本鋼南芬露天礦集水坑爆破設(shè)計研究應(yīng)用

張玉國，高毓山，孫瑞昌

露天采場實際是一個大的匯水坑，大氣降水及巖層含水是其主要的水源。為保證露天開采工作順利進(jìn)行，必須將露天采場內(nèi)的水及時排出。每個新水平開采時，為有效快速排出期中水，要在開溝兩端或一端進(jìn)行爆破作業(yè)，經(jīng)過挖掘形成集水坑，使地表水源匯集于此，然后盡快排出采場。下面是我礦的一個典型集水坑爆破設(shè)計方案：

1 工程概況及爆區(qū)地質(zhì)情況

目前我礦已經(jīng)轉(zhuǎn)入凹陷露天礦開采，排除地表集水，保證礦山生產(chǎn)正常有序的進(jìn)行是一項十分重要的工作。集水坑爆破施工就是在露天采場內(nèi)適當(dāng)?shù)牡乩砦恢锰幉捎帽品椒?，形成巖石塊度較小的爆堆。然后用勾機將巖塊移走形成深坑，匯集集水，再用水泵將集水抽走。集水坑一般選擇在采場上盤巖石中形成。巖石主要是綠泥片巖、石英班巖和上盤花崗片麻巖，綠泥片巖、石英斑巖硬度系數(shù)是f=6～8，可鉆性是Ⅱ級；上盤花崗片麻巖的硬度系數(shù)是f=8～10，可鉆性是Ⅲ～Ⅳ級，屬于中等易爆巖石，層理節(jié)理均發(fā)育，含水量大，易于集水。露天礦的混合排水設(shè)施還包括多個集水坑、多條順?biāo)疁弦约芭潘鞴苈?。多個集水坑設(shè)置在露天礦的底板煤層處，多個集水坑用以收集夏季雨水和露天礦的底板明排水；多條順?biāo)疁显O(shè)置在露天礦的底板煤層區(qū)域，且位于多個集水坑之間以及多個集水坑和明排集水池之間，多條順?biāo)疁嫌靡詫⑾募镜挠晁吐短斓V的底板明排水引致多個集水坑內(nèi)；以及排水主管路設(shè)置在多口深水井和明排集水池處，排水主管路用以將多口深水井內(nèi)的疏干水和明排集水池內(nèi)的積水輸送給露天礦使用。

2 爆區(qū)的地理位置

集水坑爆區(qū)坐標(biāo)范圍為x49050～49100，y50650～51700，標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)高為154m，位于礦山采場北部。爆區(qū)周圍環(huán)境比較簡單，爆區(qū)西側(cè)382水平有排巖車間的1號巖石站。上盤北部沒有固定的廠房、設(shè)備和人員，為非生產(chǎn)居住區(qū)。

3 穿鑿、鏟裝和運輸

根據(jù)礦山地質(zhì)地形和礦山設(shè)備類型等條件，上盤采用的穿鑿設(shè)備是60R鉆機，孔徑是310mm，巖石采用長臂鉤機鏟裝，運巖采用20t自卸汽車。

圖1 爆區(qū)爆破圖

4 爆區(qū)設(shè)計

設(shè)計原則：一是精心設(shè)計，細(xì)心施工，確保藥包布置合理，炸藥量適當(dāng)，保證爆破安全。二是在安全的基礎(chǔ)上，采取合理的相應(yīng)措施，降低爆破塊度，減少根底，有利于中小型鏟裝設(shè)備施工。根據(jù)地形、地貌、地表覆土、植被及礦石風(fēng)化程度等情況，先對植被及地表覆著物進(jìn)行拆除及清理，采用挖掘機對表層土進(jìn)行清理、整平，多余的表層土運輸至排土場；在場地平整后，采用表面分片、梯段分層、層中分段，構(gòu)建多個工作面，自上而下分臺階順序開挖，淺孔與深孔相結(jié)合的爆破施工方案，根據(jù)爆破區(qū)域山體結(jié)構(gòu)的特點，此次設(shè)計的露天礦爆破方案確定深孔臺階高度10m左右，工作平臺坡面角70°。工作平臺寬度不超過5m，推進(jìn)方向由西向東推進(jìn)，在爆破區(qū)域未形成臺階前，采用手持式鑿巖設(shè)備，滿足鉆機作業(yè)要求。

