PVC管裝入多孔粒銨油炸藥在露天礦預(yù)裂爆破中的應(yīng)用

厲美杰，杜軍，李澤華，王洪強(qiáng)，王君

(北方爆破科技有限公司， 北京 100089)

0 引言

在露天礦生產(chǎn)中，為減少爆破振動(dòng)對(duì)邊坡的損害，需要通過預(yù)裂爆破處理到界邊坡。目前預(yù)裂爆破的常規(guī)方法是沿最終開挖邊界布置密集炮孔，使用導(dǎo)爆索串聯(lián)成品乳化炸藥，形成藥串，采用軸向不連續(xù)、徑向不耦合裝藥方式，并先于主爆孔起爆，形成一道有一定寬度的貫穿裂縫，以減弱主體爆破對(duì)最終邊坡巖體的破壞，并形成平整的邊坡輪廓面[1-2]。國內(nèi)外對(duì)于預(yù)裂爆破的研究較多，其中張選山等[3]對(duì)單向荷載下不耦合裝藥預(yù)裂爆破進(jìn)行了研究，得出預(yù)裂爆破效果與不耦合系數(shù)的關(guān)系；程玉泉[4]對(duì)多孔粒狀銨油炸藥在預(yù)裂爆破中的穩(wěn)定爆轟控制、堵塞長(zhǎng)度控制、爆生裂紋控制等進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)塑料管可以增加外部約束，有利于控制爆轟并起到防水作用，可以提高爆破施工效率及質(zhì)量。

使用乳化炸藥卷進(jìn)行預(yù)裂爆破的方法在乳化藥卷供應(yīng)緊缺、生產(chǎn)進(jìn)度緊張的情況下并不適用。本文基于國外某露天銅礦在爆破施工時(shí)，當(dāng)?shù)卣ㄋ幑?yīng)商緊缺，可供應(yīng)炸藥品種單一，成品乳化藥卷無貨的情況，通過改進(jìn)裝藥方式，優(yōu)化爆破工藝，改用多孔粒銨油炸藥成功實(shí)施了預(yù)裂爆破。

1 工程概況

1.1 工程條件

本文所研究的露天礦山主要開采銅鈷礦，采用陡幫剝離，緩幫采礦工藝。設(shè)計(jì)開采深度為300 m，目前已開采200 m，每?jī)蓚€(gè)臺(tái)階進(jìn)行并段開采，全高24 m，設(shè)計(jì)幫坡角68°，隨著開采深度的增加，邊坡問題成為該礦安全的重中之重。

該露天銅礦巖性主要為含碳質(zhì)白云巖、硅化白云巖、白云質(zhì)頁巖、白云質(zhì)粉砂巖類，巖石硬度系數(shù)f=3～10，RQD值平均88.25%。巖石節(jié)理裂隙較為發(fā)育，巖石節(jié)理傾向與邊坡層面相同，為順層邊坡。該區(qū)域每年分旱、雨兩季，4～11月為旱季，基本無降雨；12月到翌年4月為雨季，大雨乃至暴雨不斷，全年99%的降水來自雨季。由于雨季時(shí)降雨量較大，造成地表水增多，地下水位升高，雨水對(duì)邊坡沖刷嚴(yán)重，因此出現(xiàn)多次小面積滑坡。同時(shí)該礦已進(jìn)入水位線以下區(qū)域開采階段，地下水壓力及沖蝕對(duì)邊坡影響增大。

1.2 爆破基本參數(shù)

本次爆破臺(tái)階高度為12 m，超深為1.5 m，預(yù)裂孔角度為 68°，與設(shè)計(jì)邊坡角一致。在主爆孔與預(yù)裂孔之間設(shè)置一排緩沖孔，預(yù)裂孔與緩沖孔排間距離為4 m，緩沖孔與主爆孔排間距離為5 m[5-6]。采用ATLASD50鉆機(jī)進(jìn)行穿孔作業(yè)，具體孔網(wǎng)參數(shù)見表1。

表1 孔網(wǎng)參數(shù)

2 爆破施工工藝

2.1 施工準(zhǔn)備

PVC管是一種具有耐熱性、韌性和延展性的管材，同時(shí)還具有防水作用，可以解決露天礦山水孔裝藥的問題。現(xiàn)場(chǎng)使用的銨油炸藥密度為1677.9 kg/m3，不同直徑PVC管的線裝藥密度及不耦合系數(shù)見表2。試驗(yàn)表明，5種直徑的PVC管裝藥均可形成穩(wěn)定爆轟，考慮到材料經(jīng)濟(jì)性，選用直徑40 mm、厚度1 mm的PVC管作為裝藥工具。

表2 不同直徑PVC管線裝藥密度及不耦合系數(shù)

PVC管單根管子長(zhǎng)度為6 m，由于爆破臺(tái)階高度為12 m，一次爆全高，需要2根管子相互插接組合，因此選用兩端直徑分別為40 mm和38 mm的管子便于插接。管子總長(zhǎng)L管=L孔深-2。根據(jù)不同孔深確定管子總長(zhǎng)度，并用鋸子鋸成相應(yīng)長(zhǎng)度。

提前制作導(dǎo)爆索，其長(zhǎng)度L導(dǎo)爆索=L孔深+1。為了保證傳爆，每個(gè)炮孔布置2根導(dǎo)爆索。將導(dǎo)爆索穿過PVC管，在管底部余出50 cm，反向用膠帶捆綁于 PVC管上。采用塑料袋加黃泥封堵管口，保證炸藥無流失。PVC管與導(dǎo)爆索在孔內(nèi)的組合結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 PVC管與導(dǎo)爆索在孔內(nèi)的組合結(jié)構(gòu)

