露天爆破中巖根和大塊產(chǎn)生的原因及對(duì)策研究

馬三振 代治國(guó) 蔡國(guó)成 樊濤

摘 要：露天爆破大塊率和根底率是衡量爆破質(zhì)量的2項(xiàng)重要指標(biāo)。但是，因環(huán)境條件、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖性組成、爆破參數(shù)與技術(shù)和施工與管理等因素的影響，往往達(dá)不到理想的爆破效果，爆破后難免會(huì)產(chǎn)生部分大塊、根底甚至底板大面積抬高等問(wèn)題。基于此，本文主要探討產(chǎn)生根底及大塊的原因，然后提出針對(duì)性的預(yù)防大塊及根底產(chǎn)生的對(duì)策。

關(guān)鍵詞：露天爆破；巖根；大塊

中圖分類號(hào)：TD235 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）16-0084-03

Causes and Countermeasures of Rock Masses and Blocks in

Open Air Blasting

MA Sanzhen DAI Zhiguo CAI Guocheng FAN Tao

Abstract： The mass rate and base rate of open pit blasting are two important indexes to measure the quality of blasting. However， due to the influence of environmental conditions， geological structure， lithologic composition， blasting parameters and technology， construction and management and other factors， it often fails to reach the ideal blasting effect. After blasting， it is unavoidable to raise a large area of large areas， roots and even the bottom floor. Based on this， this paper mainly discussed the causes and the reasons for the big blocks， and then put forward the corresponding countermeasures to prevent the bulk and the roots.

Keywords： an open-air blasting；rock roots； large blocks

穿孔爆破是露天采場(chǎng)生產(chǎn)的第一道工序。爆破的目的是為采場(chǎng)后期鏟裝、運(yùn)輸和破碎等工藝環(huán)節(jié)提供最佳的爆堆尺寸和塊度，直接影響礦山生產(chǎn)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的完成。評(píng)價(jià)爆破質(zhì)量的2項(xiàng)重要指標(biāo)是大塊率和根底率。然而，由于環(huán)境條件、巖性變化、地質(zhì)構(gòu)造、爆破技術(shù)、爆破參數(shù)和施工與管理等客觀因素的存在，爆破質(zhì)量無(wú)法達(dá)到預(yù)期設(shè)想的效果，爆破后會(huì)產(chǎn)生部分大塊、根底甚至底板抬高（二層臺(tái)）等問(wèn)題，對(duì)后期鏟裝作業(yè)帶來(lái)影響，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)采裝設(shè)備的磨損[1，2]。某露天金屬礦山采用中深孔臺(tái)階式爆破開(kāi)采，每一臺(tái)階高度為10m，穿孔設(shè)備使用的是CS165E潛孔鉆機(jī)。炮孔裝藥方式為底部連續(xù)柱狀裝藥，上部采用巖粉進(jìn)行炮孔充填。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期爆破施工發(fā)現(xiàn)，特殊地質(zhì)環(huán)境條件下爆破后出現(xiàn)大塊和巖根的可能性很大，通過(guò)調(diào)整爆破設(shè)計(jì)參數(shù)和施工組織方式可以減少大塊和巖根但不能避免[3-5]。因此，探索預(yù)防大塊及根底產(chǎn)生的對(duì)策顯得尤為迫切。

1 爆破過(guò)程中產(chǎn)生根底及大塊的現(xiàn)狀

在實(shí)際生產(chǎn)中，因地質(zhì)構(gòu)造、巖性變化、環(huán)境條件、爆破參數(shù)與技術(shù)和施工與管理等因素的影響，爆破質(zhì)量無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果，爆破后會(huì)不可避免地產(chǎn)生大塊、根底甚至底板抬高（二層臺(tái)）等問(wèn)題，給下一次施工帶來(lái)不便，影響鏟裝作業(yè)，導(dǎo)致設(shè)備磨損。某露天金屬礦山采用中深孔臺(tái)階式爆破開(kāi)采，每一臺(tái)階高度為10m，穿孔設(shè)備使用的是CS165E潛孔鉆機(jī)。炮孔裝藥方式為底部連續(xù)柱狀裝藥，上部采用巖粉進(jìn)行炮孔充填。長(zhǎng)期的爆破施工發(fā)現(xiàn)，特殊地質(zhì)環(huán)境條件下爆破后出現(xiàn)大塊和巖根（見(jiàn)圖1）的可能性較大，通過(guò)調(diào)整爆破設(shè)計(jì)參數(shù)和施工組織方式可以減少但不能避免。目前，巖根孔裝藥填塞方式采用和主爆區(qū)一樣的方法，但主爆區(qū)炮孔為垂直孔、深度大，巖根孔多為傾斜孔布置且深度較淺。采用同樣的方式進(jìn)行裝藥與填塞，不僅浪費(fèi)人力，且效率低、裝填效果差。因此，探索預(yù)防大塊及根底產(chǎn)生的對(duì)策顯得尤為迫切。

