露天石灰石礦山邊坡爆破優化措施

宋耀東，青仕海，張 橋，楊 斗

(四川中鼎爆破工程有限公司， 四川 成都 610041)

0 引 言

遵義三岔礦是一座年生產200萬t的露天石灰石礦山，礦區地處大婁山脈南坡，地形屬巖溶丘陵洼地和槽谷地貌，以中低山、丘陵為主。礦山由近南西至北東向展布的山脈組成。區內海拔在881.6～1052.5 m間，最大高差為170.9 m。

礦區內礦體巖性為厚層狀粉晶灰巖、中厚層狀泥粉晶生物碎屑灰巖，主要礦物為方解石，礦體內無軟弱夾層及軟弱結構面存在，節理裂隙弱發育。巖石的抗風化能力強，工程地質巖組屬于穩定性較好的塊狀中硬巖組。

開采礦體無軟弱結構面和軟弱夾層，除少量覆蓋外，礦體絕大部分裸露于地表，礦床采用露天臺階式開采，根據礦石的抗壓強度測試，平均抗壓強度107.75 MPa，礦體巖石為穩定性較好的塊狀中硬巖組。

2014至2016年，在開采過程中主要遇到以下幾點問題：

（1）靠近采區邊緣原始地形爆破之后存在高邊坡。

（2）靠近原始地形爆破之后底部根底較多。

（3）殘留的高邊坡后期鉆機無法在頂部進行作業，只能在底部垂直穿孔進行爆破，爆破效果差、爆破飛石嚴重。

1 爆破控制

1.1 建立評價體系

爆破作業的目的是通過炸藥做功將礦體爆破成生產活動需要的礦石，在爆破作業環節中，對于生產企業，根據所關注的權重大小，主要關系有三大方面：

（1） 爆破安全。爆破作業是能量釋放轉移的過程，炸藥爆破瞬間具有大量的能量釋放，根據能量意外釋放理論，事故是一種不正常的或不希望的能量釋放。在爆破作業中，當炸藥沒有按照設定好的方式釋放就會造成事故，對人員及財產造成巨大的損失。所以，爆破安全是設定的第一個指標，結合該礦山礦群關系與生產環境，主要有爆破震動和爆破飛石兩個指標。

（2）爆破質量。在確保安全的前提下，還要確保爆破質量，結合該礦山的生產情況和爆破效果的基本評價指標，對于每次爆破質量的評價主要有：大塊率、根底、易挖性三個評價指標。

（3）經濟成本。在安全質量的前提下，成本是爆破作業必須考慮的因素。當單耗過大會導致粉礦率增大，浪費資源；當延米爆破量過小，會導致穿孔成本增加，所以結合該礦實際情況主要以單耗進行經濟性評價。

建立了專門的爆破評價體系圖，詳細見圖1。

圖1 爆破評價體系圖

1.2 安全措施

根據所關注的權重大小，建立了評價指標體系，根據評價指標體系，對每一項因素（其中B1-B3屬于因素指標，C1-C7屬于各因素指標的子指標）詳細的進行管理，通過安全技術措施及管理措施實現目標層（A1為目標層）。

1.2.1 爆破安全

1.2.1.1 爆破震動

該礦在開采初期由于爆破震動導致礦群關系緊張，村民經常上礦山阻撓生產。為了能夠定量反應出爆破震動的實際大小，研究對村民區的影響是否符合國家規定，緩解緊張的礦群關系，采取了以下幾點措施：

（1）技術上，購置了NUBOX-8016測振儀，對于每次的爆破進行數據采集；

（2）管理上，聯系政府相關協調人員，采取三方協商解決的辦法，每次安排技術人員到村民屋進行定點測量，詳細的向村民解釋爆破產生震動的原因及危害，同時結合國家標準、實際數據，做好相關記錄，面對村民反應的震動擾民問題，積極的配合政府做好各項工作，同時對于村民的過激反應，采取接納交流等方法，目前礦群關系得到良好的改善。

1.2.1.2 爆破飛石

遵義三岔礦山主要的爆破方式為中深孔臺階爆破，孔徑140 mm，采取逐孔起爆技術。輔助爆破有淺孔根底及邊坡爆破，其中中深孔臺階爆破飛石較少，飛石比較嚴重的是根底及邊坡爆破，為了控制爆破飛石，主要采取了以下幾點措施：

