預(yù)裂爆破技術(shù)在最終邊坡陡幫臺(tái)階中的應(yīng)用

張坤 鄒虎誠

摘 ? 要：在深凹陡幫采剝工藝的露天礦高臺(tái)價(jià)爆破開采工作當(dāng)中，經(jīng)常會(huì)運(yùn)用深孔爆破的方式來進(jìn)行操作，在爆破完成之后很容易產(chǎn)生后拉裂縫及邊坡不平整等相關(guān)問題，并且由于安全平臺(tái)的存在，很難通過人工的方式進(jìn)行處理和修護(hù)，對深部作業(yè)人員以及相關(guān)機(jī)械設(shè)備都形成了較大的安全隱患，同時(shí)也無法準(zhǔn)確控制露天采場最終境界的位置。基于此，本文重點(diǎn)針對預(yù)裂爆破技術(shù)在露天最終邊坡陡幫臺(tái)階當(dāng)中的具體應(yīng)用展開了分析和研究。

關(guān)鍵詞：高臺(tái)階 ?預(yù)裂爆破 ?安全開采 ?最終境界

中圖分類號(hào)：TD164 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）10（b）-0012-02

由于受礦體賦存空間的限制，部分深凹露天礦最終邊坡提前揭露，為確保露天三級(jí)礦量保有期合理、均衡，部分露天采坑內(nèi)運(yùn)輸坑線也緊鄰最終邊坡設(shè)計(jì)布置。隨著露天采剝工作深度的不斷延深，在整個(gè)工作和服務(wù)周期內(nèi)，高陡邊坡將慢慢受露天采坑的不斷擴(kuò)展進(jìn)而會(huì)出現(xiàn)已揭露的最終邊坡不穩(wěn)定因素逐步增加。故此，如何保證整個(gè)露天安全開采工作的正常穩(wěn)定進(jìn)行，對邊坡防治工作的管理就屬于一項(xiàng)長期性的工作類型。做到使整個(gè)邊坡的表面光滑和平整，可有效降低臨時(shí)條件所產(chǎn)生的破壞性問題，同時(shí)還降低了爆破震動(dòng)所產(chǎn)生的寬度以及深度大小的影響，對提高整個(gè)邊坡的安全性和穩(wěn)定性有著重要的保障。

1 ?工程概況

本文主要針對我國某地區(qū)一處有色金屬礦床進(jìn)行了分析和研究。該礦組成邊坡的巖性主要有矽卡巖、花崗巖和大理巖等，巖石強(qiáng)度高，巖石質(zhì)量好，巖體穩(wěn)固性好，地層總體北傾，產(chǎn)狀10°-20°<20°-50°。礦床賦存于二長花崗巖與碳酸鹽巖接觸的矽卡巖中。探明的主礦體有兩支;礦體產(chǎn)狀1°～22°之間。傾向與地層基本接近，為北東傾。礦體上盤受斷裂帶控制，同時(shí)上盤圍巖蝕變嚴(yán)重，其余區(qū)域無大斷裂直接穿過，圍巖及礦體裂隙均不發(fā)育。該礦山對資源的回采利用分為兩期，第一期對近地表礦脈設(shè)計(jì)采用露天陡幫采剝工藝，第二期對埋藏相對深的設(shè)計(jì)采用地下開采方式。其中第一期根據(jù)礦體圍巖相對穩(wěn)固，本著減少剝采比，設(shè)計(jì)采用了陡幫剝離工藝。該礦區(qū)露天運(yùn)輸坑線設(shè)計(jì)為螺旋坑線布置方式，臺(tái)階坡面角65°～70°。在對硬度較大圍巖剝離爆破作業(yè)時(shí)，設(shè)計(jì)炸藥單耗較高（0.75m3/m3），造成臺(tái)階邊坡不平整，浮石多;在近礦體區(qū)域因蝕變嚴(yán)重，穩(wěn)固性差，爆破時(shí)炸藥控制不好，也對臺(tái)階邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。為此，該礦在爆破工作中選擇采用預(yù)裂爆破技術(shù)控制最終邊坡的表面光滑和平整中的應(yīng)用取得了明顯的效果，有效地提高了整個(gè)邊坡的安全性和穩(wěn)定性[1]。