圖2 爆破施工總體方案

4.1 鉆機設(shè)備選用

根據(jù)爆區(qū)地質(zhì)與鉆機性能等狀況，一般爆區(qū)要求選用60R鉆機，孔徑是310mm，如牙8～牙12。

4.2 爆區(qū)參數(shù)

孔距：本爆區(qū)巖石可爆性好，但考慮到后續(xù)用鉤機挖掘，要求巖石塊度較小，并且無自由面，故選擇孔距a=6.0、b=5.5m,采用正方形的布孔方式。

4.3 超深

深孔爆破的底盤抵抗線一般為孔徑的25～45倍，根據(jù)南芬礦的具體情況Wd取小值為7.0m，又根據(jù)超深公式h=（0.15～0.35）Wd，為了克服Wd，故超深為h=1.5～2.0m。

4.4 爆區(qū)規(guī)模

根據(jù)現(xiàn)場實際情況和爆破震動需要進(jìn)行調(diào)整爆破規(guī)模，一般要求在20孔～40孔之間。

4.5 裝藥結(jié)構(gòu)

爆區(qū)全部為水孔（水深超過10m）裝乳化炸藥；為改善裝藥結(jié)構(gòu)，減小爆破后巖石塊度，方便鉤機作業(yè)，采用空氣間隔器進(jìn)行中部間隔裝藥。

4.6 藥量計算

裝藥按公式Q=qabhK計算，可得每孔裝乳化炸藥約630kg左右。

上式中Q—每孔裝藥量。

q—炸藥單位消耗量，kg/m3。

a—孔距，m。

b—排距，m。

h—孔距，m。

K—齊發(fā)爆破時后排孔藥量增加系數(shù)，一般K=1.1～1.2。

表1 爆區(qū)設(shè)計孔網(wǎng)參數(shù)（60R）

4.7 最大段允許藥量

根據(jù)周圍環(huán)境，考慮1號巖石站的降震，保護(hù)其穩(wěn)定性，取允許震動速度為20cm/s，距巖石站最近是R=60m。Qmax=R1/m（V安全/K）1/a.m=603×（20/150）3/1.5=3840kg，同時起爆不能超過6個孔。

上式中Qmax—同段最大起爆藥量。

R—起爆藥柱中心到巖石站的距離。

V安全—巖石站允許的震動速度。

K,a,m—系數(shù)。

4.8 起爆順序及網(wǎng)絡(luò)

圖3 爆區(qū)起爆順序圖

該爆區(qū)采用澳瑞凱導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)，全部采用非電起爆系統(tǒng)，每個孔都設(shè)有兩套非電起爆網(wǎng)絡(luò)，間隔裝藥后每個藥包設(shè)一組起爆體，每一組起爆體由非電導(dǎo)爆雷管與地表導(dǎo)爆網(wǎng)絡(luò)相連接。

根據(jù)該爆區(qū)無自由面的特點，采用中心掏槽起爆的方法，同時為了控制同段最大起爆藥量采用了逐孔起爆技術(shù)。詳見起爆順序圖和地表連線圖。

4.9 起爆材料

起爆藥柱：為了保證有足夠的起爆能，充分利用炸藥的能量，選用0.8kg/發(fā)的起爆藥柱，每孔兩發(fā)，分別下在底部藥柱的1/3處和頂部藥柱1/3處。

雷管：為了提高爆破質(zhì)量，防止網(wǎng)絡(luò)（孔內(nèi)）被沖斷，采用非電毫秒微差孔內(nèi)雷管，地表為25ms、42ms、65ms、100ms的澳瑞凱雷管，孔內(nèi)采用400ms的孔內(nèi)雷管。即用地表起爆孔內(nèi)雷管，再起爆起爆藥柱，起爆藥柱再起爆孔內(nèi)炸藥。

爆破施工：本爆區(qū)使用乳化炸藥均為礦內(nèi)火藥車現(xiàn)場混裝而成。雷管與起爆藥柱均是外購工業(yè)制成品，運輸均是礦內(nèi)運輸。起爆材料分車由專人押運到爆區(qū)。爆區(qū)的填塞、裝藥、連線、警戒等均由受過專門培訓(xùn)的爆破班來完成。

