大孔徑垂直預(yù)裂爆破施工技術(shù)在歐山石灰?guī)r礦靠幫邊坡中的應(yīng)用實踐

吳求忠

(安徽樅陽海螺水泥股份有限公司,安徽 銅陵 244000)

露天礦靠幫邊坡穩(wěn)定性一直是礦山開采所關(guān)注的重要環(huán)節(jié),如果邊坡穩(wěn)定性差,一旦發(fā)生滑坡、崩塌等事故,必將對礦山造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,甚至?xí)斐扇藛T傷害。 因此,在源頭加強(qiáng)露天礦靠幫邊坡穩(wěn)定性管理顯得尤為重要。 控制爆破是提高靠幫邊坡穩(wěn)定性的重要手段,但傳統(tǒng)的預(yù)裂、光面等控制爆破一般采用小孔徑密集炮孔不耦合裝藥,使用竹片等綁扎炸藥與導(dǎo)爆索起爆,總體鉆孔量和爆破施工量大,實際操作困難。 為減少鉆孔量與爆破施工量,使用一種預(yù)裂孔PVC 管施工技術(shù)與方法,在預(yù)裂爆破后實現(xiàn)了完整性較好的預(yù)裂面及靠幫邊坡,有效提高了臺階靠幫邊坡的圍巖完整性和穩(wěn)定性,保障了礦山開采的安全性。 該施工技術(shù)與方法對類似露天礦靠幫邊坡的穩(wěn)定性控制具有一定的借鑒意義。

1 工程概況

歐山石灰?guī)r礦位于安徽省銅陵市樅陽縣,礦區(qū)內(nèi)出露地層有三疊系下統(tǒng)和龍山組、南陵湖組及第四系,三疊系下統(tǒng)巖性以石灰?guī)r為主,巖石普氏系數(shù)f=8～10,夾有少量泥質(zhì)灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r等,礦床總體為一單斜構(gòu)造,呈層狀產(chǎn)出,傾角為5°～25°。礦山采用露天開采方式,自上而下臺階式開采,臺階高度設(shè)計為15 m,采用深孔爆破,鉆孔直徑為203 mm,鉆孔深度為17 m。

2 施工方案

為提高靠幫邊坡穩(wěn)定性,在臨近靠幫邊坡區(qū)域時,采用預(yù)裂爆破開挖,主爆區(qū)采用連續(xù)耦合裝藥的深孔爆破,接近邊坡面區(qū)域的緩沖孔采用間隔裝藥,邊坡面采用連續(xù)不耦合裝藥的大孔徑垂直預(yù)裂爆破,所有鉆孔均采用DM45 型液壓潛孔鉆機(jī)90°孔,孔徑為203 mm。 預(yù)裂爆破實施完成后,終了臺段坡面角刷坡成65°,并在坡面植樹種草用于礦山恢復(fù)治理。

3 爆破參數(shù)設(shè)計

3.1 計算預(yù)裂爆破參數(shù)

1)鉆孔直徑D:露天礦山深孔爆破時,孔徑多為140～310 mm。

2)臺階高度H:臺階高度與主體采礦平臺臺階相同,一般情況下H≤15 m。

3)炮孔超深h:預(yù)裂孔根據(jù)礦山實際情況可選擇不超深,考慮到下方需要超挖換土刷坡,用于植樹種草,便于開展邊坡恢復(fù)治理,超深取值為2 m。

4)炮孔長度L:L=(H+h)sinα,α為鉆孔角度。

5)孔距a預(yù):a預(yù)=(8 ～12)D,D為炮孔直徑,mm。

6)預(yù)裂孔與緩沖孔排間距b預(yù),一般取1. 5 ～2.5 m。 緩沖孔孔間距a緩,一般為正常主炮孔的1/3～1/2。

7)緩沖孔與主炮孔排間距b緩:該距離不小于預(yù)裂孔孔間距,一般為正常主炮孔的1/3～1/2。

8)線裝藥密度q預(yù):q預(yù)=K預(yù)a預(yù),q預(yù)為預(yù)裂孔線裝藥密度,g/m;K預(yù)為巖石預(yù)裂爆破炸藥單耗,g/m3。 一般情況下,中薄層或者含泥質(zhì)、竹葉狀結(jié)構(gòu)的及裂隙較發(fā)育的石灰?guī)r取330～500。

9)單孔裝藥量Q預(yù):Q預(yù)=q預(yù)L預(yù),L預(yù)為預(yù)裂孔裝藥長度,m。

10)充填高度L填:L填=(1.0～1.2)a預(yù)。

3.2 確定爆破參數(shù)

