露天爆破中巖根和大塊產生的原因及對策研究

馬三振 代治國 蔡國成 樊濤

摘 要：露天爆破大塊率和根底率是衡量爆破質量的2項重要指標。但是，因環境條件、地質結構、巖性組成、爆破參數與技術和施工與管理等因素的影響，往往達不到理想的爆破效果，爆破后難免會產生部分大塊、根底甚至底板大面積抬高等問題?；诖?，本文主要探討產生根底及大塊的原因，然后提出針對性的預防大塊及根底產生的對策。

關鍵詞：露天爆破；巖根；大塊

中圖分類號：TD235 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）16-0084-03

Causes and Countermeasures of Rock Masses and Blocks in

Open Air Blasting

MA Sanzhen DAI Zhiguo CAI Guocheng FAN Tao

Abstract： The mass rate and base rate of open pit blasting are two important indexes to measure the quality of blasting. However， due to the influence of environmental conditions， geological structure， lithologic composition， blasting parameters and technology， construction and management and other factors， it often fails to reach the ideal blasting effect. After blasting， it is unavoidable to raise a large area of large areas， roots and even the bottom floor. Based on this， this paper mainly discussed the causes and the reasons for the big blocks， and then put forward the corresponding countermeasures to prevent the bulk and the roots.

Keywords： an open-air blasting；rock roots； large blocks

穿孔爆破是露天采場生產的第一道工序。爆破的目的是為采場后期鏟裝、運輸和破碎等工藝環節提供最佳的爆堆尺寸和塊度，直接影響礦山生產及技術經濟指標的完成。評價爆破質量的2項重要指標是大塊率和根底率。然而，由于環境條件、巖性變化、地質構造、爆破技術、爆破參數和施工與管理等客觀因素的存在，爆破質量無法達到預期設想的效果，爆破后會產生部分大塊、根底甚至底板抬高（二層臺）等問題，對后期鏟裝作業帶來影響，導致現場采裝設備的磨損[1，2]。某露天金屬礦山采用中深孔臺階式爆破開采，每一臺階高度為10m，穿孔設備使用的是CS165E潛孔鉆機。炮孔裝藥方式為底部連續柱狀裝藥，上部采用巖粉進行炮孔充填。經過長期爆破施工發現，特殊地質環境條件下爆破后出現大塊和巖根的可能性很大，通過調整爆破設計參數和施工組織方式可以減少大塊和巖根但不能避免[3-5]。因此，探索預防大塊及根底產生的對策顯得尤為迫切。

1 爆破過程中產生根底及大塊的現狀

在實際生產中，因地質構造、巖性變化、環境條件、爆破參數與技術和施工與管理等因素的影響，爆破質量無法達到預期效果，爆破后會不可避免地產生大塊、根底甚至底板抬高（二層臺）等問題，給下一次施工帶來不便，影響鏟裝作業，導致設備磨損。某露天金屬礦山采用中深孔臺階式爆破開采，每一臺階高度為10m，穿孔設備使用的是CS165E潛孔鉆機。炮孔裝藥方式為底部連續柱狀裝藥，上部采用巖粉進行炮孔充填。長期的爆破施工發現，特殊地質環境條件下爆破后出現大塊和巖根（見圖1）的可能性較大，通過調整爆破設計參數和施工組織方式可以減少但不能避免。目前，巖根孔裝藥填塞方式采用和主爆區一樣的方法，但主爆區炮孔為垂直孔、深度大，巖根孔多為傾斜孔布置且深度較淺。采用同樣的方式進行裝藥與填塞，不僅浪費人力，且效率低、裝填效果差。因此，探索預防大塊及根底產生的對策顯得尤為迫切。

2 產生根底及大塊的原因

2.1 巖石可爆性差

巖石可爆性指巖石抵抗炸藥爆破破碎的難易程度的性能。其是巖石物理力學性質和地質結構對炸藥、爆破參數和工藝等因素在爆破過程中的綜合表現，影響后續的爆破效果。影響巖石爆破性的內在因素是巖石本身的物理力學性質，外在因素是炸藥性質、爆破工藝等。前者取決于巖石的地質生成條件、礦物成分、結構和后期的地質構造，表現為巖石密度、孔隙性、碎脹性、彈性、塑性、脆性和巖石強度等物理力學性質；后者則取決于炸藥類型、藥包形式和重量、裝藥結構、起爆方式和間隔時間、最小抵抗線與自由面的大小、數量、方向及自由面與藥包的相對位置等。巖石本身的物理力學性質是最主要的影響因素。炸藥爆炸對巖石的爆破作用主要有兩個方面：一是克服巖石顆粒之間的內聚力，使巖石內部結構破裂，產生新鮮斷裂面；二是使巖石原生的、次生的裂隙擴張而破壞。前者取決于巖石本身的堅固程度；后者則受巖石裂隙性所控制。因此，巖石的堅固性和巖石的裂隙性是影響巖石爆破性最根本的影響因素。

