露天石灰石礦山邊坡爆破優(yōu)化措施

宋耀東，青仕海，張 橋，楊 斗

(四川中鼎爆破工程有限公司， 四川 成都 610041)

0 引 言

遵義三岔礦是一座年生產(chǎn)200萬(wàn)t的露天石灰石礦山，礦區(qū)地處大婁山脈南坡，地形屬巖溶丘陵洼地和槽谷地貌，以中低山、丘陵為主。礦山由近南西至北東向展布的山脈組成。區(qū)內(nèi)海拔在881.6～1052.5 m間，最大高差為170.9 m。

礦區(qū)內(nèi)礦體巖性為厚層狀粉晶灰?guī)r、中厚層狀泥粉晶生物碎屑灰?guī)r，主要礦物為方解石，礦體內(nèi)無(wú)軟弱夾層及軟弱結(jié)構(gòu)面存在，節(jié)理裂隙弱發(fā)育。巖石的抗風(fēng)化能力強(qiáng)，工程地質(zhì)巖組屬于穩(wěn)定性較好的塊狀中硬巖組。

開(kāi)采礦體無(wú)軟弱結(jié)構(gòu)面和軟弱夾層，除少量覆蓋外，礦體絕大部分裸露于地表，礦床采用露天臺(tái)階式開(kāi)采，根據(jù)礦石的抗壓強(qiáng)度測(cè)試，平均抗壓強(qiáng)度107.75 MPa，礦體巖石為穩(wěn)定性較好的塊狀中硬巖組。

2014至2016年，在開(kāi)采過(guò)程中主要遇到以下幾點(diǎn)問(wèn)題：

（1）靠近采區(qū)邊緣原始地形爆破之后存在高邊坡。

（2）靠近原始地形爆破之后底部根底較多。

（3）殘留的高邊坡后期鉆機(jī)無(wú)法在頂部進(jìn)行作業(yè)，只能在底部垂直穿孔進(jìn)行爆破，爆破效果差、爆破飛石嚴(yán)重。

1 爆破控制

1.1 建立評(píng)價(jià)體系

爆破作業(yè)的目的是通過(guò)炸藥做功將礦體爆破成生產(chǎn)活動(dòng)需要的礦石，在爆破作業(yè)環(huán)節(jié)中，對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)，根據(jù)所關(guān)注的權(quán)重大小，主要關(guān)系有三大方面：

（1） 爆破安全。爆破作業(yè)是能量釋放轉(zhuǎn)移的過(guò)程，炸藥爆破瞬間具有大量的能量釋放，根據(jù)能量意外釋放理論，事故是一種不正常的或不希望的能量釋放。在爆破作業(yè)中，當(dāng)炸藥沒(méi)有按照設(shè)定好的方式釋放就會(huì)造成事故，對(duì)人員及財(cái)產(chǎn)造成巨大的損失。所以，爆破安全是設(shè)定的第一個(gè)指標(biāo)，結(jié)合該礦山礦群關(guān)系與生產(chǎn)環(huán)境，主要有爆破震動(dòng)和爆破飛石兩個(gè)指標(biāo)。

（2）爆破質(zhì)量。在確保安全的前提下，還要確保爆破質(zhì)量，結(jié)合該礦山的生產(chǎn)情況和爆破效果的基本評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)于每次爆破質(zhì)量的評(píng)價(jià)主要有：大塊率、根底、易挖性三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（3）經(jīng)濟(jì)成本。在安全質(zhì)量的前提下，成本是爆破作業(yè)必須考慮的因素。當(dāng)單耗過(guò)大會(huì)導(dǎo)致粉礦率增大，浪費(fèi)資源；當(dāng)延米爆破量過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致穿孔成本增加，所以結(jié)合該礦實(shí)際情況主要以單耗進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)。

建立了專門(mén)的爆破評(píng)價(jià)體系圖，詳細(xì)見(jiàn)圖1。

圖1 爆破評(píng)價(jià)體系圖

1.2 安全措施

根據(jù)所關(guān)注的權(quán)重大小，建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)每一項(xiàng)因素（其中B1-B3屬于因素指標(biāo)，C1-C7屬于各因素指標(biāo)的子指標(biāo)）詳細(xì)的進(jìn)行管理，通過(guò)安全技術(shù)措施及管理措施實(shí)現(xiàn)目標(biāo)層（A1為目標(biāo)層）。

1.2.1 爆破安全

1.2.1.1 爆破震動(dòng)

該礦在開(kāi)采初期由于爆破震動(dòng)導(dǎo)致礦群關(guān)系緊張，村民經(jīng)常上礦山阻撓生產(chǎn)。為了能夠定量反應(yīng)出爆破震動(dòng)的實(shí)際大小，研究對(duì)村民區(qū)的影響是否符合國(guó)家規(guī)定，緩解緊張的礦群關(guān)系，采取了以下幾點(diǎn)措施：

