控制爆破技術(shù)在南芬露天鐵礦的研究與應(yīng)用

高毓山，韓延清

(1.本鋼南芬露天鐵礦，遼寧 本溪 117004； 2.遼寧科技學(xué)院，遼寧 本溪 117004)

南芬露天鐵礦是我國(guó)乃至亞洲最大的黑色冶金單體露天礦山，年爆破礦巖約1億噸，2003年建成并投產(chǎn)使用的382巖石站膠帶運(yùn)輸排巖系統(tǒng)，包含廠房、辦公樓、控制室、地下硐室、排巖斜井等地表地下構(gòu)筑物及其配套設(shè)備設(shè)施。它承擔(dān)著礦山約15%的排巖任務(wù)，約1 300萬(wàn)噸/年，相比汽車運(yùn)輸，運(yùn)輸成本降低約2.7元/噸～4.9元/噸，每年約350萬(wàn)元～6 300萬(wàn)元。按原采礦設(shè)計(jì)，382巖石站使用到2014年初報(bào)廢拆除，2014年初改由310巖石站膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)接續(xù)巖石運(yùn)輸任務(wù)，因當(dāng)時(shí)鋼鐵行業(yè)不景氣等原因，310巖石站遲遲不能正常建設(shè)，如果此時(shí)拆除382巖石站，就被迫更改膠帶運(yùn)輸為公路運(yùn)輸，會(huì)導(dǎo)致短期內(nèi)剝巖量增大，運(yùn)距、運(yùn)費(fèi)大幅增加，還要購(gòu)買大量運(yùn)輸設(shè)備、需要投入大量資金[1]。擴(kuò)幫剝巖持續(xù)滯后導(dǎo)致采礦量下降，整個(gè)礦山的正常生產(chǎn)秩序?qū)⑹艿絿?yán)重影響和失控，也直接嚴(yán)重影響本鋼集團(tuán)后續(xù)鋼鐵生產(chǎn)。礦用大汽車長(zhǎng)距離在陡坡多、彎道多的露天道路運(yùn)輸，特別是在北方冬季冰雪路面上運(yùn)輸將嚴(yán)重影響礦山的生產(chǎn)安全，極易造成設(shè)備的損失和對(duì)人員傷害。在城鎮(zhèn)復(fù)雜環(huán)境下需要采用爆破開(kāi)挖的基坑、地鐵等隧道或管廊掘進(jìn)中，為減少爆破震動(dòng)和飛石危害，往往采用小孔徑(φ42 mm～45 mm)淺孔深(3 m以內(nèi))，部分甚至采用長(zhǎng)延時(shí)的電子雷管網(wǎng)路以降低爆破震動(dòng)疊加。上述這些方法不太適合礦山大體量的生產(chǎn)爆破作業(yè)[2]。

使用傳統(tǒng)爆破器材的同時(shí)，自主探索出一套“超近距離復(fù)雜環(huán)境下露天礦山大孔徑低擾動(dòng)控制爆破新技術(shù)”[3]，克服爆破安全距離小等不利因素，為南芬露天鐵礦延長(zhǎng)382巖石站服務(wù)年限的順利實(shí)施做好關(guān)鍵技術(shù)保障。

1 大孔徑低擾動(dòng)控制爆破新技術(shù)原理

1.1 小微精低擾動(dòng)爆破降震集成技術(shù)

南芬露天鐵礦爆破臺(tái)階高度一般為12 m或18 m，孔徑一般為250 mm或310 mm。在充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備利用率條件下，為加強(qiáng)對(duì)邊坡和382號(hào)巖石站的保護(hù)，在遠(yuǎn)離382號(hào)巖石站的區(qū)域，臺(tái)階高度設(shè)計(jì)為12 m，鉆孔直徑取250 mm和310 mm，開(kāi)采面推進(jìn)至382號(hào)巖石站附近時(shí)，臺(tái)階高度設(shè)計(jì)為6 m，孔徑取200 mm。對(duì)南芬露天鐵礦以往的爆破施工進(jìn)行梳理、總結(jié)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和理論分析，創(chuàng)造性地提出和應(yīng)用了6 m臺(tái)階板塊化爆破施工方案，從而實(shí)現(xiàn)安全和產(chǎn)量的雙重目標(biāo)。

最近爆破區(qū)域在382巖石站的東面、南面及北面分別30 m、20 m及25 m處。376-370平臺(tái)采用6 m小臺(tái)階爆破技術(shù)，爆破參數(shù)如表1所示。

表1 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

為了達(dá)到最佳的爆破效果，多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲得炮孔炸藥配比，最終確定為多孔粒狀炸藥及乳化炸藥混合裝藥。炮孔布置如圖1所示，多孔粒狀炸藥采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，乳化炸藥使用間隔裝藥結(jié)構(gòu)，裝藥結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 布孔示意圖

圖2 裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 精細(xì)預(yù)裂及飛石控制技術(shù)

