預裂爆破在北蕉石灰石礦的應用

王維良 趙斌斌 周咸領 許 貝

（浙江恒榮建設工程有限公司）

北蕉石灰石礦經過前期的開采，礦區(qū)已經形成+375、+390、+405、+440 m 4個臺階，坡面存在坡面較多不穩(wěn)定巖石，易發(fā)生落石、坍塌等安全隱患，爆破對邊坡的安全穩(wěn)定問題日益凸顯。

臨近邊坡采用直徑40 mm的炮孔進行弱松動控制爆破，高陡邊坡能達到施工效果［1］，但不能滿足礦山基建期進度要求。采取預裂爆破或光面爆破進行施工，在邊坡段施工中取得較好的效果［2-5］。露天礦臨近高邊坡控制爆破技術選擇高精度澳瑞凱雷管可減少爆破對高邊坡的破壞［6］。多數高陡邊坡采取自上而下深孔爆破爆破方式開采，臨近邊坡段采取控制爆破方式是可行的。

1 工程概況

北蕉石灰石礦為江山南方水泥有限公司石灰質原料的自備礦山，生產規(guī)模為240萬t/a。采場邊坡參數：終了臺階高度為15 m，終了臺階坡面角為60°，終了臺階平臺寬度：+375、+360、+345 m均為5 m，其余根據礦體的賦存狀態(tài)而定（5～220 m不等）。

周邊環(huán)境礦區(qū)周邊環(huán)境較好，礦山南側500 m以外為大陳鄉(xiāng)紅星村，礦山西北側500 m以外為大陳鄉(xiāng)早田坂村，距爆區(qū)西側約168 m有一礦山臨時管理用房，南西側有一條采礦場至46省道1.5 km運礦道路。在爆破危險區(qū)內無公共設施需進行特殊保護，但是，礦山爆破如果一次爆破量過大或一段起爆藥量過大時，所產生的爆破震動會對村莊民房產生一定影響，出現過村民阻工情況。為了最大限度的確保周邊村民民房的安全，設計和評估單次爆破最大藥量小于3 000 kg，最大單響藥量為85 kg。

2 爆破方案比選

（1）方案1。采取深孔爆破技術在臨近變坡段進行分層爆破。優(yōu)點：可以減少爆破對邊坡的破壞和控制有害效應；缺點：施工麻煩，經過前期實踐表明邊坡段達不到預期效果（如圖1）。

（2）方案2。采用導爆索進行預裂爆破進行施工。優(yōu)點：臺階平整度較好；缺點：控制其產生的噪聲較難，施工工序麻煩。

（3）方案3。用PVC管進行預裂爆破進行施工。優(yōu)點：施工進度較快，爆破產生的噪音較小，臺階平整度能有效控制；缺點：線裝藥密度難以控制。

為了避免因噪音和振動再次導致附近村民阻工并綜合以上方案，決定采取方案3進行試爆，其臺階平整度能有效控制，施工進度較快，擾民最小。

所以爆破作業(yè)盡量控制最高一段藥量，每次爆破量不超過3 t，同時采用預裂爆破技術施工，以40 m為一段分段施工以降低爆破震動速度和噪聲傳播。

3 爆破參數設計

在給定孔徑的情況下最小抵抗線W可根據以下公式計算［7］：

式中，K為系數，K=30～40；φ為炮孔直徑，mm。

本工程W取3.5 m。

3.1 主爆孔爆破參數

布孔方式為梅花形（如圖2）；臺階高度H=15 m；鉆孔直徑D=90 mm；鉆孔傾角為80°（如圖3）；最小抵抗線W=3.5 m；孔間距a=4 m；排距b=3.5 m；鉆孔超深1.5 m；孔深L=17 m（計算值16.75 m）；采用2號巖石乳化炸藥（2 000 g）；裝藥結構（如圖4）為連續(xù)裝藥（裝藥高度為11.7 m）；堵孔l=4 m（4 m位置塞蛇皮袋后進行堵孔）；炸藥單耗q=0.33 kg/m3；單孔藥量Q=70 kg。

3.2 緩沖孔爆破參數

臺階高度H=15 m；鉆孔直徑D=90 mm；鉆孔傾角為60°；孔間距a=2.5 m；排距b=2.8 m；鉆孔超深1.5 m；孔深L=19 m（計算值19.05 m）；采用2號巖石乳化炸藥（2 000 g）；裝藥結構為間隔裝藥；堵孔長度l=3.5 m；炸藥單耗q=0.33 kg/m3；單孔藥量Q=35 kg。

緩沖孔底部吊裝5 m乳化炸藥，中間用PVC管間隔4 m，在吊裝2 m乳化炸藥，在3.5 m位置塞蛇皮袋1個，堵孔3.5 m。

3.3 輔助孔爆破參數

第一排輔助孔鉆孔直徑D=90 mm；鉆孔傾角為75°；孔間距a=3 m；排距b=3.5 m；孔深L=10 m；采用2號巖石乳化炸藥；裝藥結構為連續(xù)裝藥（裝藥高度5 m）；堵孔l=4 m（4 m位置塞蛇皮袋后進行堵孔）；炸藥單耗q=0.32 kg/m3；單孔藥量Q=30 kg。