2 ?控爆方案選擇

預(yù)裂爆破：在進(jìn)行土石方開挖時(shí)，在主爆區(qū)爆破之前沿設(shè)計(jì)輪廓先預(yù)先爆出一條具有一定寬度的貫穿裂縫。用以緩沖、反射爆破的振動(dòng)波，控制爆破對保留巖體的破壞影響，使之獲得較平整的開挖輪廓;

光面爆破：通過正確地選擇爆破參數(shù)和合理的施工方法，分區(qū)分段微差爆破，達(dá)到爆破后輪廓線符合設(shè)計(jì)要求，臨空面平整規(guī)則的一種控制爆破技術(shù)。

（1）該凹陷露天礦床最高開采深度超過170m，臺(tái)階高度12m（并段區(qū)域24m），安全平臺(tái)寬度3m，清掃平臺(tái)寬度8m，剝離作業(yè)時(shí)使用陡幫工藝操作。在兩種方案當(dāng)中都選擇的是不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，為了有效保證爆破質(zhì)量，事先進(jìn)行不耦合裝藥長度測試，通過實(shí)驗(yàn)分析認(rèn)為不符合裝藥長度不能超過24m，同時(shí)過深的裝藥方式很難對整個(gè)爆破效果起到良好的保障。因此，并段臺(tái)階區(qū)域，采用先對上部12m臺(tái)階進(jìn)行預(yù)裂爆破施工，在形成預(yù)裂半孔壁面后，再對靠近臺(tái)階坡底線處進(jìn)行第二次12m的預(yù)裂炮孔進(jìn)行鉆孔、爆破施工，從而形成24m的并段臺(tái)階。如果直接采用24m預(yù)裂深孔爆破，會(huì)直接造成屏蔽內(nèi)部的峰值壓力過大，對孔壁的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，進(jìn)而達(dá)不到爆破的最終效果[2]。

（2）由定義而言，預(yù)裂一般用于露天爆破，光爆一般用于巷道爆破。且光爆孔秉承多打孔、少裝藥原則爆破，孔徑較預(yù)裂爆破要小，一般為50mm。預(yù)裂爆破會(huì)在開挖線貫穿一條爆破裂縫，已達(dá)到緩沖、反射作用，炮孔直徑可在50～200mm之間選擇，本露天采場屬于深孔，所以在炮孔直徑選擇上宜采用孔徑較大的炮孔。

綜上，考慮本露天采場巖石硬度較大、炮孔較深。宜采用大孔徑預(yù)裂爆破。

3 ?預(yù)裂爆破原理

預(yù)裂爆破孔只是保證巖石會(huì)沿著預(yù)定的軌跡來進(jìn)行滑落，主要破碎過程來自前排的緩沖孔、主爆孔?？刂凭彌_孔、主爆孔在爆破時(shí)不會(huì)對設(shè)計(jì)開挖輪廓造成破壞，才是預(yù)裂孔最主要的作用。在爆破過程當(dāng)中的主要原理是在炸藥的爆炸瞬間形成較大的沖擊力作用，同時(shí)在炮口內(nèi)部會(huì)形成相應(yīng)的初始裂紋，在高溫高壓以及強(qiáng)大的爆炸性氣體的沖擊作用下，炮孔的內(nèi)部連心線會(huì)形成一種貫通性縫隙，以降低炸藥在爆炸過程當(dāng)中所產(chǎn)生的沖擊力大小，讓炮孔的周圍不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的壓碎區(qū)域，使得爆破沖擊過程中，巖石會(huì)沿著一定的軌跡直接滑落到巖石底部，有效防止了落石對周圍掩體條件產(chǎn)生不良的破壞作用。