（1）技術(shù)上，購(gòu)置了NUBOX-8016測(cè)振儀，對(duì)于每次的爆破進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

（2）管理上，聯(lián)系政府相關(guān)協(xié)調(diào)人員，采取三方協(xié)商解決的辦法，每次安排技術(shù)人員到村民屋進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)量，詳細(xì)的向村民解釋爆破產(chǎn)生震動(dòng)的原因及危害，同時(shí)結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)際數(shù)據(jù)，做好相關(guān)記錄，面對(duì)村民反應(yīng)的震動(dòng)擾民問(wèn)題，積極的配合政府做好各項(xiàng)工作，同時(shí)對(duì)于村民的過(guò)激反應(yīng)，采取接納交流等方法，目前礦群關(guān)系得到良好的改善。

1.2.1.2 爆破飛石

遵義三岔礦山主要的爆破方式為中深孔臺(tái)階爆破，孔徑140 mm，采取逐孔起爆技術(shù)。輔助爆破有淺孔根底及邊坡爆破，其中中深孔臺(tái)階爆破飛石較少，飛石比較嚴(yán)重的是根底及邊坡爆破，為了控制爆破飛石，主要采取了以下幾點(diǎn)措施：

（1）臺(tái)階中深孔充填長(zhǎng)度最小確保4 m，充填材料采用鉆屑，嚴(yán)禁采用巖粉；

（2）加強(qiáng)炮孔檢測(cè)，鉆孔結(jié)束進(jìn)行孔深及孔壁完好測(cè)量，裝藥作業(yè)前進(jìn)行統(tǒng)一測(cè)量，裝最后一包膨化硝銨前進(jìn)行測(cè)量，確保充填長(zhǎng)度；

（3）針對(duì)根底飛石比較嚴(yán)重的情況，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察發(fā)現(xiàn)，根底飛石的主要原因是填塞質(zhì)量不足，爆破作業(yè)人員在根底充填過(guò)程中存在空腔。為了消除這種情況，在管理方面嚴(yán)格要求在淺孔充填過(guò)程中進(jìn)行雙人聯(lián)合作業(yè)，其中一人送充填材料，另一人用炮桿進(jìn)行加密，確保充填密實(shí)。

1.2.2 爆破質(zhì)量

為了確保爆破質(zhì)量的良好，我們建立了質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.2.2.1 大塊

在開(kāi)采過(guò)程中，經(jīng)長(zhǎng)期觀察，大塊產(chǎn)生的主要原因有：

（1）夾層等含泥料吸收爆破能量，導(dǎo)致能量消耗嚴(yán)重，爆破產(chǎn)生大塊；

表1 爆破質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

（2）裝藥高度不足，導(dǎo)致頂部產(chǎn)生較多大塊。

（3）炮孔偏移，局部產(chǎn)生大塊；

主要采取的措施有：

（1）做好測(cè)量工作，充分利用全站儀定位定點(diǎn)功能，針對(duì)夾層等軟巖地址，調(diào)整炸藥品種，采用混合裝藥結(jié)構(gòu)；

（2）三岔礦山中深孔主裝藥為乳化和膨化硝銨，長(zhǎng)期總結(jié)各自裝藥密度，通過(guò)合理的搭配確保裝藥高度，目前采取1件Φ90乳化炸藥結(jié)合3包膨化硝銨，裝藥結(jié)束后，針對(duì)部分孔壁較差的炮孔，上部采用空氣間隔，防止堵塞過(guò)長(zhǎng)；

（3）為了預(yù)防鉆孔偏差過(guò)大，鉆孔作業(yè)采取雙人作業(yè)的方式，制定鉆孔質(zhì)量要求，建立責(zé)任制度。對(duì)于設(shè)計(jì)好的爆區(qū)，將設(shè)計(jì)孔參數(shù)和實(shí)際鉆孔參數(shù)進(jìn)行比較，要求孔位誤差為±50 cm，孔深誤差為±20 cm，鉆孔傾角誤差為±5%；其中一項(xiàng)不合格標(biāo)記本孔位不合格，單個(gè)爆區(qū)，合格率要求為94%。

1.2.2.2 根底

該礦山是一座國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化礦山，對(duì)采臺(tái)的平整度要求嚴(yán)格，要求平整度在±50 cm，為了確保采臺(tái)平整度，主要采取以下幾點(diǎn)措施：

（1）做好挖裝反饋，對(duì)于每一個(gè)爆區(qū)建立相關(guān)的挖裝反饋資料，在爆堆挖裝清理干凈之后，挖機(jī)操作手填寫(xiě)相關(guān)的挖裝反饋表；