根據(jù)上述施工方案,綜合考慮地質(zhì)狀況、雷管與炸藥品種、施工便捷性等因素,經(jīng)多次試驗,在開采界線到達(dá)最終邊幫之前,根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)設(shè)計不同的爆破參數(shù),同時依據(jù)爆破效果情況進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化,最終確定最優(yōu)參數(shù),結(jié)果見表1。

表1 爆破參數(shù)設(shè)計

4 施工工藝

4.1 精確布置預(yù)裂孔與緩沖孔孔位

根據(jù)礦山開采初步設(shè)計確定好最終開挖界線,在CAD 圖紙上標(biāo)出預(yù)裂孔與緩沖孔孔位,并將孔位坐標(biāo)數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入RTK 儀器中,然后現(xiàn)場放樣,精確布置預(yù)裂孔及緩沖孔孔位。

4.2 穿孔施工

根據(jù)現(xiàn)場實際情況布置主炮孔,并根據(jù)布置好的預(yù)裂孔及緩沖孔孔位實施穿孔作業(yè),采用DM45 型液壓潛孔鉆機(jī)穿孔,穿孔角度為90°,孔徑為203 mm。

4.3 預(yù)裂孔不耦合裝藥PVC 管施工工藝新方法

預(yù)裂孔裝藥是控制爆破施工最為重要的一步,裝藥過程不僅要嚴(yán)格按照設(shè)計參數(shù)進(jìn)行,還需要滿足施工簡便、易操作等原則,裝藥質(zhì)量在一定程度上決定了預(yù)裂爆破的效果。

PVC 管不耦合裝藥具體操作方法是:將?50 mm PVC 管提前放置于預(yù)裂孔中,爆破裝藥施工時管中充填粉狀乳化炸藥,使用8#雷管制作藥包或?qū)П鬟M(jìn)行起爆。 為了克服夾制作用,在炮孔底部裝填0.3～0.5 m 粉狀乳化炸藥。 預(yù)裂孔PVC 管現(xiàn)場施工如圖1 所示。

圖1 預(yù)裂孔PVC 管施工現(xiàn)場

4.4 裝藥結(jié)構(gòu)

主炮孔采用耦合連續(xù)裝藥,緩沖孔采用耦合間隔裝藥,預(yù)裂孔采用連續(xù)不耦合裝藥。 預(yù)裂孔中放置的PVC 管裝藥后,在PVC 管內(nèi)距離孔口3 m 位置使用巖渣進(jìn)行堵塞,PVC 管外、炮孔孔內(nèi)距離孔口3 m 位置也使用巖渣進(jìn)行堵塞。

5 爆破網(wǎng)路及爆破效果

炮孔起爆順序為預(yù)裂孔、主炮孔、緩沖孔。 預(yù)裂爆破的炮孔先于主炮孔100～150 ms 起爆。 爆破網(wǎng)路采用導(dǎo)爆管起爆,如圖2 所示。

圖2 爆破網(wǎng)路(單位:ms)

爆破后沿預(yù)裂孔一線,形成了一條明顯的預(yù)裂縫,保留巖體無后沖現(xiàn)象,基本無破壞,巖石鏟挖后,半孔率十分明顯,達(dá)到95%以上,坡面觀感穩(wěn)定、平整、美觀,達(dá)到了預(yù)期的效果,鏟挖后邊坡效果如圖3 所示。

圖3 預(yù)裂爆破邊坡效果圖

6 結(jié)語

1)采用大孔徑垂直預(yù)裂爆破施工技術(shù),使用一種預(yù)裂孔PVC 管施工方法,在預(yù)裂爆破后實現(xiàn)了完整性較好的預(yù)裂面及靠幫邊坡,有效提高了臺階靠幫邊坡圍巖的完整性和穩(wěn)定性,提高了施工的便捷性,保障了礦山開采的安全性。

2)利用價格低廉的PVC 管進(jìn)行不耦合裝藥,省去了傳統(tǒng)預(yù)裂爆破使用竹片綁扎炸藥與導(dǎo)爆索的步驟,施工便捷。 同時采用大孔徑炮孔減少了炮孔的數(shù)量,降低了鉆機(jī)穿孔施工量。

3) 可以根據(jù)炮孔直徑和巖石性質(zhì)的不同選擇合適的PVC 管直徑,以獲取最優(yōu)的爆破效果。