銅街—曼家寨采場邊坡控制爆破技術研究

譚明洪，馮光華

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 文山 663701）

隨著銅街-曼家寨采場360萬噸/a的采礦產(chǎn)能改擴建工程的推進，近幾年來公司嚴峻的安全發(fā)展現(xiàn)狀，尤其是銅-曼采場東幫Fo斷層區(qū)域存在較大范圍的位移區(qū)，該區(qū)域巖性松軟，斷層發(fā)育，巖層穩(wěn)定性較差，且主要分布于Fo斷層的上盤，又經(jīng)雨水沖刷、地下水滲透以及采場臨近東幫的爆破作業(yè)等對邊坡松軟巖體的擾動影響進一步加劇。因此，開展東幫乃至臨近邊坡控制爆破技術的研究，對銅-曼采場能夠綠色環(huán)保、安全、高效、可持續(xù)的運行，有較積極和深遠的意義。

1 國內外相關研究發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年國內外對邊坡控制爆破技術理論的研究水平逐漸提升，對邊坡控制爆破的技術認識也愈發(fā)深刻。其中主要的研究方向有邊坡預裂爆破、光面爆破、巖石靜態(tài)破碎劑的成縫機理與工程實踐，以及基于格里菲斯提出的巖石脆性強度理論和斷裂力學成縫理論而采取的一系列的人工預成縫邊坡爆破的減震措施。諸如通過研究時序控制與起爆順序、空氣間隔軸向多種不耦合系數(shù)裝藥、聚能和切縫藥包爆炸裂紋定向切割、預裂炮孔精確延時微差爆破以及預裂孔加導向孔的裝藥技術參數(shù)優(yōu)化在預裂爆破工程實踐中的應用等[1，2]。

2 研究的內容和方法

對于銅-曼采場實際的工程地質環(huán)境而言，在基于諸多控制爆破理論研究和數(shù)值模擬分析技術的基礎上，開展工程實踐方面的試驗研究是主要的研究手段和技術路徑。為確保在采場臨近邊坡區(qū)域爆破最大限度的控制爆破施工對邊坡圍巖體的損傷和整體邊坡穩(wěn)定性的影響。結合銅～曼采場礦巖地質和現(xiàn)有技術條件較適合開展的幾種邊坡控制爆破技術、施工工藝和方法。

2.1 加密減震孔正向逐孔傳爆法

加密減震孔逐孔正向傳爆法：是在原主爆孔后排與所要保護的臨近邊坡之間布置一排孔距加密的炮孔，減震孔孔距為主爆孔孔距的0.25倍～0.45倍。采用逐孔正向傳爆法，主爆孔排間傳爆方向與爆堆移動方向垂直于邊坡面進行施工。詳見下示意圖1及圖2所示。

圖1 加密減震孔正向逐孔傳爆法

圖2 垂直或傾斜加密減震孔正向逐孔傳爆法

施工原理：目的是通過在主爆孔相距一定距離區(qū)域穿鑿密集的炮孔，使得炸藥爆炸產(chǎn)生應力波及爆生氣體在穿過減震炮孔的時候能量被分散、削弱，剩余的部分作用于炮孔空腔內，逐漸減弱的一個過程。

優(yōu)點：操作簡便，便于施工管理，對臨近邊坡的保護性更強。

缺點：穿鑿密集的炮孔勢必會導致綜合穿爆成本上升，該種方法適用于臨時靠幫爆破施工，不適用于一次性爆破成永久邊坡的施工。

2.2 常規(guī)減震孔側向逐孔傳爆法

該種方法有別于正面法的是其爆區(qū)起爆孔傳爆方向及爆堆移動方向與要保護的邊坡面垂直，以致于爆堆受布孔排數(shù)的影響，炸藥爆炸多余的應力波更多轉移到對后排位置的沖擊作用，而少部分爆生氣體及爆轟波擴散至并作用于臨近邊坡的減震孔，經(jīng)過減震孔的能量削減效應從而減少爆破對保護邊坡體直接損傷。

優(yōu)點：因其減震孔的孔距比正面法的孔距略大，可以降低穿孔成本；其二，減震效果較好。

缺點：該種方法對工作面的條件要求較高，需要穿爆工作面較寬，滿足主爆孔爆破的同時，有一定的富余空間穿鑿減震孔；穿爆-采剝生產(chǎn)組織工作難度大，需要確保側向自由面方向無壓渣體，否則將大大降低其減震效果。詳細炮孔及爆破施工平面布置示意圖如下圖3所示。

圖3 常規(guī)減震孔側向逐孔傳爆法

2.3 臨近邊坡緩沖預裂爆破法

該種方法本次主要介紹布孔施工方式進行預裂爆破：有導向孔和無導向孔的預裂爆破法。二者在施工原理上沒有本質區(qū)別，只是在考慮臨近邊坡體區(qū)域時，根據(jù)爆區(qū)礦巖地質狀況等來考慮是否需要調整預裂孔孔距、增加中間導向孔。

2.3.1 不加導向孔的預裂爆破

適用于巖性較軟或偏中硬圍巖，地質構造和巖石節(jié)理裂隙發(fā)育程度較高的區(qū)域，主要是銅曼采場東幫、北幫部分區(qū)域，通常該區(qū)域巖石硬度不高，但巖層吸濕性較差，孔隙率低，不利于預裂孔內炸藥爆破產(chǎn)生應力波和爆生氣體在預裂孔中心線之間穿透，形成貫穿的預裂縫。往往容易造成炸孔、預裂孔崩碎的現(xiàn)象。因此該類巖性區(qū)域，比較適宜布置較密集，但單孔裝藥少的預裂孔進行爆破，方能取得較好的預期效果。詳細炮孔及爆破施工平面布置示意圖如下圖4所示。