3.1 布孔方式、起爆時(shí)差與鉆孔形式

爆破區(qū)的炮孔分布分為主爆孔、緩沖孔、預(yù)裂孔三種形式（見圖1），主爆孔可依照三角形的設(shè)置結(jié)構(gòu)來進(jìn)行滾動(dòng)設(shè)定，預(yù)裂孔在整個(gè)輪廓線上符合相關(guān)的規(guī)定要求，然后在前排的緩沖孔、主爆孔當(dāng)中參數(shù)來進(jìn)行有效的調(diào)整，聯(lián)網(wǎng)方式以預(yù)裂孔先于緩沖孔100ms左右（針對本露天采場巖石硬度得出的經(jīng)驗(yàn)值）起爆為原則進(jìn)行實(shí)際聯(lián)網(wǎng);也可以按成排的梅花形炮孔設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)布設(shè)，起爆時(shí)差在毫秒管不同段位內(nèi)選用，起爆時(shí)差原則上不是倍數(shù)關(guān)系，以防后響段位因共振造成提前起爆。

為確保爆破后臺(tái)階坡面角達(dá)到設(shè)計(jì)要求的65～70°，對并段臺(tái)階區(qū)域，炮孔設(shè)計(jì)傾角不小于70°，因?yàn)榻?jīng)過實(shí)驗(yàn)分析得出，在炮孔深度超12～24m這種形式下，炮洞的成孔效率相對較低，同時(shí)鉆桿也很容易受小斷裂或不同巖性層位影響產(chǎn)生扭斷等不良問題。

3.2 孔網(wǎng)參數(shù)選取

主爆孔的孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)定為4×6m，依照地形的不同來做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。預(yù)裂孔與緩沖孔抵抗線應(yīng)為主爆孔排距的一半左右（取2.5m），預(yù)裂孔孔距為炮孔直徑的8～12倍（取1.2m），穿孔設(shè)備選用KT-15潛孔鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，成孔直徑大小為120mm，炮孔角度為70°。

為實(shí)現(xiàn)爆孔所預(yù)留下的半孔痕跡明顯，爆區(qū)后坡面表面比較平整，該礦山先期對光爆孔采用間隔裝方式，用80mm直徑的乳化藥，在12m臺(tái)階高度試驗(yàn)，先裝4m深的炸藥，充填3m深巖粉，再將3m深的炸藥，充填3m深巖粉，裝藥耦合系數(shù)52.89%，裝藥密度值達(dá)到1.62kg/m，爆破后效果不是太好，炮孔所沒預(yù)留下半孔痕跡，坡面也不平整，主要原因是預(yù)裂孔藥量過大，降震效果不明顯;后期采用不耦合不連續(xù)裝藥方式，用32mm直徑的乳化藥，在12m臺(tái)階高度試驗(yàn)，先在底部裝9kg加強(qiáng)藥，以抵抗下部的壓制作用，然后再用32mm乳化藥間隔地綁在竹片或PVC管上，孔口充填2.5m深巖粉，裝藥耦合系數(shù)8.46%，裝藥密度值達(dá)到0.519kg/m，預(yù)裂孔先于緩沖孔提前100ms起爆;由于本次爆破線裝藥密度明顯降低，且預(yù)裂面先于主爆孔爆破前形成，形成了預(yù)裂縫，緩沖和反射了前排爆破能量。所以爆破后效果明顯，爆孔預(yù)留下了半孔痕跡，整個(gè)后坡面比較平整、光滑。

4 ?結(jié)語

該高原露天礦山通過上述預(yù)裂爆破技術(shù)在陡臺(tái)價(jià)最終邊坡當(dāng)中的應(yīng)用，有效地提高了露天采區(qū)終了邊坡坡面角的平整度、光滑度，解決了露天采坑下部運(yùn)輸坑線不受上部臺(tái)階因爆破效果不好，坡面易產(chǎn)生浮石墜落傷人的問題，為后續(xù)的開采工作打下了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 譚榮和，劉福春，楊光毅，等.某露天采選工程（一期）初步設(shè)計(jì)說明書[Z].長沙有色冶金設(shè)計(jì)院，2018.

[2] 梁瑞，俞瑞利，周文海，等.基于LS-DYNA模擬的準(zhǔn)直眼掏槽爆破技術(shù)研究[J].有色金屬工程，2019，9（8）：101-107.