預(yù)裂爆破在司家營高陡邊坡開采中的應(yīng)用

王建勝 周 蒙 李小龍 黃漢波 刁鵬飛 冷 波

（1.河北鋼鐵集團(tuán)灤縣司家營鐵礦有限公司；2.河北鋼鐵集團(tuán)司家營研山鐵礦有限公司）

露天礦山高陡邊坡開采要求降低爆破振動(dòng)對邊坡及附近構(gòu)筑物的影響，保證爆破后邊坡穩(wěn)定。司家營北區(qū)分公司為河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)公司下屬特大型礦山企業(yè)，其中，露天礦采剝總量超過8 000萬t/a，選用KY-310型牙輪鉆機(jī)穿孔、WK-20B型電鏟采裝。隨著司家營礦山開采的不斷深入，西邊坡大面積被揭露出來，西邊坡設(shè)計(jì)坡角為75°，單個(gè)臺(tái)階高度為15 m，并段臺(tái)階高度為30 m，屬于高陡邊坡，且西邊坡距離最近居民區(qū)僅300 m左右，所以對爆破效果有極高的要求。司家營礦山采場西邊坡巖石成縫機(jī)理較好，適合采用大孔徑預(yù)裂爆破，大孔徑預(yù)裂炮孔周圍巖石中易形成徑向裂紋，爆破時(shí)易在設(shè)定方向上形成裂紋，從而在該方向上達(dá)到優(yōu)先起裂、擴(kuò)展、貫通，同時(shí)，利用司家營礦區(qū)在數(shù)碼電子雷管不同孔徑邊坡預(yù)裂爆破中的研究成果［1-4］，以期提高預(yù)裂爆破效果［5］。

1 預(yù)裂爆破方案設(shè)計(jì)

結(jié)合邊坡地質(zhì)地理?xiàng)l件和巖石基本性質(zhì)，預(yù)裂爆破選取直徑165 mm潛孔鉆機(jī)穿孔，穿孔效率高，可以裝入大直徑藥卷以提高作業(yè)效率，同時(shí)采用具有很好的延時(shí)精確性和可檢測性的數(shù)碼電子雷管，通過優(yōu)化爆破參數(shù)，不斷進(jìn)行試驗(yàn)，確定出最適合司家營礦區(qū)的高陡邊坡預(yù)裂爆破參數(shù)。

1.1 預(yù)裂孔參數(shù)設(shè)計(jì)

1.1.1 預(yù)裂孔間距

通常情況下，預(yù)裂炮孔間距一般根據(jù)巖石的極限抗拉和極限抗壓強(qiáng)度來確定，也與鉆機(jī)的鉆孔直徑和巖石的泊松比有關(guān)，預(yù)裂孔間距計(jì)算公式為

式中，a為炮孔間距，cm；σy為巖石的極限抗壓強(qiáng)度，kPa；σl為巖石的極限抗拉強(qiáng)度，kPa；μ為巖石的泊松比；d為炮孔直徑，cm。

1.1.2 不耦合系數(shù)

不耦合系數(shù)一般根據(jù)巖石的極限抗拉強(qiáng)度來確定，但是因?yàn)榈V區(qū)距離居民區(qū)較近而需要降振的特殊情況，再結(jié)合礦區(qū)生產(chǎn)量較大的實(shí)際生產(chǎn)要求，鉆孔直徑d已經(jīng)提前確定好，所以不耦合系數(shù)直接按照鉆孔直徑與藥包直徑的比值來計(jì)算：

式中，k為不耦合系數(shù)；d為炮孔直徑，cm；dy為藥卷直徑，cm。

1.1.3 線裝藥密度

線裝藥密度是指炮孔每米平均裝藥量［6］。在實(shí)際裝藥過程中將裝藥段分成3段：加強(qiáng)段、正常段、減弱段，分別按照整個(gè)裝藥長度Ly的0.2倍、0.5倍、0.3倍來計(jì)算。在保證孔壁巖體不被壓碎的條件下，按下列公式計(jì)算：