（2）布孔之前進(jìn)行地質(zhì)勘查，做好相關(guān)測(cè)量，保證鉆孔位置合理，標(biāo)高明確，孔深明確；

（3）對(duì)于鉆孔作業(yè)進(jìn)行嚴(yán)格管控，鉆孔結(jié)束之后及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)孔，對(duì)于不滿足設(shè)計(jì)要求的鉆孔，及時(shí)進(jìn)行冼孔；

（4）爆破作業(yè)裝藥過(guò)程保證底部藥量充足，確保起爆彈位置在底板處；

（5）當(dāng)爆區(qū)挖裝干凈之后及時(shí)的進(jìn)行相關(guān)測(cè)量，以便形成測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)比分析。

1.2.2.3 易挖性

所謂易挖性的分析，首先建立挖裝標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)挖機(jī)的性能不同，建立正常裝車標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)爆堆挖裝時(shí)間小于正常標(biāo)準(zhǔn)，表明易挖性差，當(dāng)挖裝時(shí)間大于正常標(biāo)準(zhǔn)，表明易挖性良好。主要采取的措施有：

（1）根據(jù)抵抗線剛度比（臺(tái)階高度/抵抗線），如果剛度小于 2，巖石為中硬巖石，難于破碎，需要更大的超深，也就是說(shuō)小剛度比需要更高的能量與之產(chǎn)生均衡的破碎效果，目前礦山臺(tái)階高度 12 m，抵抗線為4 m，剛度值為3；

（2）改善爆破器材，為了改善易挖性，逐步將普通導(dǎo)爆管雷管改變?yōu)楦呔瓤顾坠埽?017年又將高精度抗水雷管調(diào)整為數(shù)碼電子雷管，充分實(shí)現(xiàn)逐孔起爆技術(shù)，避免因爆破器材的延期精度問(wèn)題影響爆破設(shè)計(jì)效果。

1.2.3 經(jīng)濟(jì)成本

爆破作業(yè)在確保安全與質(zhì)量前提下，爆破成本至關(guān)重要，成本過(guò)高導(dǎo)致資源浪費(fèi)，成本過(guò)低，導(dǎo)致挖裝爆破效果差，挖裝成本增加，主要控制指標(biāo)為單耗。

單位量的礦石爆破所需要的炸藥量為單耗。單耗是爆破成本的決定性因素，主要決定因素有巖石可爆性、炸藥特性、自由面、起爆方式等。技術(shù)方面可行的主要有自由面選擇和起爆方式選擇。

選擇爆區(qū)形狀和布局形式，避免不利的邊緣效應(yīng)、飛石和空氣沖擊波，從而實(shí)現(xiàn)高效爆破和優(yōu)化炸藥性能。主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：

（1）選擇合理的長(zhǎng)深比（爆區(qū)長(zhǎng)與進(jìn)深之比），最小化后沖，堵塞物料的噴出和空氣沖擊波；

（2）巖體破碎后膨脹，需要30%～40%額外空間；避免90°拐角；

（3）充分利用自由面；

1.3 爆破流程管理

建立明確詳細(xì)的爆破作業(yè)流程，通過(guò)精細(xì)化爆破設(shè)計(jì)、施工、管理，實(shí)現(xiàn)安全可靠、技術(shù)先進(jìn)的爆破作業(yè)。

為了實(shí)現(xiàn)精細(xì)化爆破作業(yè)，制定了詳細(xì)的爆破作業(yè)流程。

1.3.1 布孔

根據(jù)初步設(shè)計(jì)，進(jìn)行布孔作業(yè)，布孔作業(yè)過(guò)程中做好測(cè)量工作，用全站儀將孔外位輸?shù)诫娔XCAD上，制作鉆孔參數(shù)圖，每個(gè)孔位標(biāo)明孔深、傾角、誤差要求等。

1.3.2 完善設(shè)計(jì)

根據(jù)測(cè)量所得的孔深，計(jì)算出炸藥量及雷管數(shù)量，完善網(wǎng)絡(luò)布置圖，藥量計(jì)算表等。

1.3.3 驗(yàn)孔

鉆孔結(jié)束之后及時(shí)的進(jìn)行驗(yàn)孔，對(duì)于一些孔深不達(dá)標(biāo)的炮孔根據(jù)實(shí)際情況重新安排鉆孔或者調(diào)整裝藥量，修改設(shè)計(jì)，主要參數(shù)有鉆孔直徑、傾角、段高、抵抗線、孔距、單耗、藥量、裝藥長(zhǎng)度、充填長(zhǎng)度。