2 產(chǎn)生根底及大塊的原因

2.1 巖石可爆性差

巖石可爆性指巖石抵抗炸藥爆破破碎的難易程度的性能。其是巖石物理力學(xué)性質(zhì)和地質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)炸藥、爆破參數(shù)和工藝等因素在爆破過(guò)程中的綜合表現(xiàn)，影響后續(xù)的爆破效果。影響巖石爆破性的內(nèi)在因素是巖石本身的物理力學(xué)性質(zhì)，外在因素是炸藥性質(zhì)、爆破工藝等。前者取決于巖石的地質(zhì)生成條件、礦物成分、結(jié)構(gòu)和后期的地質(zhì)構(gòu)造，表現(xiàn)為巖石密度、孔隙性、碎脹性、彈性、塑性、脆性和巖石強(qiáng)度等物理力學(xué)性質(zhì)；后者則取決于炸藥類型、藥包形式和重量、裝藥結(jié)構(gòu)、起爆方式和間隔時(shí)間、最小抵抗線與自由面的大小、數(shù)量、方向及自由面與藥包的相對(duì)位置等。巖石本身的物理力學(xué)性質(zhì)是最主要的影響因素。炸藥爆炸對(duì)巖石的爆破作用主要有兩個(gè)方面：一是克服巖石顆粒之間的內(nèi)聚力，使巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)破裂，產(chǎn)生新鮮斷裂面；二是使巖石原生的、次生的裂隙擴(kuò)張而破壞。前者取決于巖石本身的堅(jiān)固程度；后者則受巖石裂隙性所控制。因此，巖石的堅(jiān)固性和巖石的裂隙性是影響巖石爆破性最根本的影響因素。

2.2 局部巖石存在差異

同一區(qū)域分布2種以上礦巖，礦巖交互出現(xiàn)，可爆性存在差異，但孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)未根據(jù)巖石差異變化，造成可爆性差的區(qū)域炮孔裝藥不足，使得抵抗線不均勻，爆破作用方向發(fā)生變化，爆破后對(duì)巖石的爆破作用不夠，從而留下大塊及根底。

2.3 孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)不當(dāng)

露天采場(chǎng)臺(tái)階的坡面一般是凹凸不平的。根底的產(chǎn)生取決于底盤抵抗線Wd，礦巖破碎程度取決于平均抵抗線Wa，爆破安全性取決于最小抵抗線Wm。進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)時(shí)，前排孔設(shè)計(jì)要遵循Wd、Wm和Wa三個(gè)指標(biāo)相對(duì)均衡的原則。進(jìn)行后排孔設(shè)計(jì)時(shí)，要注意孔網(wǎng)參數(shù)不能過(guò)大或過(guò)小，保證孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性。

2.4 裝藥結(jié)構(gòu)不合理

炮孔裝藥高度小是臺(tái)階上部產(chǎn)生大塊的主要原因。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，炮孔采用連續(xù)柱狀裝藥結(jié)構(gòu)，斜孔爆破效果優(yōu)于直孔爆破。因此，可以調(diào)整炮孔裝藥結(jié)構(gòu)，使炮孔分上下兩段進(jìn)行藥柱裝填，中間采用空氣或惰性物質(zhì)進(jìn)行間隔處理，在保持炸藥單耗不發(fā)生改變的情況下，提高裝藥高度，增大上部爆炸能量，達(dá)到減少大塊產(chǎn)生的目的。

2.5 炮孔成孔差

穿孔質(zhì)量不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，個(gè)別炮孔孔位有偏差，導(dǎo)致孔網(wǎng)參數(shù)不均衡。此外，爆區(qū)炮孔超深變化大，導(dǎo)致爆破效果差。炮孔成孔后，孔口防護(hù)措施不到位，由于外界作用導(dǎo)致孔口巖渣掉落至孔內(nèi)及孔壁發(fā)生塌落使炮孔深度減小，導(dǎo)致炮孔抵抗線發(fā)生變化，使得爆破后巖體破碎不均衡，產(chǎn)生大塊和根底。

