露天礦山大孔徑無導(dǎo)爆索光面爆破技術(shù)

陶明 ，羅福友 ，王云茂 ，鄭初東

(1.江西國泰五洲爆破工程有限公司，江西 南昌 330038；2.江西國泰集團(tuán)股份有限公司，江西 南昌 330096；3.江西省爆破工程技術(shù)研究中心，江西 南昌 330012)

0 引言

邊坡穩(wěn)定是露天礦山開采面臨的重要問題，決定著礦山生產(chǎn)安全。隨著表層礦產(chǎn)資源的日益枯竭，開采深度不斷增大，邊坡穩(wěn)定性問題日益突出[1-2]。邊坡穩(wěn)定取決于其圍巖的穩(wěn)定性，保證其圍巖受爆破作業(yè)擾動小，邊坡穩(wěn)定性就能得到保障。當(dāng)前降低圍巖受擾動的主要方法有光面爆破和預(yù)裂爆破控制法兩種[3-6]，且光面爆破理論及實(shí)踐已經(jīng)很成熟，主要應(yīng)用于隧道、路塹、礦山等，并取得了較好的效果，但針對大孔徑光面爆破的研究比較少見。

線裝藥密度、炮孔密集系數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)、不耦合系數(shù)、網(wǎng)路延時(shí)是光面爆破效果的主要影響因素。目前，國內(nèi)已有大孔徑光面爆破的相關(guān)試驗(yàn)研究，如唐喜明[7]對廣東某礦山采用無導(dǎo)爆索光面爆破技術(shù)，使邊坡達(dá)到了穩(wěn)定及平整；張五興[8]通過對光面爆破參數(shù)優(yōu)化和過程嚴(yán)格控制，使光面爆破半孔率達(dá)到90%以上，且?guī)r面規(guī)整；劉成敏等[9]通過試驗(yàn)優(yōu)化調(diào)整孔網(wǎng)參數(shù)、裝藥方式、裝藥量、起爆順序，達(dá)到了預(yù)期爆破效果。

本文探討的大孔徑光面爆破，利用定制吊袋代替?zhèn)鹘y(tǒng)的竹片，且孔內(nèi)裝大直徑乳化藥卷，采用無導(dǎo)爆索不耦合間隔裝藥方式進(jìn)行爆破，并取得了較好的爆破效果。

1 工程概況

贛州某石灰?guī)r礦采用凹陷露天臺階式開采，前期開采沿礦體走向由西南向東北推進(jìn)。凹陷式開采地面起始標(biāo)高為+163 m 至+167 m，設(shè)計(jì)采礦最低標(biāo)高為+60 m，最終邊坡垂直高度約100 m。邊坡松散堆積層厚度為5～10 m，基巖為紅色碎屑巖和水泥灰?guī)r。采場邊坡中上部為全-強(qiáng)風(fēng)化紅色碎屑巖及松散層，邊坡穩(wěn)定性差。在采場的邊界采用光面爆破法施工，礦山采場已有7 個(gè)作業(yè)臺階，采場臺階高度為12～15 m，平臺寬度在40 m 以上。

2 施工工藝

由于該礦山工作面較少，生產(chǎn)緊張，采用竹片及導(dǎo)爆索進(jìn)行施工的方式存在爆前準(zhǔn)備工作量大、施工耗時(shí)長、不便操作等問題。為便于光面爆破施工，礦山專門定制了吊袋，吊袋直徑比藥卷直徑大2～3 mm，采用乳化炸藥間隔裝藥。施工時(shí)采用定制吊袋間隔裝藥，首先利用扎帶把吊袋按設(shè)計(jì)長度分成若干段，如圖1(a)所示；然后再按設(shè)計(jì)把藥卷裝入吊袋中，每段安插一發(fā)雷管，并進(jìn)行固定，如圖1(b)所示；最后緩慢放入炮孔內(nèi)，完成后靠自由面反方向孔壁放置，如圖1(c)所示。該施工過程熟練后，兩個(gè)人就可以單獨(dú)操作，且施工過程簡單，可大大縮短光面爆破施工時(shí)間。

圖1 光面爆破施工過程

3 影響因素分析

采用定制吊袋裝藥工藝進(jìn)行光面爆破時(shí)，影響爆后效果的因素主要有不耦合系數(shù)、吊袋直徑、藥卷直徑、裝藥結(jié)構(gòu)、線裝藥密度、炮孔密集系數(shù)、填塞長度、網(wǎng)路延時(shí)等，其中不耦合系數(shù)大小取決于藥卷直徑，而吊袋直徑一般比藥卷直徑大2～3 mm，以保證藥卷能順利裝入吊袋內(nèi)并在孔內(nèi)處于垂直狀態(tài)。綜合理論和以往經(jīng)驗(yàn)，光面爆破不耦合系數(shù)宜控制在2～5 之間，但由于爆破器材的限制，如采用直徑為Φ32 mm 的乳化炸藥連續(xù)裝藥，在無導(dǎo)爆索的情況下，裝藥過程中相鄰藥卷之間縫隙距離不易控制，易產(chǎn)生拒爆藥卷、光面效果差等現(xiàn)象。受限于礦山設(shè)備及爆破器材，本礦邊坡光面爆破只能采用直徑為Φ70 mm 的乳化藥卷間隔裝藥工藝。查閱相關(guān)資料可知，石灰?guī)r光面爆破的炸藥單耗取值范圍在0.16～0.38 kg/m3，密集系數(shù)控制在0.6～0.8，光面爆破孔延后于主爆孔150～200 ms 起爆，填塞長度需根據(jù)不同巖石的結(jié)構(gòu)進(jìn)行選取，一般情況下大于光面孔間距。炮孔孔口位置巖石較破碎，且周邊環(huán)境較好的情況下，可取適當(dāng)減少填塞長度。綜合以上分析，該礦光面爆破不耦合系數(shù)基本不變，光面孔起爆延時(shí)時(shí)間變化較小，對光面效果影響甚微，因此影響該礦光面爆破的因素主要有光面孔線裝藥密度、光面孔密集系數(shù)、填塞長度3 個(gè)因素。本礦針對這3 個(gè)因素展開現(xiàn)場試驗(yàn)，對比爆后效果，選出適合該礦的最佳光面孔參數(shù)。