1.3.4 施工環(huán)節(jié)

（1）爆破預(yù)備會(huì)。爆破預(yù)備會(huì)主要進(jìn)行技術(shù)交底；當(dāng)班爆破作業(yè)地點(diǎn)、孔數(shù)、炸材量、網(wǎng)絡(luò)布置方法，檢查作業(yè)人員證件，禁止無(wú)證人員參加爆破作業(yè)，同時(shí)明確當(dāng)班的各工序負(fù)責(zé)人。

（2）爆破前的準(zhǔn)備工作。人員到場(chǎng)之后樹(shù)立大紅旗，設(shè)置警戒區(qū)域，主要包括作業(yè)警戒區(qū)、雷管存放區(qū)、設(shè)備存放區(qū)。

（3）炸材入場(chǎng)及搬運(yùn)工作。雷管車和炸藥車運(yùn)輸嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定，雷管炸藥分開(kāi)運(yùn)輸，運(yùn)輸速度不能大于30 km/h，地面不平時(shí)，速度不能大于 10 km/h，運(yùn)輸車輛到場(chǎng)之后及時(shí)熄火。根據(jù)設(shè)計(jì)的藥量，準(zhǔn)確的將設(shè)計(jì)藥量分發(fā)到孔邊。

搬運(yùn)結(jié)束之后清點(diǎn)當(dāng)班炸材數(shù)量，確保無(wú)誤，做好現(xiàn)場(chǎng)記錄，主要包括炸材的領(lǐng)取、發(fā)放登記。

（4）裝藥作業(yè)。雙人作業(yè)，一人測(cè)量，一人裝藥，裝藥過(guò)程人員佩戴好防塵口罩、護(hù)目眼鏡、安全帽等勞保用品。

（5）聯(lián)網(wǎng)。聯(lián)網(wǎng)作業(yè)之前進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)技術(shù)交底，確保聯(lián)網(wǎng)人員熟知網(wǎng)絡(luò)連接順序。聯(lián)網(wǎng)過(guò)程中無(wú)關(guān)人員撤離作業(yè)警戒區(qū)，技術(shù)人員和聯(lián)網(wǎng)負(fù)責(zé)人員進(jìn)行雙人作業(yè)，先連接控制排，由工作面向起爆站依次進(jìn)行連接，聯(lián)網(wǎng)結(jié)束之后，由檢查人員入場(chǎng)檢查，檢查過(guò)程中起爆器鑰匙由檢查人員隨身攜帶。

（6）警戒起爆。明確各警戒人員的職責(zé)，警戒距離不能小于200 m，檢查通訊設(shè)備的完好，保證做到雙通訊。

（7）爆后檢查及排險(xiǎn)。爆破檢查完成后，及時(shí)的安排挖機(jī)進(jìn)行爆區(qū)危石清理。

2 邊坡爆破方案與維護(hù)措施

2.1 消除高邊坡

高邊坡的形成主要是由于邊坡地區(qū)未進(jìn)行爆破作業(yè)形成的，在邊坡進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，炮孔傾向全部朝向自由面，最終爆破之后形成高邊坡；或者靠近邊坡的炮孔傾角朝向邊坡，未減少孔網(wǎng)參數(shù)，導(dǎo)致臨近邊坡兩個(gè)孔底盤(pán)抵抗線增大，爆破之后形成高危邊坡。

針對(duì)這一情況，處理措施主要有兩種。

（1）集中處理法?？拷吰碌膬蓚€(gè)炮孔中間增加一個(gè)輔助炮孔，加強(qiáng)底部裝藥，詳細(xì)見(jiàn)圖2。

圖2 集中處理圖

（2）分散處理法。邊坡孔開(kāi)始，鉆孔傾角依次成等差數(shù)列增加，將邊坡炮孔的底盤(pán)抵抗線均勻發(fā)的分布在其他炮孔上，詳細(xì)見(jiàn)圖3。

圖3 分散處理圖

2.2 邊坡維護(hù)

對(duì)于邊坡區(qū)域，爆破作業(yè)結(jié)束之后，充分利用休息時(shí)間，安排挖機(jī)進(jìn)行清理，結(jié)合2.1節(jié)中的處理方法，經(jīng)1 a的實(shí)際統(tǒng)計(jì)，爆破之后，邊坡上部10 m左右都能夠被挖機(jī)清理干凈，清理之后的小邊坡在穩(wěn)定性等方面較好，后期進(jìn)行小邊坡淺孔爆破即可處理。

3 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò)1 a的摸索，通過(guò)爆破優(yōu)化和邊坡維護(hù)清理，實(shí)現(xiàn)了邊坡穩(wěn)定、安全，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，提升了礦山生產(chǎn)的安全。