2.6 其他原因

2.6.1 巖體中裂隙發(fā)育程度及巖層間節(jié)理方向的影響。露天爆破由于受上部臺(tái)階超鉆作用、前部臺(tái)階爆破后沖及鄰近爆破的震動(dòng)作用，爆破后的巖體大部分為塊狀結(jié)構(gòu)，因此，爆破后產(chǎn)生的巖體一般是沿著原來(lái)的裂隙和節(jié)理發(fā)生破碎的，臺(tái)階上部巖體這種現(xiàn)象最為明顯。研究表明，帶有新鮮破裂面的大塊僅占大塊總數(shù)的3%～5%。當(dāng)臺(tái)階坡面與巖層走向?yàn)樾苯换蚴谴怪睍r(shí)，巖層裂隙對(duì)爆破后大塊、根底產(chǎn)生的影響更明顯。

2.6.2 地質(zhì)斷層的影響。斷層是普遍存在的。斷層的存在，第一，使單孔負(fù)擔(dān)面積發(fā)生變化，改變了抵抗線的大??；第二，對(duì)裝藥孔而言，其能起到泄能的作用，從而導(dǎo)致巖體破碎不理想，電鏟挖掘困難，易于形成擋墻、根底等問(wèn)題。

3 預(yù)防大塊及根底產(chǎn)生的對(duì)策

3.1 采用大孔距、小抵抗線的爆破方法

采用大孔距、小抵抗線的方法對(duì)降低大塊及根底具有顯著的效果，其原理主要表現(xiàn)在3方面。第一，大孔距、小抵抗線的爆破方式能使爆破產(chǎn)生的反射拉力作用大大增強(qiáng)，對(duì)巖石破碎程度與裂隙網(wǎng)絡(luò)形成具有重要作用。第二，大孔距、小抵抗線的爆破方法能使爆炸氣體的推力作用大大增強(qiáng)，爆炸產(chǎn)生的爆炸氣體在向裂隙延伸的過(guò)程中，抵抗線越小，氣體膨脹能就越小，作用于巖石破碎的爆炸能就越大，爆破大塊率就越小。第三，炸藥在炮孔中爆炸產(chǎn)生的爆炸能使巖石以炮孔為中心，形成放射狀裂隙。當(dāng)處于大孔距小抵抗線狀態(tài)下時(shí)，爆炸產(chǎn)生的反射能量增強(qiáng)，有利于長(zhǎng)裂隙的形成與發(fā)展，同時(shí)較大的孔距減弱了應(yīng)力釋放，徑向裂隙得到充分發(fā)育。

3.2 采用微差爆破

在露天爆破中，采用微差爆破可以形成新的自由面，應(yīng)力波疊加可以增強(qiáng)巖石的破碎作用。爆破自由面越多，爆破的效果越好，爆破大塊率就越小。前一排炮孔爆破時(shí)，爆炸能將巖石推向開(kāi)挖方向，從而為之后的排炮孔形成新的自由面，減輕爆破阻力，以此類推，形成良好的爆破效果。

3.3 選擇合理的炸藥單耗和裝藥結(jié)構(gòu)

炸藥單耗是控制爆破效果的重要參數(shù)，當(dāng)炸藥單耗較小時(shí)，爆炸能量較小，對(duì)巖石的破碎作用較小，容易形成爆破后塊度大、留根底的現(xiàn)象；當(dāng)炸藥單耗較大時(shí)，產(chǎn)生的爆炸能量較大，作用范圍也大，容易造成飛石等危險(xiǎn)。裝藥結(jié)構(gòu)可采用間隔裝藥結(jié)構(gòu)，把炸藥分成數(shù)段進(jìn)行裝填，使炸藥的爆炸能量均勻地作用于巖石中。

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，巖根及大塊的產(chǎn)生不僅會(huì)影響后續(xù)鏟裝效率，而且會(huì)給下次臺(tái)階爆破帶來(lái)影響。所以，要做好地質(zhì)勘探工作，根據(jù)不同區(qū)域巖石特性進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)，減少爆破后根底的產(chǎn)生，從而達(dá)到最優(yōu)的爆破效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]林德余.礦山爆破工程[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1993.

[2]中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)工程爆破專業(yè)委員會(huì).爆破工程[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1992.

[3]裴峰.降低爆破大塊及根底的技術(shù)措施[J].礦業(yè)快報(bào)，2000（16）：9-11.

[4]稅承慧.露天爆破中產(chǎn)生大塊和根底的原因及對(duì)策[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2003（3）：11-13.

[5]李永強(qiáng)，許利生.淺析露天礦爆破大塊和根底產(chǎn)生的原因及對(duì)策[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2006（9）：46-48.