為保證爆破效果，優(yōu)化參數(shù)，在預(yù)裂爆破前進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)考慮孔內(nèi)與孔外、裝藥與不裝藥 4個(gè)方面，制定兩因素兩水平試驗(yàn)方案，具體試驗(yàn)方案見表3。

表3 預(yù)裂爆破試驗(yàn)方案

不裝藥的試驗(yàn)僅將導(dǎo)爆索捆綁在 PVC管上爆破，靠導(dǎo)爆索藥量起爆。試驗(yàn)表明，孔內(nèi)裝入銨油炸藥后，銨油炸藥實(shí)現(xiàn)完全爆轟，爆炸穩(wěn)定性較好，爆后形成拉裂縫隙。綜合分析，采用孔內(nèi) PVC管裝藥預(yù)裂爆破方法具有可行性。

2.2 裝藥控制

選擇低爆速的多孔粒狀銨油炸藥，爆速為2500～3500 m/s，每孔裝藥前根據(jù)設(shè)計(jì)藥量進(jìn)行稱量，通過漏斗將銨油炸藥裝入管中。采用軸向連續(xù)裝藥、徑向不耦合裝藥模式，下部正常裝藥，裝藥長(zhǎng)度L1=0.4L孔深；中部正常裝藥，上部減弱裝藥長(zhǎng)度L2=0.3L孔深，減弱裝藥部分在PVC管中插入竹片來調(diào)節(jié)藥量，以達(dá)到減弱裝藥目的。由于PVC管徑與炮孔直徑不同，形成不耦合裝藥，不耦合系數(shù)為3.45，不耦合效應(yīng)使作用在炮孔內(nèi)壁面上的爆轟壓力變低，從而起到緩沖的效果。爆轟波通過空氣介質(zhì)傳播到孔壁巖石，在管壁與孔壁的間隙產(chǎn)生氣墊作用，由于管壁與孔壁的材質(zhì)不同，發(fā)生應(yīng)力波折射，削弱了作用于炮孔的初始?jí)毫Ψ逯?，減少對(duì)邊坡孔壁的拉裂，提高預(yù)裂爆破效果[7]。預(yù)裂孔堵塞長(zhǎng)度為2.5～3 m，堵塞段與裝藥段采用空氣間隔，以減緩爆破振動(dòng)對(duì)邊坡的破壞。此次爆破主爆孔單孔最大裝藥量為116 kg；緩沖孔采用間隔裝藥，最大裝藥量為77 kg。

2.3 網(wǎng)路布置

本次爆破采用孔間毫秒微差逐孔起爆，主爆區(qū)孔間延期17 ms，排間延期42 ms，預(yù)裂孔用兩根導(dǎo)爆索作為主線進(jìn)行連接，并采用雷管進(jìn)行激發(fā)。預(yù)裂孔與主爆孔之間采用一次分段延期起爆，預(yù)裂孔先于主爆孔84 ms起爆[8]。起爆網(wǎng)路連接如圖2所示。

圖2 網(wǎng)路連接示意

3 爆破效果分析

爆炸應(yīng)力波由炮孔向四周傳播，在炮孔連線方向出現(xiàn)裂縫，在爆轟氣體的作用下，使裂縫延伸擴(kuò)大，最后形成平整的開裂面。此次預(yù)裂爆破效果良好，形成約1 cm寬的貫通裂縫，減弱了主爆區(qū)爆破振動(dòng)對(duì)邊坡的破壞，無超欠挖現(xiàn)象，挖掘后形成的邊坡預(yù)裂面平整，孔痕明顯，半孔率達(dá)到 80%，經(jīng) GPS測(cè)量，邊坡坡率符合設(shè)計(jì)要求，滿足邊坡安全要求，對(duì)邊坡滑移起到一定預(yù)防作用，預(yù)裂爆破效果如圖3所示[9-10]。

圖3 預(yù)裂爆破效果

由于銨油炸藥相對(duì)于成品乳化炸藥價(jià)格較低，采用銨油炸藥進(jìn)行預(yù)裂爆破，可以降低爆破成本，同時(shí)有效解決了該地區(qū)因乳化炸藥卷供應(yīng)緊缺而導(dǎo)致生產(chǎn)進(jìn)度緊張的問題。

4 結(jié)論

（1）通過選擇合適的PVC管尺寸和合理裝藥結(jié)構(gòu)及裝藥量，采用多孔粒銨油成功地實(shí)施了露天礦預(yù)裂爆破。

（2）爆破后預(yù)裂貫通裂縫明顯，挖掘后形成的邊坡預(yù)裂面平整，孔痕明顯，半孔率達(dá)到80%，邊坡坡率符合設(shè)計(jì)要求。

（3）該裝藥方法在預(yù)裂爆破中的應(yīng)用不僅滿足邊坡安全要求、減小雨季邊坡滑坡風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)有效解決了該地區(qū)因乳化炸藥卷供應(yīng)緊缺而可能導(dǎo)致生產(chǎn)進(jìn)度緊張的問題，同時(shí)降低了爆破成本。該方法對(duì)其他類似條件礦山預(yù)裂爆破具有推廣應(yīng)用的價(jià)值。