光面爆破在露天煤礦中的應(yīng)用

徐儉明

摘 要：在新疆宜化露天煤礦深孔梯段爆破中，針對(duì)開挖區(qū)域巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，完整性差及工程要求進(jìn)行深孔臨界光面爆破控制技術(shù)及爆破施工工藝的方法。

關(guān)鍵詞：爆破技術(shù)；光面爆破；臨界邊坡

1 光面爆破成縫機(jī)理

現(xiàn)有的光面爆破機(jī)理主要有：應(yīng)力波疊加干擾理論、爆生氣體準(zhǔn)靜壓力作用理論、應(yīng)力波和爆生氣體綜合作用理論。前兩種理論都存在一定的片面性，第三種理論較為科學(xué)地解釋光面爆破現(xiàn)象，與工程實(shí)際較為吻合。

2 工程慨況

新疆宜化礦業(yè)有限公司宜化露天煤礦隸屬新疆準(zhǔn)格爾盆地吉木薩爾縣城北98km，屬吉木薩爾縣管轄.南北長(zhǎng)1.5km，東西寬1.0km，面積約1.5k㎡。礦區(qū)位于古爾班通古特沙漠南緣，地勢(shì)平坦、開闊，為卡拉麥里西南山前戈壁荒漠地帶，地表無(wú)常年水流，屬大陸干旱荒漠氣候。

露天礦內(nèi)的賦煤地層為侏羅系西山窯組地層，其巖性主要以泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等細(xì)顆粒狀的巖性為主，局部夾有中、粗砂巖及煤層。剝離物強(qiáng)度不均一，節(jié)理裂隙較發(fā)育，為此在保證現(xiàn)有反鏟設(shè)備硬挖時(shí)，不能保證剝離量的同時(shí)，必須進(jìn)行爆破開挖，故采用先進(jìn)的控制爆破技術(shù)進(jìn)行施工。

3 工程實(shí)例分析

因地表沿煤層走向已形成南北長(zhǎng)約2.0km，沿煤層傾向東西寬約1.0km，開采垂深約120m。前期南北二個(gè)端幫都沒有達(dá)到設(shè)計(jì)邊界，按計(jì)劃今年將完成二個(gè)端幫的到界工作，其中：到界臺(tái)階南端幫8個(gè)，北端幫7個(gè)，南端幫的服務(wù)年達(dá)到10年以上，且南北二個(gè)端幫都布置有運(yùn)輸系統(tǒng)，必須提前考慮南北二個(gè)端幫的邊坡穩(wěn)定。所以臨近邊坡爆破工作是影響邊坡穩(wěn)定性的最直接的因素，為達(dá)到邊坡穩(wěn)定的目的，我們采用光面爆破和深孔逐孔爆破技術(shù)相結(jié)合的方法，對(duì)到界邊坡實(shí)施控制爆破技術(shù)。

4 控制爆破的選擇

①定義：沿邊坡線按照設(shè)計(jì)的邊坡高度、坡度采用控制爆破技術(shù)進(jìn)行邊坡開挖方法，邊坡控制爆破是維護(hù)邊坡穩(wěn)定的重要技術(shù)措施，其基本方法有光面爆破和預(yù)裂爆破。

②地質(zhì)條件適應(yīng)性

光面爆破和預(yù)裂爆破廣泛用于堅(jiān)硬和完整的巖體中，效果明顯；在不均質(zhì)和構(gòu)造發(fā)育巖體中，采用光面爆破效果雖然不明顯，但它可減輕對(duì)保留巖體破壞，減少超欠挖，有利于邊坡穩(wěn)定。

③爆破方法適應(yīng)性

光面爆破和預(yù)裂爆破適應(yīng)于孔深大于1.0的淺孔爆破，露天及地下深孔爆破。

④工程適應(yīng)性

光面爆破和預(yù)裂爆破適應(yīng)于鐵路、公路、水利、礦山、場(chǎng)平等石方邊坡開挖工程。

5 爆破參數(shù)

