光面爆破技術在某大型露天礦山邊坡治理中的應用*

劉成敏，劉紅芳，羅福友，周浩倉，王云茂，趙建平

(1.江西國泰五洲爆破工程有限公司， 江西 南昌 330038； 2.江西瑞林稀貴金屬科技有限公司， 江西豐城市 331100； 3.江西國泰民爆集團股份有限公司， 江西 南昌 330012； 4.江西省爆破工程技術研究中心， 江西 南昌 330012; 5.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012)

光面爆破技術在某大型露天礦山邊坡治理中的應用*

劉成敏1,3,4，劉紅芳2，羅福友1,4，周浩倉1,4，王云茂1,3,4，趙建平5

(1.江西國泰五洲爆破工程有限公司， 江西 南昌 330038； 2.江西瑞林稀貴金屬科技有限公司， 江西豐城市 331100； 3.江西國泰民爆集團股份有限公司， 江西 南昌 330012； 4.江西省爆破工程技術研究中心， 江西 南昌 330012; 5.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012)

針對某大型凹陷露天礦的開采現狀，充分考慮其地質條件、巖石特性與邊坡保護的需要，在不改變原有開采方案與工藝的前提下，設計應用光面爆破技術進行邊坡治理，詳細介紹了該爆破技術的炮孔參數設計、炮孔布置以及起爆網絡設計，方案實施后，有效解決了臺階不成型、坡面不齊的問題，較好地維護了邊坡的穩定性，取得了良好效果。

光面爆破；大型露天礦；邊坡治理；安全隱患

光面爆破法具有保護圍巖的完整性，提高圍巖的穩定性和承載能力等優點，能夠控制爆破作用的范圍和防線，使爆后的邊坡平整，光滑，滿足設計要求，廣泛應用于邊坡治理與隧道開挖等各類工程中。

某大型露天凹陷開采礦山由于開采歷史較久，采礦權歷經多次轉讓，沒有延續性的開采規劃和合理的邊坡保護方案，造成礦山開采混亂，開采邊界邊坡高陡，由于巖溶地質，存在大量的巖溶裂隙，給礦山的正常生產帶來了很大的安全隱患。針對該礦的特點，設計了應用光面爆破技術進行邊坡治理的方案，成功解決了邊坡治理的難題。

1 礦山現狀

1.1 開采現狀

某礦山年產礦石720萬t，采用凹陷露天開采，生產工藝為：表土剝離—深孔鉆機穿孔—爆破—機械鏟裝—液壓錘二次破碎—汽車運輸至區內破碎站(破碎)—皮帶運輸至水泥廠，開拓方案為公路開拓。

目前，礦山已在礦區南西端形成一采坑，采坑有積水現象，積水用于礦山中部采場生產用水。采場沿東西向布置往北東向推進，已有5個作業臺階，臺階高度12～15 m，平臺寬度約40 m以上，臺階坡面角約75°～90°，沒有掏采現象。

1.2 邊坡地質條件

開采地面起始標高+163～+167 m，最低標高為+60 m，最終邊坡垂直高度約100余米。邊坡松散堆積層厚度5～10 m，基巖為紅色碎屑巖和水泥灰巖，采區范圍內有溶洞、裂隙、泥質夾層等分布，易發生地表塌陷。采場邊坡中上部為全～強風化紅色碎屑巖及松散層，邊坡穩定性差。西南側邊坡位于某河流旁，屬巖土混合斜向斜坡，洪水季節在靜水壓力作用下，易產生潛蝕管涌現象。東側邊坡為巖土混合斜向斜坡，邊坡穩定性一般較好。北側邊坡屬混合順向斜坡，由于境外匯水面積較大，易產生山洪片流及順層面局部崩滑，因此礦區的工程地質類型中等復雜。

1.3 邊坡參數設計

該礦最終邊坡有關參數如圖1所示，開采作業面邊坡角表土及風化層≤45°，新鮮巖體為 68°，生產臺階高度15 m，最終邊坡角為47°～50°。根據目前開采情況，最終邊坡未能達到安全要求，故需進行邊坡治理，采用光面或預裂爆破使邊坡坡面平整、穩定，以達到安全要求。

圖1 設計邊坡

2 光面爆破方案

2.1 光爆孔參數設計

在參考了大量的邊坡治理方案后，在不改變礦山原有工藝的前提下，設計相應的參數。根據礦山現有鉆孔設備，其鉆孔直徑分別為140 mm和170 mm，光面爆破選取140 mm孔徑設備更有利于邊坡穩定。臺階高度為12～15 m，孔深按照現場地形坡度變化來確定。設計采取一次到底的方法進行爆破，另外爆破孔深應比設計底板高程超深0.5～1.5 m，以確保爆后底板的平整性。光面爆孔參數的計算公式為：

(1) 炮孔長度L：

L=(H+h)/sinα

式中，L為炮孔長度，m；α為邊坡鉆孔角度。

(2) 抵抗線W光：

W光=KD(m)

