露天礦山臺階爆破降震研究

張俊羽

(河北鋼鐵集團(tuán)司家營研山鐵礦有限公司,河北 唐山 063700)

0 引言

臺階爆破又稱為階梯爆破，是指以臺階形式推進(jìn)的石方爆破方式。臺階爆破按照孔徑、孔深的不同分為深孔臺階爆破和淺孔臺階爆破。露天礦臺階爆破是礦山生產(chǎn)的基本手段。目前，國內(nèi)外一些大型礦山采用大孔徑鉆機(jī)，實現(xiàn)大區(qū)、多排微差深孔爆破，對孔網(wǎng)參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)、填塞方法、起爆順序、微差間隔時間都進(jìn)行了比較深入地研究，爆破技術(shù)的改進(jìn)大大提高了礦山生產(chǎn)的綜合生產(chǎn)效率。在實際工作中，礦山爆破地震效應(yīng)是一個相當(dāng)復(fù)雜的問題，受到諸多因素的影響。如果不能夠?qū)崿F(xiàn)良好的降震，往往會帶來較為嚴(yán)重的后果。為此，需要加強(qiáng)對露天礦山爆破降震的研究。

1 爆破降震概況

露天礦山臺階礦巖的爆破破碎情況、爆錐具體形狀和松散性、新臺階坡面角度及其平整度都會在很大程度上關(guān)系到之后鏟裝運(yùn)輸乃至于礦山經(jīng)濟(jì)效益。露天礦山目前存在的問題主要是如何控制日常臺階炮孔爆破作業(yè)產(chǎn)生的地震效應(yīng)以及進(jìn)一步完善爆區(qū)布置、技術(shù)參數(shù)選取、鉆爆技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與質(zhì)量指標(biāo)等方面[1，2]。從控制爆破震動方面考慮，對爆破減震方法展開分析，不但能夠保證礦山邊坡巖體的安全穩(wěn)定，同時也會極大限度的降低礦區(qū)爆破作業(yè)對附近群眾的影響，確保礦山生產(chǎn)的有序開展[3]。

2 露天礦山臺階爆破震動效應(yīng)分析

2.1 總體爆破原則

2.1.1 爆破性質(zhì)

站在降震角度出發(fā)，要求選擇清渣爆破法，盡可能避免選擇壓渣爆破法[4]。

2.1.2 爆區(qū)平面形狀

如果地形條件符合要求，爆區(qū)平面形狀要盡可能計劃為梯形，這樣做的目的是為了提高降震效果，更好的進(jìn)行后續(xù)炮孔布置，也利于鏟裝作業(yè)，見圖1。

2.1.3 炮孔布置

1)條件：孔徑310 mm，設(shè)計臺階高度12 m。

2)炮孔排數(shù)：通常情況下2～3排，不超過4排。

3)對于單個爆區(qū)而言，炮孔數(shù)通?？刂圃?0個之內(nèi)，特殊情況也應(yīng)當(dāng)控制在30個之內(nèi)。

4)孔網(wǎng)參數(shù)：眼邊距b，在滿足鉆機(jī)安全作業(yè)要求的前提下，前排孔抵抗線盡量小(同時適當(dāng)控制裝藥量)；前排孔距a，為避免出現(xiàn)根底，前排孔距a=6～8 m；后排孔a×b，礦石和硬巖中8 m×7 m或8 m×8 m；其它巖石中，孔距a=9～10 m，排距b=9 m。

5)孔位誤差控制：孔位誤差一般應(yīng)控制在0.5 m以內(nèi)。

6)炮孔超深：礦石及硬巖中暫時確定為1.5 m，如果存在特殊情況，超深盡可能控制在2 m之內(nèi)。另外需要仔細(xì)觀察臺階底板標(biāo)高，確保其能夠符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；其余巖石超深控制在1～1.5 m之間。

(a)矩形爆區(qū) (b)梯形爆區(qū) (c)菱形爆區(qū)

2.1.4 裝藥

1)超深管理：實際超深禁止低于設(shè)計值；實際超深顯著超過設(shè)計值的情況下，應(yīng)當(dāng)回填至設(shè)計值。

2)水孔：水深不超過0.7 m的炮孔，孔底設(shè)置間隔器，當(dāng)水位降低到間隔器頂部以下后，再進(jìn)行銨油炸藥的安裝作業(yè)；針對水深超過0.7 m的炮孔，可選擇乳化炸藥。

3)余高T：當(dāng)炮孔直徑為310 mm的情況下，余高T通常應(yīng)當(dāng)保持在7.0～9.0 m之間；前排孔余高通?？刂圃? m之內(nèi)，根據(jù)抵抗線及孔距進(jìn)行藥量計算，可選擇間隔器，起到提升藥柱的目的，防止填塞段太長而對臺階上方爆破質(zhì)量產(chǎn)生影響。

4)間隔裝藥：因炮孔裝藥量的原因?qū)е掠喔哌^大時，宜使用間隔器，盡量抬高藥柱。

5)孔口填塞：針對有水炮孔而言，乳化炸藥裝填作業(yè)結(jié)束之后，應(yīng)當(dāng)在20分鐘后繼續(xù)進(jìn)行填塞，同時進(jìn)行散料填塞作業(yè)前應(yīng)當(dāng)將裝有防滑料的編織袋下放到藥柱頂端區(qū)域。

2.1.5 孔位誤差控制

孔位誤差一般應(yīng)控制在0.5 m以內(nèi)(注：孔位調(diào)整不屬誤差)。

2.1.6 起爆網(wǎng)絡(luò)