在進(jìn)行光面爆破設(shè)計(jì)時(shí)，主要設(shè)計(jì)參數(shù)有：裝藥結(jié)構(gòu)與不耦合系數(shù)、孔距、最小低抗線、裝藥集中度等。

宜化露天煤礦設(shè)計(jì)臺(tái)階高度為15m，鉆孔直徑（90mm、115mm、140mm）從爆破成本、勞動(dòng)力強(qiáng)度及巖石破碎成度（平均度和大塊標(biāo)準(zhǔn)）等方面綜合考慮，最優(yōu)參數(shù)選取140mm作為指導(dǎo)鉆孔孔徑。

在進(jìn)行常規(guī)深孔臺(tái)階爆破后，按設(shè)計(jì)要求留行車道15—20m爆區(qū)進(jìn)行到界處理，光面孔距設(shè)計(jì)開挖線1.0m—1.5m，預(yù)留1.5m保護(hù)層，爆破時(shí)適度加大光爆孔的線裝藥密度，在實(shí)際裝藥過程中，應(yīng)根據(jù)不同裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。

利用炸藥能量產(chǎn)生應(yīng)力波的作用過程和高壓氣體的作用，產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力超過巖石的抗拉強(qiáng)度而使巖石破裂，最后由液壓反鏟挖掘機(jī)清涮掉保護(hù)層處的巖石，以形成光滑平整的坡面。

①、鉆孔直徑D=140mm

為達(dá)到降本增效理念和現(xiàn)有設(shè)備利用率，光爆孔的孔徑選用140mm。

②、炮孔間距a光=2.5m

光爆孔間距的選取應(yīng)考慮炮孔直徑、巖石性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造等多種因素的影響，目前國(guó)內(nèi)光面爆破中一般采用經(jīng)驗(yàn)公式a光=KD或W光=k1a光計(jì)算系數(shù)。

宜化露天煤礦的巖層基本屬于軟巖性質(zhì)，

巖石堅(jiān)固系數(shù)取f=6—12。

m為炮孔密集系數(shù)，一般取m=0.6—0.8；

這里a光取2.5m；

③、最小抵抗線W光=2.0m

光面爆破的最小抵抗線是影響光面爆破效果的關(guān)鍵參數(shù)之一，對(duì)于軟巖而言，必須保證一定的光爆層厚度才能避免主爆孔及緩沖孔對(duì)坡面的破壞。

通常情況下，W光=（1.2-1.8）a光，在軟巖中主爆孔及緩沖孔對(duì)光爆層的影響較大，k—計(jì)算系數(shù)，一般取k=15—25，軟巖應(yīng)取大值，硬巖取小值。

k1—計(jì)算系數(shù)，一般取k1=1.5—2.0，孔徑大取小值，反之取大值。

取W光=2.0m。

④、線裝藥密度q光

線裝藥密度是最重要的光面爆破參數(shù)之一，其值選取的合理與否直接關(guān)系著光面爆破效果。光爆孔在爆后是否能形成半孔，主要與巖石的極限抗壓強(qiáng)度有關(guān)，所以對(duì)于軟巖q光應(yīng)適當(dāng)減小。

線裝藥密度可由公式q光=K光·a光·W光

經(jīng)計(jì)算q光=300g/m。

⑤、孔底加強(qiáng)藥q底

為了克服光爆孔底部的夾制作用，底部必須加大藥量，光爆孔越深?yuàn)A制作用越強(qiáng)，加強(qiáng)藥越多，設(shè)置加強(qiáng)藥高度越高。

一般情況下，q底=（1.2—3.0）q光，這里取900g，高度為0.4m。

⑥、減弱裝藥段

因?yàn)楣獗椎捻敳坑凶杂擅娲嬖?，藥包爆炸后?huì)應(yīng)力波會(huì)在自由面處產(chǎn)生反射拉伸作用，孔口部位的巖石會(huì)遭到破壞，甚至形成爆破漏斗，因此在光爆孔的孔口一定范圍內(nèi)應(yīng)設(shè)置頂部為減弱裝藥和填塞段，以保護(hù)孔口緩沖及爆破飛石等現(xiàn)象。對(duì)于減弱裝藥段，這里取1.0 m。

