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)定

本研究露天礦設(shè)計段高為15 m，邊坡角60°，為提升爆破效果，采用分層爆破方式[9-10]。一次爆破段高為7.5 m，其中主炮孔選用阿特拉斯DML型牙輪鉆進行穿孔作業(yè)，鉆孔直徑為250 mm，采用乳化炸藥耦合裝藥方式，炸藥密度為1.05 g/cm3，在相同段高及巖性條件下，炮孔裝藥系數(shù)為0.5，炸藥單耗為0.6 kg/m3，炮孔密集系數(shù)為1.15，經(jīng)計算得出的底盤抵抗線為6.1 m。炮孔排距取6 m，根據(jù)炮孔密集系數(shù)計算出的主炮孔間距為7 m，超深取值1 m。預(yù)裂孔孔間距為1.2 m，沿著邊坡境界線進行穿孔作業(yè)，坡頂線與坡底線的水平間距為4.3 m，遠離坡底線0.7 m布置緩沖孔，因此緩沖孔與預(yù)裂孔的排間距為5 m，根據(jù)炮孔密集系數(shù)得出緩沖孔間距為6 m，炮孔布置平面如圖3所示。

1.5 預(yù)裂爆破孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)定

在其他爆破參數(shù)固定的條件下，單排孔爆破或多排孔爆破時，第1排孔裝藥量的計算公式為

Qk=qahtWD，

(5)

圖3 炮孔布置示意

式中，q為單位炸藥消耗量，kg/m3；ht為臺階高度，m；WD為底盤抵抗線，m。

經(jīng)計算得出主炮孔第1排孔的單孔裝藥量為Qk=192.15kg，實際取值為190kg。多孔爆破時，后排孔應(yīng)取第1排孔單孔藥量的1.1～1.3倍，考慮到最少預(yù)留4.5 m填塞高度，后排孔取第1排孔單孔藥量的1.1倍，即后排孔單孔裝藥量為210 kg。正常情況下緩沖孔藥量取值應(yīng)為主炮孔藥量的50%～60%，為減小緩沖孔爆破沖擊波對固定邊坡的擾動，緩沖孔采用D55潛孔鉆機進行穿孔作業(yè)，裝藥結(jié)構(gòu)為孔底30 kg乳化炸藥耦合裝藥，上部裝藥結(jié)構(gòu)為卷裝乳化炸藥12卷，每3卷1組用寬膠帶捆扎后置于孔內(nèi)，頂部確保3.5 m填塞高度。

1.6 起爆網(wǎng)絡(luò)和起爆方式

試驗中預(yù)裂爆破設(shè)置主炮孔3排、緩沖孔1排、預(yù)裂孔1排。考慮到預(yù)裂爆破裝藥復(fù)雜、作業(yè)時間長，每次爆破的預(yù)裂長度控制在100 m以內(nèi)。預(yù)裂孔選用導(dǎo)爆索連接起爆網(wǎng)絡(luò)，齊發(fā)起爆形成預(yù)裂縫，起爆時間優(yōu)先于主炮孔100 ms，主炮孔與緩沖孔采用25 ms微差逐孔起爆方式。

1.7 爆破施工注意點

①預(yù)裂爆破須采用清渣爆破方式，減小主炮孔爆破后沖，保證爆破質(zhì)量；②前排抵抗線可根據(jù)情況適當縮小，避免由于抵抗線過大造成后沖對預(yù)裂效果產(chǎn)生影響；③導(dǎo)爆索網(wǎng)路連接應(yīng)考慮爆轟波的傳爆方向,必須確保每條支路的接頭迎著傳爆方向，夾角應(yīng)大于90°；④導(dǎo)爆索網(wǎng)路在敷設(shè)過程中，應(yīng)避免腳踩和沖擊、碾壓導(dǎo)爆索；⑤保證預(yù)裂孔穿孔區(qū)域作業(yè)面平整，確保鉆孔角度統(tǒng)一，使預(yù)裂孔形成于同一個預(yù)裂面上。

2 預(yù)裂爆破試驗效果

本研究預(yù)裂爆破試驗區(qū)位于采場西部臨近采場西幫的RSF(CU2)主礦體區(qū)域，礦石種類為層狀硅化白云巖，極限抗壓強度約為120 MPa，普氏系數(shù)f=12，礦石密度為2.6 5 t/m3，礦石硅化程度較高，巖石完整性較好，可爆性差。嚴格按照本研究設(shè)計參數(shù)在預(yù)裂爆破試驗區(qū)域共進行了4次緩沖預(yù)裂爆破試驗。爆破后爆堆表面預(yù)裂縫較明顯，主炮孔爆堆隆起正常，經(jīng)采裝作業(yè)后，除節(jié)理裂隙發(fā)育程度較高的部位以外，預(yù)裂孔的半孔率達到80%以上，圍巖破壞不明顯，預(yù)裂縫連續(xù)性較好，邊坡巖體的穩(wěn)固性得到了充分保護，預(yù)裂孔和緩沖孔之間沒有根底，主炮孔大塊率小于1%，采裝效率較高，達到了預(yù)期的爆破效果(圖4)。

圖4 爆破效果

3 結(jié) 論

(1)在進行預(yù)裂爆破方案設(shè)計時，應(yīng)綜合分析礦山地質(zhì)條件及所爆巖體的主要力學(xué)性質(zhì)和主要參數(shù)，在理論分析及經(jīng)驗公式計算的基礎(chǔ)上，確定預(yù)裂孔孔徑、線裝藥密度、孔距，而后通過現(xiàn)場試驗分析爆破效果，進一步驗證預(yù)裂爆破參數(shù)取值的合理性。

(2)當巖石抗壓強度較高，巖體完整程度較好時，可采用空氣間隔徑向不耦合裝藥預(yù)裂爆破技術(shù)，爆炸后產(chǎn)生的高壓氣體對孔壁的徑向作用，有利于預(yù)裂孔間預(yù)裂縫形成，且預(yù)裂孔底加強裝藥有利于預(yù)裂孔底部的巖石充分致裂和適當破碎。

(3)由底盤抵抗線推算出的主炮孔的孔網(wǎng)參數(shù)以及單孔裝藥量，對于爆破施工有較好的指導(dǎo)意義。

參 考 文 獻

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