圖4 爆區(qū)施工現(xiàn)場使用間隔器操作圖

4.10 驗證孔網(wǎng)參數(shù)和裝藥量

按乳化炸藥計算，每孔裝藥630kg，每孔有效的爆破面積是5.5*6.0=33m2則每孔可爆巖石33*12.0*2.69=1066t，進(jìn)一步可得單孔單耗為q單=630/1066=0.59kg/t，其值界于礦打集水坑爆區(qū)要求的0.5kg/t～0.6kg/t，所以可看出爆區(qū)的孔網(wǎng)參數(shù)布置仍然是合理的，并且超深和裝藥結(jié)構(gòu)、藥量設(shè)計也是基本合理的，能夠滿足礦山爆破的要求。

4.11 需要爆破材料列表

澳瑞凱孔內(nèi)雷管，乳化炸藥，0.8kg起爆藥柱，普管起爆雷管，澳瑞凱地表管，導(dǎo)爆管主線，起爆器。

5 爆破安全計算

飛石計算：Rf=20Kfnw=20×1.5×0.92×6=146m。

上式中：Rf—個別飛石飛散的距離。

Kf—系數(shù)，一般取1～1.5。

n—爆破作用指數(shù)（0.8～1.0）。

w—最大一個藥包的最小抵抗線。

表2 爆區(qū)實際孔深和裝藥情況

根據(jù)計算和該爆區(qū)的周圍具體環(huán)境要求設(shè)定爆破警戒范圍在400m。

6 安全措施

（1）爆破警戒范圍控制在方圓400m，其范圍內(nèi)的所有人員，能移動的設(shè)備全部撤走，怕打的設(shè)備需維護(hù)好，采場公路和三岔道口都設(shè)有警戒人員。

（2）爆區(qū)起爆時間及信號，按礦統(tǒng)一規(guī)定辦理。

（3）響完炮后15min，經(jīng)爆破總指揮允許，人員方準(zhǔn)進(jìn)入爆區(qū)檢查，確認(rèn)全部起爆后，方可發(fā)出解除信號。

（4）本設(shè)計涉及到的安全，技術(shù)操作事宜按本工種的安全技術(shù)操作規(guī)程執(zhí)行。

爆破審批單：

預(yù)計2019年6月15日爆破牙輪12號鉆機，在溝154—142臺階，爆孔共計25孔。其中巖石25孔，爆量巖石3萬噸。請于十五點三十分前將下列設(shè)備移出爆破危險區(qū)：

（1）爆區(qū)軌板，油桶舊件移走。

（2）牙12南開距爆區(qū)200m，人員機械室避炮，怕打設(shè)備維護(hù)好。

（3）9號電鏟背對爆區(qū)，人員機械室避炮。

（4）巖石站人員室內(nèi)避炮，井下防震防毒。

（5）爆區(qū)周圍高壓線打壞搶修。

（6）警戒：下286南北2人，溝178南北2人，上286南北2人，合計6人。

預(yù)計消耗爆破材料如下：

乳化油炸藥：15000kg。

0.8kg/發(fā)起爆彈：50發(fā)。

普通導(dǎo)爆管雷管：2發(fā)。

澳瑞凱地表連接雷管：25發(fā)。

澳瑞凱孔內(nèi)雷管：50發(fā)。

導(dǎo)爆管主線：400m。

表3 爆破方案審批單位

主管礦長：年 月 日。

7 爆后情況總結(jié)

爆破飛石較少，爆堆形狀正常，巖石站震感弱。采取間隔裝藥減少了充填高度，使裝藥在爆孔中底分布結(jié)構(gòu)有了較大改善，爆破后通過對鏟裝過程底追蹤觀測，爆破效果很好，大塊很少，爆堆表面沒有大塊，提高了鏟裝作業(yè)效率和作業(yè)安全。并且炸藥單耗也有所降低，使礦石成本下降爆堆塊度合理，適合鉤機鏟裝及運輸。經(jīng)過2天挖掘，順利形成集水坑。此爆破設(shè)計方案合理，可以在今后礦山生產(chǎn)中推廣使用。

圖5 爆破后爆堆圖