4 爆破方案設(shè)計(jì)

4.1 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

（1）鉆孔直徑：根據(jù)礦山現(xiàn)有兩種型號的鉆孔設(shè)備，其鉆孔直徑分別為140 mm 和170 mm，光面爆破選取140 mm 孔徑設(shè)備更有利于邊坡穩(wěn)定。鉆孔施工中鉆孔傾斜度應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的邊坡坡度來確定。

（2）臺階高度H：臺階高度為12～15 m，孔深按照現(xiàn)場地形坡度變化來確定。本設(shè)計(jì)采取一次到底的方法進(jìn)行爆破，孔深應(yīng)比設(shè)計(jì)底板高程超深0.5～1.5 m，以確保爆后底板的平整性。

（3）炮孔長度L可按以下公式計(jì)算：

式中，L為炮孔長度，m；α為邊坡鉆孔角度。

（4）光爆層厚度：

式中，K為計(jì)算系數(shù)，一般取K=15～25；D為鉆孔直徑，光面爆破選取140 mm 孔徑設(shè)備更有利于邊坡穩(wěn)定，故本設(shè)計(jì)D=0.14 m。W光=2.1～3.5 m，軟巖取大值，硬巖取小值。

（5）爆孔間距是光面爆破中的重要參數(shù)，其經(jīng)驗(yàn)公式為：

式中，m為比例系數(shù)，取m=0.6～0.8。故a光=1.26～2.8 m。

（6）光面爆破裝藥量：

式中，Q光為光面爆破單孔裝藥量，g；q光為光面爆破的線裝藥密度，g/m。

4.2 現(xiàn)場試驗(yàn)參數(shù)選取

根據(jù)上文對該礦光面爆破效果影響的因素分析，采用控制單一變量的方法，選取了4 組不同的光面孔參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，對比其爆后效果，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 光面爆破試驗(yàn)參數(shù)

4.3 裝藥結(jié)構(gòu)

主爆孔采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，每孔安插兩發(fā)雷管；光面孔采用不耦合間隔裝藥結(jié)構(gòu)，利用吊袋使藥卷均勻分布于炮孔內(nèi)。第1、第2 組試驗(yàn)孔底加強(qiáng)段3 節(jié)Φ70 mm 的乳化藥卷，每節(jié)藥卷重2 kg，孔口減弱段一節(jié)藥卷，中間兩段各兩節(jié)藥卷，藥卷長度40 cm，共分為4 段，每段藥內(nèi)安插一發(fā)起爆雷管；第3、第4 組試驗(yàn)改變每條藥卷重量，重量減少為1.6 kg，裝藥結(jié)構(gòu)與1、2 組相同，裝藥結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 裝藥結(jié)構(gòu)

4.4 爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

該礦采用數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)路，主爆孔設(shè)計(jì)為逐孔起爆，孔間間隔時(shí)間取25 ms，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，一般孔排距越大，間隔時(shí)間越長，主爆孔與光面孔之間延時(shí)160 ms。起爆順序如圖3所示。

圖3 起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)（單位：ms）

4 爆破效果

本次爆破作業(yè)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)進(jìn)行，精細(xì)施工，爆后效果如圖4 所示。第1 組試驗(yàn)爆破效果顯示，基本無半孔痕跡，孔口拉裂嚴(yán)重，眉線不齊，爆后巖壁平整度差；第2 組試驗(yàn)半孔痕跡明顯，孔口拉裂嚴(yán)重，爆后巖壁平整度一般，眉線整齊度一般；第3 組試驗(yàn)半孔率達(dá)90%以上，孔口依然存在拉裂現(xiàn)象，爆后巖壁平整度好，眉線整齊度一般；第4 組試驗(yàn)半孔率達(dá)95%以上，炮孔填塞段基本無超欠挖情況出現(xiàn)，爆后眉線整齊。

圖4 試驗(yàn)爆破效果

5 結(jié)語

（1）使用定制吊袋進(jìn)行光面爆破不耦合裝藥，選擇合理的孔間距、光爆層厚度、線裝藥密度，可以在一定程度上保證光面孔爆后平整度及半孔率。

（2）選擇合理的光面孔填塞長度能有效降低填塞段孔壁超欠挖程度，并能保證爆后眉線的整齊度。

（3）選取吊袋進(jìn)行光面爆破施工，操作簡便，省時(shí)高效，在保證爆后效果的同時(shí)，能節(jié)約大量施工時(shí)間，為類似礦山施工提供借鑒。