大孔徑垂直深孔在邊坡控制爆破中的應(yīng)用

王習(xí)文，劉 軍，朱成劍

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司永平銅礦，江西鉛山 334506)

1 引言

永平銅礦露天采礦場位于武夷山北麓江西省鉛山縣永平鎮(zhèn)境內(nèi).設(shè)計(jì)境界南北長約1700m，東西寬約600～900m，設(shè)計(jì)規(guī)模為10000t/d，于1984年建成投產(chǎn)，投產(chǎn)至今已生產(chǎn)近30年。采區(qū)最高海拔標(biāo)高474.7m，154m標(biāo)高以上為山坡露天，154m標(biāo)高以下為凹陷露天。采場臺(tái)階高12m。現(xiàn)已進(jìn)入了深凹陷露天開采，最低已開采至北坑-2m，隨著露天開采的繼續(xù)進(jìn)行，爆破對(duì)高陡邊坡的潛在危害日益凸顯，在臨近高陡邊坡爆破時(shí)，必須采取邊坡控制爆破，精心設(shè)計(jì)爆破參數(shù)，優(yōu)化裝藥結(jié)構(gòu)，確保邊坡的穩(wěn)定與安全。

2 邊坡控制爆破

2.1 基本概念

邊坡控制爆破是指沿邊坡線按設(shè)計(jì)邊坡高度、坡度采用控制爆破技術(shù)進(jìn)行邊坡開挖的方法。邊坡控制爆破是維護(hù)邊坡穩(wěn)定的重要技術(shù)措施，其基本方法有光面爆破和預(yù)裂爆破。永平銅礦臨近邊坡爆破時(shí)采用預(yù)裂爆破。

2.2 預(yù)裂爆破成縫機(jī)理

關(guān)于預(yù)裂爆破的成縫機(jī)理有三種解釋:應(yīng)力波干涉理論、以高壓氣體為主要作用的理論、爆炸應(yīng)力波和高壓氣體聯(lián)合作用理論［1］。第三種理論為大多數(shù)人接受。

聯(lián)合作用理論可以用以下粗略模式來描述:爆炸應(yīng)力波由炮孔向四周傳播，在孔壁及炮孔連線方向出現(xiàn)裂縫，隨后在爆炸氣體作用下，使原裂縫延伸擴(kuò)大，最后形成平整的開裂面。該模式將預(yù)裂成縫機(jī)理分為兩個(gè)過程，即應(yīng)力波的作用過程和高壓氣體的作用過程，第一個(gè)過程，應(yīng)力波的作用:當(dāng)它從孔壁向四周傳開后，產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力超過巖石的抗拉強(qiáng)度而使巖石破裂。最初的裂縫出現(xiàn)在炮孔壁向外的短距離內(nèi)。如果應(yīng)力波在兩孔之間能夠發(fā)生疊加，那么，在此區(qū)段內(nèi)，合成拉應(yīng)力也能使巖石產(chǎn)生裂縫。這些裂縫給預(yù)裂面的形成創(chuàng)造有利的導(dǎo)向條件。

爆炸高壓氣體緊接著應(yīng)力波作用到孔壁上，它的作用時(shí)間比應(yīng)力波要長的多。孔周圍便形成準(zhǔn)靜態(tài)的應(yīng)力場。相鄰炮孔相互作用，并互位應(yīng)力場中。孔中連線方向產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，孔壁兩側(cè)產(chǎn)生拉應(yīng)力集中。如果孔的間距很近，則炮孔之間連線兩側(cè)全部是拉應(yīng)力區(qū)，并達(dá)到足以拉斷巖石的程度。

3 爆破方案

邊坡控制爆破的目的是:改善爆破效果，首先要不形成根底、巖墻，減少大塊;減小臨近邊坡炮孔爆破時(shí)對(duì)邊坡巖壁的破壞程度;減小爆破地震對(duì)已形成邊坡的影響［2］。為了達(dá)到上述效果，采用預(yù)裂爆破和逐孔爆破相結(jié)合的方法，主爆孔采用毫秒延期逐孔起爆，臨近邊坡炮孔實(shí)施預(yù)裂爆破，即沿設(shè)計(jì)邊坡線打一排孔距減小的預(yù)裂孔。預(yù)裂孔減小裝藥量，采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)。

4 爆破參數(shù)

4.1 預(yù)裂孔參數(shù)

當(dāng)前國內(nèi)露天礦山臨近邊坡深孔爆破，預(yù)裂孔直徑大多在80～100mm之間［3］，而永平銅礦現(xiàn)有的穿孔設(shè)備為孔徑250mm牙輪鉆機(jī)，缺乏小孔徑穿孔設(shè)備，所以采用孔徑250mm的牙輪鉆機(jī)穿鑿預(yù)裂孔。經(jīng)過長期的現(xiàn)場爆破實(shí)踐和探索，總結(jié)出預(yù)裂孔爆破參數(shù)如下:

(1)孔徑D:250mm。

(2)臺(tái)階高度H:12m。

(3)孔深L:12m。

(4)不耦合系數(shù):預(yù)裂爆破一般均采用不耦合裝藥，參照國內(nèi)礦山有關(guān)大孔徑預(yù)裂爆破的有關(guān)文獻(xiàn)資料，不耦合系數(shù)一般為3～5［3］，對(duì)堅(jiān)硬巖石不耦合系數(shù)取小值，軟巖取大值。永平銅礦預(yù)裂孔采用直徑32mm乳化炸藥藥卷組合裝藥，不耦合系數(shù)為3.9～7.8。

