安家?guī)X露天礦臺階爆破方案參數(shù)優(yōu)化

秦貴成

（1.山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司,山西 長治046000；2.山西潞安礦業(yè)（集團）有限公司瓦斯研究院，山西 長治046204）

臺階爆破因有利于使用先進的爆破技術(shù)，因此越來越多地被應用于場地平整、礦山開采、水利水電設施建設、鐵路與公路路塹成形等工程建設的諸多領域[1]。露天礦一般是以臺階爆破的方式進行開挖，臺階爆破中邊坡保護區(qū)域的爆破施工顯得尤為重要，保護區(qū)域爆破后邊坡成型效果好壞將直接影響到后期邊坡維護的成本以及邊坡煤礦的開采。

關(guān)于邊坡保護區(qū)域預裂爆破施工方面的研究也比較多。例如，董英健[2]等通過設置減震孔比較明顯的降低了爆破引起的振動；丁銀貴[3]通過優(yōu)化爆破參數(shù)和起爆方式有效地改善了邊坡爆破效果；李成志[4]為了增加邊坡的穩(wěn)定對爆破保護區(qū)域進行了有效爆破降震處理，通過長時間的實踐證明所采用的方法的可靠性；王浩等[5,6]通過改進型不耦合裝藥預裂爆破技術(shù)，提高了爆破質(zhì)量降低了施工成本；南建軍[7]通過改變裝藥結(jié)構(gòu)和增加底部聚能的方式有效減小了大塊率，提高了爆破效果；衣方[8]等在某石灰礦中應用空氣間隔裝藥有效改善了該礦的爆破質(zhì)量。上述研究都從不同方面改善了爆破效果。安家?guī)X露天煤礦在臺階爆破過程中邊坡成型效果差，為此，對上述學者的研究成果進行綜合利用，優(yōu)化預裂爆破方案，通過改變裝藥結(jié)構(gòu)和增加相關(guān)裝置的方式改善了爆破效果。

1 爆破方案對比

1.1 初始爆破方案

該礦施工時采用垂直深孔松動爆破法，多排孔微差爆破，起爆方式為非電微差起爆。在被保護邊坡區(qū)域施工時在邊坡處進行預裂爆破，具體孔網(wǎng)參數(shù)為:①孔徑165 mm;②孔深11.5 m;③孔網(wǎng)參數(shù)間距×排距=6 m×3 m;④鉆孔傾角70°;⑤裝藥長度4.6 m;⑥裝藥密度850 kg/m3;⑦裝藥量83.6 kg;⑧臺階高度10 m;⑨臺階傾角70°。

預裂爆破孔裝藥結(jié)構(gòu)采用間隔不耦合裝藥，將炸藥卷綁在竹片上進行間隔裝藥，裝藥結(jié)構(gòu)及炮孔布置如圖1。

圖1 裝藥結(jié)構(gòu)及炮孔布置

1.2 優(yōu)化后爆破方案

根據(jù)該臺階以往爆破效果來看，邊坡成型效果較差，比較破碎。造成該問題的原因主要是炸藥爆炸時產(chǎn)生的爆轟波作用在保護區(qū)域?qū)σＷo區(qū)域的邊坡巖體破壞過大，導致邊坡巖體成型效果較差。在預裂孔與前1 排炮孔之間未設置減震孔，前1 排起爆孔對邊坡也有一定的破壞作用。由于預裂孔間隔較大，爆破后邊坡面平整度較差，大多數(shù)預裂孔未貫通，炮孔殘留率較低。

因此對爆破方案進行優(yōu)化，在預裂炮孔與前1排炮孔之間設置1 排炮孔起到緩沖的作用；調(diào)整預裂孔孔網(wǎng)參數(shù)，增加預裂孔數(shù)量，減小單孔裝藥量，來改善超挖與欠挖現(xiàn)象；由于預裂孔傾角為70°而前1 排炮孔為90°因此底部炸藥爆破量要小于炮孔上部爆破量，在每個炮孔裝藥時減小底部裝藥，增加上部藥量，使炸藥爆破量盡可能的均勻。優(yōu)化后的裝藥結(jié)構(gòu)及炮孔布置如圖2。

圖2 優(yōu)化后的裝藥結(jié)構(gòu)炮孔布置情況

2 參數(shù)優(yōu)化后爆破效果

2.1 爆破塊度

爆破效果中，爆破塊度是一項重要的衡量指標，在許多大型巖石塊度測量中，使用人工實地測量或采用高速攝像結(jié)合塊度軟件分析。爆破施工后采用加拿大的WipeWare 塊度軟件進行分析，該軟件使用簡單，操作方便。爆破后及時使用無人機對采場進行拍照，使用安全帽作為參照物進行對比，在分析時先設置好相關(guān)參數(shù)，參數(shù)設置完成后使用軟件進行分析，分析完成后計算機中會給出爆區(qū)塊度分布情況。