式中，K為計算系數，一般取K=15～25；D為鉆孔直徑。W光=2.1～3.5 m，軟巖取大值，硬巖取小值。

(3) 炮孔間距a光：

a光=mW光

式中,m為比例系數，取m=0.6～0.8；故a光=1.26～2.8 m。

(4) 單孔裝藥量Q光：

Q光=q光L

式中，q光為線裝藥密度，q光=K光a光W光，g/m；K光為巖石光面爆破炸藥單耗，g/m3，石灰巖取160～380 g/m3，含泥質、裂隙較發育的取小值，結構完整、致密的取大值。

2.2 主炮孔參數設計

實施光面爆破的區域前端部分預留2～3排主炮孔和1～3排輔助炮孔，或只預留光爆層。光面爆破的炮孔起爆時間應比前排主炮孔(或輔助炮孔)滯后50～250 ms。

表1 主炮孔的相關參數

2.3 炮孔布置

根據開采方案的邊坡設計，確定了兩種炮孔布置方式，以形成所需的坡面，光面孔的傾角分別為68°和45°，具體見圖2。

圖2 炮孔布置

2.4 起爆網路設計

起爆網路采用高精度毫秒延期導爆管雷管，主炮孔孔內一致用400 ms延期雷管，孔間用25 ms雷管連接，排間用42 ms雷管連接，光面爆破炮孔每3～5個孔作為一組同時起爆，組間用25 ms雷管連接。其爆破網路如圖3所示。

圖3 爆破網路

3 施工要求

為達到光面爆破的目的，施工過程中必需嚴格按照制定的施工方案進行鉆孔和施爆。

光爆孔施工的過程中，需要選擇合適的藥卷直徑，藥卷直徑與炮孔直徑要相配，要求爆破后產生的效果既能克服較大的巖石抵抗，使炮孔內壁周邊的巖石少受或不受破壞，又要能保證穩定的炮轟[7]。研究表明不耦合系數為1.5～4時能取得較好的爆破效果[8]。

施工過程中采用了空氣間隔不耦合裝藥的方式，為防止出現底部夾制，底部加大裝藥量，采用直徑為90 mm的炸藥，其它各段采用直徑為70 mm的炸藥，保證不耦合系數為2左右。每孔內部孔底段與孔口段各裝一發同段別的雷管，分別采用反向和正向起爆的方式安裝，各分段之間通過導爆索傳爆。為方便裝藥和保證裝藥質量，采用專用的吊裝袋進行裝藥，炸藥裝入炮孔前，根據每孔的裝藥量，將炸藥先裝入吊裝袋內，再將整體裝入炮孔中。

4 爆破效果分析

通過實施光面爆破前后的臺階外觀對比，發現實施光面爆破后邊坡上的半孔率達到了70%以上，減小了對保留巖體的破壞，邊坡上松散的圍巖較少。光面爆破技術的成功應用，有效地解決了臺階不成型，坡面參差不齊的問題，較好地維護了邊坡的穩定。

由于該礦采區存在溶洞、裂隙、泥質夾層等情況，尤其是上部平臺更為復雜，給鉆孔增加了難度，爆破過程中的安全風險也較高，且光面爆破形成的坡面很難達到光滑平整的要求，部分地段需要用到噴漿支護等。

5 結 語

在地質條件多變，高臺階、深孔、大孔徑的工藝中使用光面爆破技術，具有較大的難度，會遇到各種問題，如地質條件差，成孔率較低，孔壁粗糙，孔內有水或泥等情況，需要充分結合現場的實際情況，通過試驗優化調整孔網參數，裝藥方式，裝藥量，起爆順序，以達到最佳爆破效果。

[1]曹 鋒.光面爆破技術在路基邊坡開挖中的應用[J].現代礦業,2016,566(06):284￣285.

[2]喻江武,鄭小平,謝全敏,等.緩傾路塹邊坡開挖光面爆破施工方法研究[J].施工技術,15,44(S1):266￣270.

[3]張五興.露天礦光面爆破效果控制研究[J].現代礦業,2012(8):5￣7.

[4]王建秀,鄒寶平,胡力繩.隧道及地下工程光面爆破技術研究現狀與展望[J].地下空間與工程學報,2013,9(4):800￣807.

[5]劉殿書,李勝林.爆破工程[M].北京:科學出版社,2011.

[6]郭 堯,袁 甲.光面與預裂爆破對隧道圍巖損傷的試驗研究[J].工程爆破,2011,17(4):31￣35.

[7]尚玉峰.影響光面爆破效果的因素分析[J].南方金屬,2008,162(9):53￣58.

[8]許名標,彭德紅.邊坡預裂爆破參數優化研究[J].爆炸與沖擊,2008,28(4):355￣359.(收稿日期：2017￣08￣14)

江西省科技廳科技平臺和基地建設(20164BCD40054).

劉成敏，男，江西東鄉人，碩士，采礦工程工程師，長期從事爆破工程設計與技術研發工作，Email：justlcm19891202@163.com。