2.2 局部巖石存在差異

同一區域分布2種以上礦巖，礦巖交互出現，可爆性存在差異，但孔網參數設計未根據巖石差異變化，造成可爆性差的區域炮孔裝藥不足，使得抵抗線不均勻，爆破作用方向發生變化，爆破后對巖石的爆破作用不夠，從而留下大塊及根底。

2.3 孔網參數設計不當

露天采場臺階的坡面一般是凹凸不平的。根底的產生取決于底盤抵抗線Wd，礦巖破碎程度取決于平均抵抗線Wa，爆破安全性取決于最小抵抗線Wm。進行爆破設計時，前排孔設計要遵循Wd、Wm和Wa三個指標相對均衡的原則。進行后排孔設計時，要注意孔網參數不能過大或過小，保證孔網參數設計的合理性。

2.4 裝藥結構不合理

炮孔裝藥高度小是臺階上部產生大塊的主要原因。實踐發現，炮孔采用連續柱狀裝藥結構，斜孔爆破效果優于直孔爆破。因此，可以調整炮孔裝藥結構，使炮孔分上下兩段進行藥柱裝填，中間采用空氣或惰性物質進行間隔處理，在保持炸藥單耗不發生改變的情況下，提高裝藥高度，增大上部爆炸能量，達到減少大塊產生的目的。

2.5 炮孔成孔差

穿孔質量不能達到設計要求，個別炮孔孔位有偏差，導致孔網參數不均衡。此外，爆區炮孔超深變化大，導致爆破效果差。炮孔成孔后，孔口防護措施不到位，由于外界作用導致孔口巖渣掉落至孔內及孔壁發生塌落使炮孔深度減小，導致炮孔抵抗線發生變化，使得爆破后巖體破碎不均衡，產生大塊和根底。

2.6 其他原因

2.6.1 巖體中裂隙發育程度及巖層間節理方向的影響。露天爆破由于受上部臺階超鉆作用、前部臺階爆破后沖及鄰近爆破的震動作用，爆破后的巖體大部分為塊狀結構，因此，爆破后產生的巖體一般是沿著原來的裂隙和節理發生破碎的，臺階上部巖體這種現象最為明顯。研究表明，帶有新鮮破裂面的大塊僅占大塊總數的3%～5%。當臺階坡面與巖層走向為斜交或是垂直時，巖層裂隙對爆破后大塊、根底產生的影響更明顯。

2.6.2 地質斷層的影響。斷層是普遍存在的。斷層的存在，第一，使單孔負擔面積發生變化，改變了抵抗線的大??；第二，對裝藥孔而言，其能起到泄能的作用，從而導致巖體破碎不理想，電鏟挖掘困難，易于形成擋墻、根底等問題。

3 預防大塊及根底產生的對策

3.1 采用大孔距、小抵抗線的爆破方法

采用大孔距、小抵抗線的方法對降低大塊及根底具有顯著的效果，其原理主要表現在3方面。第一，大孔距、小抵抗線的爆破方式能使爆破產生的反射拉力作用大大增強，對巖石破碎程度與裂隙網絡形成具有重要作用。第二，大孔距、小抵抗線的爆破方法能使爆炸氣體的推力作用大大增強，爆炸產生的爆炸氣體在向裂隙延伸的過程中，抵抗線越小，氣體膨脹能就越小，作用于巖石破碎的爆炸能就越大，爆破大塊率就越小。第三，炸藥在炮孔中爆炸產生的爆炸能使巖石以炮孔為中心，形成放射狀裂隙。當處于大孔距小抵抗線狀態下時，爆炸產生的反射能量增強，有利于長裂隙的形成與發展，同時較大的孔距減弱了應力釋放，徑向裂隙得到充分發育。

3.2 采用微差爆破

在露天爆破中，采用微差爆破可以形成新的自由面，應力波疊加可以增強巖石的破碎作用。爆破自由面越多，爆破的效果越好，爆破大塊率就越小。前一排炮孔爆破時，爆炸能將巖石推向開挖方向，從而為之后的排炮孔形成新的自由面，減輕爆破阻力，以此類推，形成良好的爆破效果。

3.3 選擇合理的炸藥單耗和裝藥結構

炸藥單耗是控制爆破效果的重要參數，當炸藥單耗較小時，爆炸能量較小，對巖石的破碎作用較小，容易形成爆破后塊度大、留根底的現象；當炸藥單耗較大時，產生的爆炸能量較大，作用范圍也大，容易造成飛石等危險。裝藥結構可采用間隔裝藥結構，把炸藥分成數段進行裝填，使炸藥的爆炸能量均勻地作用于巖石中。

現場施工時，巖根及大塊的產生不僅會影響后續鏟裝效率，而且會給下次臺階爆破帶來影響。所以，要做好地質勘探工作，根據不同區域巖石特性進行爆破設計，減少爆破后根底的產生，從而達到最優的爆破效果。

參考文獻：

[1]林德余.礦山爆破工程[M].北京：冶金工業出版社，1993.

[2]中國力學學會工程爆破專業委員會.爆破工程[M].北京：冶金工業出版社，1992.

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[5]李永強，許利生.淺析露天礦爆破大塊和根底產生的原因及對策[J].現代礦業，2006（9）：46-48.