WipeWare 塊度分析軟件分析結(jié)果顯示經(jīng)過爆破方案參數(shù)優(yōu)化，開采礦物大塊率由原來的7.8%下降到2%。該部分大塊主要是改變了預裂孔孔網(wǎng)參數(shù)使炸藥能量得到充分利用巖體破碎更充分。

2.2 爆破振動

震動參數(shù)監(jiān)測是爆破效果評價中的重要指標之一，為減少爆破地震危害，本次爆破采用毫秒微差爆破技術(shù)加以控制，減少單段爆破的藥量，同時利用應力波相互干涉，以減弱爆破震動峰值和振速，本次爆破預裂孔同時起爆爆破為20 個，最大同時起爆藥量為。采用下式估算爆破震動安全距離[9]：

式中：Rd為爆破地震波危險半徑，m（按地表建筑物安全確定）；Kd為巖石性質(zhì)系數(shù)，150；V 為允許地震速度1.0 cm/s；α 為爆破性質(zhì)系數(shù)1.5；Q 為最大單響裝藥量，2 400 kg

計算后得到Rd=384 m。距離爆區(qū)最近的建筑物在2 km 以上，爆破地震計算結(jié)果滿足爆破安全要求。

本次震動監(jiān)測采用CBSD-VM-M01 網(wǎng)絡測振儀對礦區(qū)指揮中心進行監(jiān)測，該型測振儀較原來的測振儀在探測精度和操作方面都有明顯的優(yōu)勢，測深儀傳感器是通過無線局域網(wǎng)絡來傳輸數(shù)據(jù)，可以同時采集x、y、z 3 個方向上的振動數(shù)據(jù)，參數(shù)采集完成后可以同步傳輸生產(chǎn)3 個通道的波形圖。通過監(jiān)測結(jié)果顯示x 方向的振幅為0.053 7 cm/s，主頻為37.078 Hz；；y 方向上的振幅為0.069 5 cm/s，主頻為5.95 Hz；z 方向上的振幅為0.045 1 cm/s，主頻為7.32 Hz。由此可知進行參數(shù)優(yōu)化后的爆破產(chǎn)生的振動不會對周圍的建筑物產(chǎn)生破壞。

2.3 爆破飛石情況和邊坡成型質(zhì)量

爆破孔內(nèi)藥量過大、充填高度不夠、充填質(zhì)量達不到要求等都會引起飛石超出安全距離。飛石的安全距離一般為15 倍或16 倍的炮孔直徑[10]：

式中：RF為爆破引起飛石的安全距離，m；d 為炮孔直徑，cm。

RF=225～240 m。因此警戒距離擬設定為240 m。

在施工時采用5KF10 千眼狼高速攝影儀對爆破過程中產(chǎn)生的飛石進行抓拍，千眼狼最大分辨率為1 280×860。將攝影儀擺放在爆破自由面?zhèn)纫恚嚯x拍攝，用棉絮給高速攝影儀做機身、鏡頭使用防彈玻璃防護，設置拍攝頻率、最大分辨率，調(diào)好鏡頭焦距，設置幀率、視頻保存時間。使用起爆器起爆，同時，按下拍攝按鈕，即開始拍攝爆破飛石情況。拍攝到的最遠的飛石為186 m，實際監(jiān)測到的最大飛石距離在理論范圍內(nèi)。由此可知進行參數(shù)優(yōu)化后的爆破飛石落于安全距離內(nèi)。

對爆破方案參數(shù)進行優(yōu)化后，勘察邊坡成型質(zhì)量時發(fā)現(xiàn)，除渣完成后可見邊坡預裂縫全部貫通，邊坡平整度較高，超挖與欠挖未超過15 cm，殘留炮孔率在70%～85%，邊坡成型質(zhì)量明顯好于未進行爆破方案參數(shù)優(yōu)化的原邊坡平整度。

3 結(jié) 語

該礦臺階爆破方案參數(shù)優(yōu)化后爆破效果明顯改善，通過對孔網(wǎng)參數(shù)以及裝藥結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化后，使炸藥能量得到充分利用巖體破碎更充分，WipeWare 塊度分析軟件分析結(jié)果顯示大塊率由原來的7.8%下降到2%，下降率明顯。

在爆破最大振幅及頻率符合規(guī)程規(guī)定以及爆破飛石距離在安全范圍內(nèi)時，爆破參數(shù)優(yōu)化后爆破后邊坡預裂縫全部貫通，邊坡平整度較高，超挖與欠挖在標準要求范圍內(nèi)，殘留炮孔率在70%～85%，邊坡成型質(zhì)量及效果得到較大的改善，表明爆破參數(shù)優(yōu)化后效果明顯，滿足礦方安全高效生產(chǎn)需要。