預(yù)裂爆破是輪廓爆破的一種，也是工程爆破中降震減震采用的一項(xiàng)重要方法，另外對(duì)到界邊坡，預(yù)裂爆破的效果直接影響邊坡的穩(wěn)定安全。根據(jù)解決以往頂部巖體預(yù)裂效果差等問(wèn)題，提出了“徑向不耦合-軸向遞增間隔的裝藥結(jié)構(gòu)”，以適應(yīng)不同深度巖體的不同的夾制作用。具體裝藥結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 徑向不耦合-軸向遞增間隔裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

預(yù)裂效果的好壞直接與炮孔的平行度相關(guān)，因此在施工過(guò)程中加強(qiáng)炮孔質(zhì)量的檢查，包含鉆孔的平面定位偏差不超過(guò)鉆孔直徑，鉆孔角度偏差不超過(guò)3°。

為達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)，礦山采用全站儀逐一放樣布孔，布孔完成后，首孔和尾孔拉測(cè)繩對(duì)其他孔位檢查?；緹o(wú)誤后采用鋼釘確定中心，周邊噴紅漆的方式。鉆機(jī)就位后，使用水平儀和豎直儀對(duì)鉆桿進(jìn)行空間位置校準(zhǔn)，且鉆孔基本完成提桿前，重新對(duì)鉆孔角度進(jìn)行復(fù)核，偏差超過(guò)2度的必須記錄，并告知技術(shù)人員，由技術(shù)人員對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

2 結(jié)果分析

相關(guān)的微震技術(shù)在不同平臺(tái)共進(jìn)行了16次爆破，爆破參數(shù)如表2所示：

表2 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

表中：H為臺(tái)階高度；d為鉆孔直徑(mm)(牙輪鉆機(jī))；W為抵抗線(m)；a為孔距(m)；b為排距(m)；Q1為粒狀炸藥單孔裝藥量(kg)；Q2為乳化炸藥單孔裝藥量(kg)；Q3為粒狀+銨油炸藥單孔裝藥量(kg)；L為孔深(m)；L1為裝藥長(zhǎng)度(m)；L2為填塞高度(m)；h為超深(m)。

每次震動(dòng)控制爆破，都具有良好的效果：爆堆均勻集中隆起，爆破塊度均勻無(wú)明顯大塊、無(wú)飛石等危害，臺(tái)階規(guī)整，沒(méi)有根底、后沖、傘巖等現(xiàn)象，爆區(qū)邊坡穩(wěn)定性好，382巖石站設(shè)備安全，排巖硐室壁無(wú)新裂縫產(chǎn)生、混凝土完好。巖石站爆排巖硐室爆破震動(dòng)速度均控制在安全范圍內(nèi)，經(jīng)進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析得出，微震控制爆破將大塊率限制在2%，無(wú)爆破根底，平盤、邊坡規(guī)整，優(yōu)質(zhì)爆區(qū)達(dá)到55%以上，鏟裝運(yùn)輸效率提高2.5%以上。

預(yù)裂爆破效果分析如圖4和5所示。

圖4 預(yù)裂效果圖

綜合每次預(yù)裂爆破來(lái)看，預(yù)裂效果較好。預(yù)裂孔裂縫均貫通，縫約3 cm～5 cm，寬度適宜；預(yù)裂面較為平整，相鄰孔間壁面的不平整度均小于15 cm，半孔率約80%；爆破動(dòng)載對(duì)邊坡?lián)p傷小，壁面上無(wú)殘留未爆落巖體，無(wú)坍塌現(xiàn)象；減震效果明顯，爆破震動(dòng)、飛石等危害效應(yīng)均控制在安全范圍內(nèi)[4]。

圖5 預(yù)裂炮孔半孔情況圖

3 結(jié)論

(1)“小微精”集成技術(shù)將爆破震動(dòng)及爆破飛石控制在安全范圍內(nèi)，確保382巖石站設(shè)備設(shè)施的安全運(yùn)行及鄰近邊坡的穩(wěn)定。

(2)經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析表明，微震爆破使優(yōu)質(zhì)爆區(qū)達(dá)到55%以上，大塊率控制在2%以下，鏟裝運(yùn)輸效率提高2.5%以上，且?guī)r石站爆排巖硐室爆破震動(dòng)速度均控制在安全范圍內(nèi)，382巖石站設(shè)備安全。精細(xì)預(yù)裂爆破效果較好，預(yù)裂孔裂縫均貫通，縫約3 cm～5 cm，預(yù)裂面平整，相鄰孔間壁面的不平整度均小于15 cm，半孔率約80%，爆破動(dòng)載對(duì)邊坡?lián)p傷小。

(3)382巖石站的構(gòu)建筑及配套設(shè)施設(shè)備，在達(dá)到10年設(shè)計(jì)壽命的基礎(chǔ)上，延長(zhǎng)服務(wù)年限達(dá)7年。