式中，Δ為最佳裝藥密度，g/cm3；σy為巖石的極限抗壓強(qiáng)度，kPa；Q為炸藥的爆熱，kJ/kg。

1.1.4 預(yù)裂孔堵塞長度

根據(jù)十幾年邊坡預(yù)裂爆破填塞經(jīng)驗(yàn)和礦區(qū)不準(zhǔn)導(dǎo)爆索在地表使用的要求，為了保證預(yù)裂炮孔不出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象，一般預(yù)裂孔填塞長度Ld取1.5倍炮孔直徑［8］。預(yù)裂炮孔裝藥結(jié)構(gòu)見圖1，預(yù)裂孔參數(shù)見表1。

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1.2 邊坡緩沖孔參數(shù)設(shè)計(jì)

在高陡邊坡預(yù)裂爆破中，緩沖孔的設(shè)計(jì)尤為重要，緩沖孔參數(shù)見表2。

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1.3 邊坡主炮孔參數(shù)設(shè)計(jì)

緩沖孔前排炮孔均為主炮孔，主炮孔為垂直孔，深度和臺(tái)階高度相等，均不設(shè)超深［7］。為了保證預(yù)裂爆破效果，主炮孔最佳預(yù)設(shè)2排且主炮孔前排均為清渣。主炮孔參數(shù)見表3。邊坡預(yù)裂爆破炮孔設(shè)計(jì)見圖2。

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1.4 爆破網(wǎng)絡(luò)

利用數(shù)碼電子雷管對爆破網(wǎng)路進(jìn)行設(shè)計(jì)，能保證所有炮孔均按照提前設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行起爆，確保高陡邊坡預(yù)裂爆破的效果［8］。爆破網(wǎng)絡(luò)見圖3。

2 爆破振動(dòng)分析

爆破地點(diǎn)選擇西幫-187 m和-202 m臺(tái)階，原則上保持相同設(shè)計(jì)與作業(yè)條件，確保在地質(zhì)條件及距離等其他方面最大限度保持一致，使結(jié)果具備可比性；爆破測點(diǎn)選擇東法寶村、后法寶村2個(gè)對居民影響較大的地點(diǎn)，采用TC-4850N型爆破測振儀進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集［9］。具體實(shí)測數(shù)據(jù)見表4、表5。

通過以上數(shù)據(jù)可以看出，目前西幫-187 m常規(guī)爆破測點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為0.194 5～0.590 7 cm/s，預(yù)裂爆破測點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為0.056 2～0.175 6 cm/s，均滿足《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014）爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)土窯洞、土坯房、毛石房屋的要求，后法寶預(yù)裂爆破比常規(guī)爆破平均降震70%，東法寶平均降震67%。西幫-202 m常規(guī)爆破測點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為0.332 6～0.446 7 cm/s，預(yù)裂爆破測點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為0.064 6～0.282 3 cm/s，均滿足《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014）爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)土窯洞、土坯房、毛石房屋的要求，后法寶預(yù)裂爆破比常規(guī)爆破平均降震70%，東法寶平均降震62%。在主炮孔數(shù)量相近的情況下，設(shè)置20個(gè)預(yù)裂炮孔的預(yù)裂爆區(qū)，爆破震動(dòng)數(shù)據(jù)明顯小于未設(shè)置預(yù)裂炮孔的常規(guī)爆破，所以采用預(yù)裂爆破可有效控制爆破震動(dòng)。

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3 結(jié)論

結(jié)合司家營礦區(qū)的地質(zhì)地形條件，對司家營高陡邊坡采用預(yù)裂爆破技術(shù)并成功應(yīng)用，質(zhì)點(diǎn)振速明顯降低，嚴(yán)格控制了巖石移動(dòng)方向，使炸藥能力得到了充足利用，把需崩落巖石推離邊坡，使礦巖得到了更好地破碎，降低了大塊率，改善了爆破效果，留巖體也更加穩(wěn)定，取得了較好的成果，為類似高陡邊坡爆破施工提供一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。