第二排輔助孔鉆孔直徑D=90 mm；鉆孔傾角為70°；孔間距a=2 m；排距b=3.5 m；孔深L=5 m；采用2號巖石乳化炸藥；裝藥結構為連續(xù)裝藥；堵孔為l=3.5 m；炸藥單耗q=0.32 kg/m3；單孔藥量Q=9 kg。

3.4 預裂孔爆破參數

臺階高度H=15 m；鉆孔直徑D=90 mm；鉆孔傾角為60°；孔間距a=1.3 m；距離緩沖孔2.0 m；鉆孔超深h=1.5 m；孔深L=19 m（計算值19.05 m）；采用2號巖石乳化炸藥（200 g）；不耦合系數2.81，裝藥結構為連續(xù)裝藥?？椎椎跹b2支φ70 mm（2 000 g）乳化炸藥，中部13.5 m在外徑φ50 mm PVC管內連續(xù)裝φ32 mm乳化炸藥，填塞2 m，單孔藥量Q=18.8 kg。

預裂爆破注意事項：

（1）鉆孔。鉆孔角度應嚴格按照進行，鉆孔質量直接影響到最終的準預裂效果，要嚴格控制布孔、穿孔質量。

（2）裝藥。因為未使用導爆索，在PVC管內裝藥一定要保證裝藥質量，以免引起盲炮。

（3）填塞。預裂孔內PVC管裝藥到位后，用蛇皮袋堵在設計位置然后進行填塞。炮孔布置見圖2。

3.5 炮孔布置及爆破網路

一般預裂爆破宜采用炸藥卷和導爆索制成藥串進行間隔裝藥，也可用預裂爆破專用炸藥卷進行連續(xù)裝藥。考慮到導爆索的爆破噪聲較大，在本工程中不采用導爆索，本工程采用在預裂孔底部裝入4 kg70乳化炸藥后再在孔內插入外徑為50 mm的PVC管，在PVC管內連續(xù)裝藥，內置2發(fā)高精度非電雷管。

為減少震動，預裂孔分3孔一響，采用25 ms高精度非電雷管間隔，先于第一排主爆孔90 ms起爆，主爆孔間用25 ms非電雷管連接，排間采取65 ms非電雷管連接，輔助孔緩沖孔采取1孔或2孔一響網絡連接。孔內雷管均使用延時600 ms澳瑞凱高精度非電雷管。網路連接較為復雜，網路連接好后進行檢查，同時孔外延時雷管用石粉壓住后用蛇皮袋在蓋控好，防止起爆過程中破壞起爆網路。炮孔剖面和裝藥結構分別見圖3、圖4。

3.6 安全驗算

（1）爆破飛石距離估算。露天深孔爆破時可能產生的最遠飛石距離由瑞典德湯尼克公式求之：

式中，RF為爆破時可能產生的最遠飛石距離，m；d為孔深直徑，cm。

計算得RF≤141 m，該距離小于本爆區(qū)距離周邊建（構）筑物的最短距離（168 m），本工程實際安全警戒范圍為200 m，因此爆破產生的飛石不會對爆區(qū)周圍的人員和建（構）筑物產生危害。

（2）爆破振速的校核。爆破振動引起周圍某測點的振速v一般使用薩氏公式計算：

式中，K為爆破條件場地系數，本工程K取200；α為爆破振動波傳遞衰減指數，本工程α取1.7；Q為爆破最大段藥量，kg，本次爆破為70 kg；R為爆破中心至保護對象某測點的距離，m，本次爆破為168 m。

經計算v=0.37 cm/s遠小于保護物最大允許振動速度設計值1.5 cm/s，可確保安全。

4 爆破效果

臨近邊坡段控制爆破施工中所有預裂爆破部位沿炮孔連線方向切開，堅硬的孔口無破壞，無溶洞位置半孔率達到70%以上，坡面應平整且穩(wěn)定無隱患，無溶洞巖石邊不平整處最間隙未超過15 cm，確保高邊坡安全。

5 結論

（1）本工程預裂孔孔內插入φ50 mm的PVC管，在PVC管內連續(xù)裝藥，內置2發(fā)高精度非電雷管，可方便施工和減少爆破過程中產生的噪音。

（2）采取高精度非電延時雷管組成起爆網路是合理的。

（3）預裂孔線密度取1.0 kg/m，基本達到預期目的，從孔本身破壞的程度來看，藥量明顯偏大，但達到邊坡穩(wěn)定目的。

（4）本項目是主要是從方便施工角度去探討和實踐。采取PVC管連續(xù)裝藥代替導爆索進行控制爆破，對在人口密集位置或者公路邊坡快速搶險工程具有參考價值。