圖4 臨近邊坡緩沖無導向孔預裂爆破法炮孔平面示意圖

2.3.2 有導向孔的預裂爆破法

該種方法設計導向孔不裝藥，比較適用于巖性硬度系數(shù)大，圍巖穩(wěn)定性較好的，構造和節(jié)理裂隙發(fā)育程度低的區(qū)域，主要是銅曼采場的北幫、西幫大理巖區(qū)域，通常該區(qū)域巖石致密性較好，孔隙率較高，圍巖性質分布較均勻。

根據(jù)預裂爆破成縫機理的研究，爆炸應力波和爆轟氣體產(chǎn)物二者聯(lián)合作用原理，應力波對炮孔壁附近的巖石介質形成許多不斷延伸的細小的裂縫，隨后產(chǎn)生的爆生氣體首先作用在炮孔孔壁上，并不斷的楔入和膨脹到之前由應力波作用所產(chǎn)生的細小的裂縫中去，從而形成氣刃效應，使得這些細小的裂縫得到了進一步的擴展，直到最后裂縫完全的連接和貫通，形成貫穿的預裂縫。詳細炮孔及爆破施工平面布置示意圖如下圖5所示。

圖5 臨近邊坡緩沖有導向孔預裂爆破法炮孔平面布置圖

2.4 永久邊坡一次成型光面爆破法

光面爆破法的技術原理同預裂爆破法類似，不過二者略有本質上的差異。

光面爆破法，主要是施工時光面孔在主爆孔之后進行起爆。

光面爆破主要是通過在主爆孔后排打密集的光面孔，少裝藥，在孔內炸藥爆炸時以較集中的應力波和爆轟氣體切割光面孔中心連線兩側，使之形成平滑整齊的后裂面，進而達到一次成型的邊坡體，該種方法往往要求爆破參數(shù)的設計和裝藥更加精準，以便于最大程度的減少爆破后對邊坡體的二次修整工程量。

其主要應用于特殊環(huán)境條件下的爆破施工，如需要一次成型的永久性高邊坡、路堤，在國內邊坡控制爆破施工中有少量的應用，更多的主要是在井巷、隧道掘進施工以及路橋施工護坡工程中的應用較廣泛。光面爆破法示意圖如圖6所示。

圖6 臨近邊坡緩沖光面爆破法炮孔平面布置圖

2.5 聚能藥包與切縫藥包邊坡控制爆破技術

聚能藥包（裝藥）與切縫藥包（裝藥）邊坡控制爆破技術是近年來國內外新起的兩種新型邊坡控制爆破技術。國內目前更多的停留在學術研究、模型試驗和計算機數(shù)值模擬研究階段，國外少數(shù)礦山采用特質聚能裝藥管和預制切縫管進行預裂孔裝藥[3-6]。

聚能藥包（裝藥）預裂爆破技術主要是采用特制帶楔形罩的聚能管，套孔裝藥。該種方法是基于雷管聚能穴裝藥技術及其理論依據(jù)為參考，擴展應用于邊坡控制爆破技術中的一種方法。

原理是，變相的改變預裂孔內藥包分布形狀，可使得孔內炸藥爆炸時，聚能管的兩端楔形構造具有優(yōu)異的聚能效應，能較大幅度的引導炸藥爆轟應力波和準靜態(tài)爆生氣體沿著楔形兩端方向定向擴散、切割巖石介質，進而達到更大程度上保證預裂孔能夠順利貫穿成縫，以減少炸藥爆炸發(fā)生非切縫做功的部分能量損失。聚能管形狀如下圖7所示。

圖7 聚能藥包預裂爆破炮孔橫剖面示意圖

切縫藥包預裂爆破技術主要是采用特殊材料預制的切縫管，同樣采用套孔裝藥。該種切縫管是采用特殊預制的，形狀為普通圓管兩端開口預先切割成斷斷續(xù)續(xù)有一定寬度的縫，管材需是特殊材料制備，如高強度聚乙烯復合材料、聚氯乙烯管、聚丙烯管等材料制備。該種方法一方面是利用管材的兩端縫對炸藥爆炸產(chǎn)生密集能量射流引導以直接作用于巖石介質與管縫接縫處，進而形成切割縫；另一方面經(jīng)特殊材料制備的切縫管緊貼孔壁可以有效阻礙炸藥爆炸應力波及爆生產(chǎn)物對預保護邊坡面的直接破壞作用。切縫管及裝藥形狀如下圖8所示。

圖8 切縫藥包預裂爆破炮孔橫剖面示意圖

3 結語

綜合來看，目前國內外針對邊坡控制爆破技術的方法與實踐多種多樣。結合銅街～曼家寨采場的實際情況和現(xiàn)有技術條件，適當?shù)拈_展一些試驗研究，對礦山綠色、安全、高效、可持續(xù)發(fā)展具有積極而深遠的意義。但在實際施工階段而言，根據(jù)銅～曼采場各臺階邊坡爆破所要達到的預期目的，需綜合考量所投入成本與產(chǎn)出的經(jīng)濟效益，如何平衡二者之間的關系，方能以成本最優(yōu)、施工最安全的爆破方案達到最佳的預期效果。