1)通常來說，選擇前排孔端位置起爆。

2)前排孔地表延時：硬巖選擇42 ms，軟巖選擇67 ms。

3)其余炮孔選擇109 ms。

文中下列爆破試驗均在符合以上總體爆破原則的前提下進(jìn)行爆破，由于現(xiàn)場實際差異，每次爆破均有不同，此處不一一列舉。

2.2 爆破測試及震動效應(yīng)分析

爆破測試結(jié)合礦山日常生產(chǎn)的進(jìn)行而開展[5，6]。以下爆破均選自研山鐵礦露天采場內(nèi)，爆破巖種為偉晶巖、砂巖、石英砂巖及地表第四系風(fēng)化層，爆破地點選自對境界周圍影響較明顯的重點部位，為減小試驗誤差，盡量控制在相同時間、水平、位置、天氣等環(huán)境下進(jìn)行爆破試驗，試驗爆破的相關(guān)參數(shù)及結(jié)果列于表1。從礦巖的爆破破碎效果看，基本達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

表1 爆破參數(shù)及結(jié)果

爆破震動效應(yīng)應(yīng)滿足《爆破安全規(guī)程》中的規(guī)定要求，如下表2所示，按照礦山的實際情況保證礦山最近民居房等相關(guān)建筑和群眾的安全。在這一基礎(chǔ)上，研究如何提高單次臺階爆破規(guī)模，保證能夠符合礦山采礦生產(chǎn)的需要。

表2 爆破震動安全允許標(biāo)準(zhǔn)

為檢驗上述總體爆破原則是否有效，是否能夠降低爆破震動效應(yīng)，需要以實施爆破降震前后地質(zhì)地形條件大致相同為原則，將爆破震動測試結(jié)果與爆破之前地質(zhì)地形條件類似之爆區(qū)的震動測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。但是，由于場地等方面條件的限制，作為對比的各組爆區(qū)的條件仍難免存在一定差異。

此次爆破試驗與過去爆破作業(yè)的測震信息見下表3所示，把其中的數(shù)據(jù)展開對比分析選擇的爆破降震工作方案，降震平均率達(dá)到50.67%，可以說效果顯著，不但可以確保附近產(chǎn)生的爆破震動效應(yīng)不會超過《爆破安全規(guī)程》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時能夠在未來的爆破活動中作為重要的參考依據(jù)。

表3 爆破與震動測試結(jié)果

2.3 最大一段裝藥量震動效應(yīng)分析

結(jié)合礦山生產(chǎn)的實際情況來說，影響爆破規(guī)模的客觀因素通常是附近建筑物爆破震動的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。礦山附近建筑往往屬于磚石房或毛石房。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》中的要求，爆破作業(yè)產(chǎn)生的地表爆破震動標(biāo)準(zhǔn)要求如下：震動頻率為10～15 Hz的情況下，地表質(zhì)點震速應(yīng)低于0.7～1.2 cm/s。出于保守的層面來說，礦山爆破作業(yè)產(chǎn)生的附近地表爆破震動，應(yīng)當(dāng)堅持以地表質(zhì)點震速控制在0.7 cm/s以內(nèi)為標(biāo)準(zhǔn)。借助于理論計算結(jié)合現(xiàn)場爆破施工，最大一段裝藥量的計算值和實際值如下表4所示。

表4 針對附近村莊地表質(zhì)點震速在0.7 cm/s時的最大一段裝藥量

根據(jù)表4進(jìn)行分析，最大一段裝藥量會直接關(guān)系到爆破震動效應(yīng)的實際大小，是影響爆破震動效應(yīng)強(qiáng)弱的主導(dǎo)因素。同數(shù)量起爆炮孔條件下，最大一段裝藥量越大，對周邊同一震速下地表質(zhì)點影響距離越遠(yuǎn)。

2.4 爆破規(guī)模震動效應(yīng)分析

根據(jù)表5并結(jié)合實踐作業(yè)經(jīng)驗進(jìn)行分析，爆破規(guī)模會在很大程度上決定爆破震動效應(yīng)強(qiáng)弱的持續(xù)時間[7，8]。除其它因素外，爆破規(guī)模越大，引起的地表震動一般都相應(yīng)增大。其原因是先后相繼起爆炮孔產(chǎn)生的地震波會產(chǎn)生疊加，從而提高地震波的實際強(qiáng)度。礦山爆破分區(qū)和炮孔數(shù)為單位的爆破規(guī)模見表5和圖2。

表5 礦山分區(qū)爆破規(guī)模

圖2 礦山分區(qū)爆破規(guī)模(數(shù)字為爆區(qū)炮孔數(shù))

3 結(jié)語

通過以上露天礦山臺階爆破震動測試及分析:1)臺階炮孔作業(yè)方案與相關(guān)參數(shù)設(shè)計符合要求，硬巖中基本不存在巖墻等質(zhì)量問題，爆錐形狀以及礦巖塊度符合后續(xù)鏟運(yùn)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2)把該現(xiàn)場爆破項目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與之前的指標(biāo)進(jìn)行對比，臺階炮孔爆破炸藥單耗降低約3.8%,延米爆破量提高約5.5%。3)臺階爆破降震措施有效，降震率平均約為50.67%，降震效果有了很大程度提升。4)礦山最大一段裝藥量以及爆破規(guī)模的設(shè)計科學(xué)合理，且可行性較高，有助于更好的降低爆破震動效應(yīng)，還能夠促進(jìn)爆破生產(chǎn)效率和性能的提升。