⑦、填塞段

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，這里取2.0m。

⑧、起爆時(shí)間間隔Δt，ms

光爆孔是隨主爆破孔一起構(gòu)成同一爆區(qū)，光爆孔滯后于主爆破起爆，其起爆間隔時(shí)間Δt的選取是否合理直接影響爆破效果。根據(jù)以往爆破實(shí)踐，一次分段延期起爆法：這里取最大毫秒延期Δt=600ms為宜。

6 施工工藝要求

①、前期測(cè)量放樣

用RTK技術(shù)將設(shè)計(jì)開挖邊線在實(shí)地中標(biāo)示出來(lái)，并將該線的相關(guān)坐標(biāo)存檔，以作為爆后效果評(píng)價(jià)的依據(jù)。

②、爆破工作面的平整

因光爆孔對(duì)鉆孔精度要求較高，被爆體要求平整無(wú)浮渣，目的便于鉆孔角度的調(diào)整與穩(wěn)定，清理浮渣也是為了控制爆破飛石等安全隱患。

③、鉆孔工藝

精確鉆孔是保證光面爆破質(zhì)量的關(guān)鍵，鉆孔不僅要按孔對(duì)位，并且要使炮孔都鉆在一條設(shè)計(jì)開挖線上。使用CM351型鉆機(jī)穿孔時(shí)應(yīng)做到如下幾點(diǎn)：

A、每臺(tái)鉆機(jī)應(yīng)配備坡度尺，開口前應(yīng)調(diào)好角度，使鉆臂傾斜角度與光爆孔的設(shè)計(jì)角度一致。

B、鉆孔過程中應(yīng)隨時(shí)關(guān)注巖層變化情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)角度偏差及時(shí)修正。

C、夜間鉆孔時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)帶班人員應(yīng)對(duì)鉆孔質(zhì)量隨時(shí)檢查，發(fā)現(xiàn)不合格炮孔及時(shí)處理。

④、裝藥結(jié)構(gòu)

光爆孔的裝藥采用不耦合裝藥，一般每孔藥量為0.1—1.5kg/m，由于孔底巖石的巖石夾制作用大，為確保光爆預(yù)裂貫通到孔底，在孔底1—2 m長(zhǎng)度上，適當(dāng)加強(qiáng)裝藥。當(dāng)孔深大于10 m時(shí)，每米裝藥量加大3—5倍。采用導(dǎo)爆索網(wǎng)路傳爆，一是將炸藥裝填于一定直徑的硬塑料管內(nèi)裝藥，在全管內(nèi)裝入一根導(dǎo)爆索，導(dǎo)爆索大于孔深1.0m；二是將藥卷與導(dǎo)爆索綁在一起再綁在竹片上，形成藥串，著光爆孔的軸線方向均勻合理布局。

7 爆破效果

從實(shí)際應(yīng)用情況看，光面爆破取得了良好的爆破效果，半孔率達(dá)60%以上，邊幫無(wú)明顯的超欠挖現(xiàn)象，周邊光面爆破成型質(zhì)量較高，只是在部分土夾層部位半孔處有細(xì)小裂縫。

8 結(jié) 語(yǔ)

通過分析及工程實(shí)踐應(yīng)用圖，可知：相鄰光爆孔爆炸產(chǎn)生的應(yīng)力波疊加致使其間的巖石破碎而形成沿炮孔型的光面，在以軟巖為主，巖層裂隙較發(fā)育的到界臺(tái)階爆破，光面控制爆破避免了到界臺(tái)階邊緣裂隙擴(kuò)大和產(chǎn)生新的裂縫，維護(hù)了圍巖原有的穩(wěn)定性，通過剝離施工設(shè)備的配合作業(yè)，也能夠獲得較平整的到界邊坡坡面，提高了到界邊坡的穩(wěn)定性。