(5)孔距a:一般取孔距a=(8～12)D，最高為17倍。原則是硬巖孔距大，軟巖孔距小［4］。因礦巖堅(jiān)硬，線裝藥密度較大，取孔距為2～3m。

(6)裝藥量:為克服炮孔底部夾制作用，孔底裝藥 12kg，然后按每延米 4kg、3kg、3kg、2kg、2kg、1kg、1kg、1kg的順序裝藥17kg。每孔共裝藥29kg，裝藥高度8.5m。平均線裝藥密度3.41kg/m。

4.2 緩沖孔參數(shù)

在我國礦山采用大孔徑垂直預(yù)裂孔爆破中，較多采用的是主爆孔和預(yù)裂孔之間布設(shè)一排緩沖孔。其中緩沖孔孔間距是正常主爆孔的1/2～2/3，緩沖孔與主爆孔排間距是正常主爆孔的1/2～2/3，緩沖孔裝藥量是正常主爆孔的35%～40%，一般采用中間分段間隔裝藥［5］。結(jié)合礦山實(shí)踐，緩沖孔參數(shù)選為:

(1)孔徑D:250mm。

(2)孔深L:13.5m。

(3)孔距a=4m。

(4)緩沖孔與預(yù)裂孔排間距取3m。

(5)緩沖孔與主爆孔排間距取4m。

(6)裝藥量與裝藥結(jié)構(gòu):采用直徑150mm袋裝乳化炸藥，規(guī)格為12kg/袋。每孔裝藥12袋共144kg，孔底裝藥84kg，中間空氣間隔2m，上部裝藥60kg。

(7)充填高度5.5m。

4.3 主爆孔參數(shù)

永平銅礦根據(jù)長期的現(xiàn)場爆破實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累出了不同巖石類別的炮孔參數(shù)，主爆孔參數(shù)見表1。裝藥結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

表1 永平銅礦中深孔爆破參數(shù)表

圖1 炮孔剖面圖

4.4 起爆網(wǎng)絡(luò)和起爆順序

為了減少炮孔同時(shí)起爆炸藥量過大，對(duì)邊坡造成破壞，主爆孔和緩沖孔采用毫秒導(dǎo)爆管逐孔起爆，預(yù)裂孔采用導(dǎo)爆索連接一次起爆，以利于形成預(yù)裂面。起爆時(shí)首先一次起爆所有預(yù)裂孔，然后再按設(shè)計(jì)順序逐孔起爆主爆孔，最后起爆緩沖孔。預(yù)裂孔超前主爆孔至少50～100ms(硬巖取下限，軟巖取上限)，以確保在主爆孔起爆前形成減震預(yù)裂帶［6］。結(jié)合現(xiàn)場爆破實(shí)踐及雷管段別，采取預(yù)裂孔超前主爆孔65ms起爆。起爆網(wǎng)絡(luò)圖見圖2。

圖2 起爆網(wǎng)絡(luò)圖

5 實(shí)施效果

(1)永平銅礦在臨近邊坡爆破時(shí)采用大孔徑預(yù)裂孔和主爆孔逐孔起爆技術(shù)，通過控制預(yù)裂孔每孔裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)、主爆孔一次爆破量，有效地降低爆破應(yīng)力峰值，避免了預(yù)裂孔周圍巖石的過粉碎，使爆破過程中形成了完整的邊坡坡面。

(2)預(yù)裂孔先主爆孔起爆形成的預(yù)裂縫，也有效地阻隔了主爆孔爆破地震波的傳播，起到了降低爆破震動(dòng)的作用，減小了爆破震動(dòng)對(duì)已有邊坡的破壞。有效地保證了邊坡的穩(wěn)定與安全，為企業(yè)安全生產(chǎn)提供了保障。

(3)由于爆破效果良好，減少了二次邊坡清理費(fèi)用，為企業(yè)生產(chǎn)節(jié)約了成本。現(xiàn)場邊坡控制爆破效果見圖3。

圖3 爆破效果圖

6 結(jié)語

通過爆破實(shí)踐，永平銅礦采用生產(chǎn)鉆機(jī)進(jìn)行大孔徑的預(yù)裂爆破，取得了良好的效果，確保了邊坡的安全與穩(wěn)定，節(jié)約了成本，提高了現(xiàn)有設(shè)備的利用率。對(duì)同類型的礦山具有一定的參考意義。

［1］汪旭光.爆破設(shè)計(jì)與施工［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2011:247-249.

［2］劉贊平，李毅軍，岳鑫，等.預(yù)裂爆破技術(shù)在露天大孔徑深孔爆破中的應(yīng)用［J］.河北冶金，2008(1):16.

［3］畢可程.大孔徑預(yù)裂爆破技術(shù)在高村露天鐵礦的實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2011(7):85.

［4］高爾新，楊仁樹.爆破工程［M］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1999:200.

［5］汪旭光.爆破設(shè)計(jì)與施工［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2011:260.

［6］黃鐵平.大孔徑預(yù)裂爆破技術(shù)在云浮硫鐵礦的應(yīng)用［J］.化工礦物與加工，2004(11):37.