（1）臺階中深孔充填長度最小確保4 m，充填材料采用鉆屑，嚴禁采用巖粉；

（2）加強炮孔檢測，鉆孔結束進行孔深及孔壁完好測量，裝藥作業前進行統一測量，裝最后一包膨化硝銨前進行測量，確保充填長度；

（3）針對根底飛石比較嚴重的情況，經過長期觀察發現，根底飛石的主要原因是填塞質量不足，爆破作業人員在根底充填過程中存在空腔。為了消除這種情況，在管理方面嚴格要求在淺孔充填過程中進行雙人聯合作業，其中一人送充填材料，另一人用炮桿進行加密，確保充填密實。

1.2.2 爆破質量

為了確保爆破質量的良好，我們建立了質量評價指標。

1.2.2.1 大塊

在開采過程中，經長期觀察，大塊產生的主要原因有：

（1）夾層等含泥料吸收爆破能量，導致能量消耗嚴重，爆破產生大塊；

表1 爆破質量標準

（2）裝藥高度不足，導致頂部產生較多大塊。

（3）炮孔偏移，局部產生大塊；

主要采取的措施有：

（1）做好測量工作，充分利用全站儀定位定點功能，針對夾層等軟巖地址，調整炸藥品種，采用混合裝藥結構；

（2）三岔礦山中深孔主裝藥為乳化和膨化硝銨，長期總結各自裝藥密度，通過合理的搭配確保裝藥高度，目前采取1件Φ90乳化炸藥結合3包膨化硝銨，裝藥結束后，針對部分孔壁較差的炮孔，上部采用空氣間隔，防止堵塞過長；

（3）為了預防鉆孔偏差過大，鉆孔作業采取雙人作業的方式，制定鉆孔質量要求，建立責任制度。對于設計好的爆區，將設計孔參數和實際鉆孔參數進行比較，要求孔位誤差為±50 cm，孔深誤差為±20 cm，鉆孔傾角誤差為±5%；其中一項不合格標記本孔位不合格，單個爆區，合格率要求為94%。

1.2.2.2 根底

該礦山是一座國家二級標準化礦山，對采臺的平整度要求嚴格，要求平整度在±50 cm，為了確保采臺平整度，主要采取以下幾點措施：

（1）做好挖裝反饋，對于每一個爆區建立相關的挖裝反饋資料，在爆堆挖裝清理干凈之后，挖機操作手填寫相關的挖裝反饋表；

（2）布孔之前進行地質勘查，做好相關測量，保證鉆孔位置合理，標高明確，孔深明確；

（3）對于鉆孔作業進行嚴格管控，鉆孔結束之后及時進行驗孔，對于不滿足設計要求的鉆孔，及時進行冼孔；

（4）爆破作業裝藥過程保證底部藥量充足，確保起爆彈位置在底板處；

（5）當爆區挖裝干凈之后及時的進行相關測量，以便形成測量數據，對比分析。

1.2.2.3 易挖性

所謂易挖性的分析，首先建立挖裝標準，根據挖機的性能不同，建立正常裝車標準，當爆堆挖裝時間小于正常標準，表明易挖性差，當挖裝時間大于正常標準，表明易挖性良好。主要采取的措施有：

（1）根據抵抗線剛度比（臺階高度/抵抗線），如果剛度小于 2，巖石為中硬巖石，難于破碎，需要更大的超深，也就是說小剛度比需要更高的能量與之產生均衡的破碎效果，目前礦山臺階高度 12 m，抵抗線為4 m，剛度值為3；

（2）改善爆破器材，為了改善易挖性，逐步將普通導爆管雷管改變為高精度抗水雷管，2017年又將高精度抗水雷管調整為數碼電子雷管，充分實現逐孔起爆技術，避免因爆破器材的延期精度問題影響爆破設計效果。

1.2.3 經濟成本

爆破作業在確保安全與質量前提下，爆破成本至關重要，成本過高導致資源浪費，成本過低，導致挖裝爆破效果差，挖裝成本增加，主要控制指標為單耗。

單位量的礦石爆破所需要的炸藥量為單耗。單耗是爆破成本的決定性因素，主要決定因素有巖石可爆性、炸藥特性、自由面、起爆方式等。技術方面可行的主要有自由面選擇和起爆方式選擇。

選擇爆區形狀和布局形式，避免不利的邊緣效應、飛石和空氣沖擊波，從而實現高效爆破和優化炸藥性能。主要從以下幾個方面進行考慮：

（1）選擇合理的長深比（爆區長與進深之比），最小化后沖，堵塞物料的噴出和空氣沖擊波；

（2）巖體破碎后膨脹，需要30%～40%額外空間；避免90°拐角；

（3）充分利用自由面；

1.3 爆破流程管理

建立明確詳細的爆破作業流程，通過精細化爆破設計、施工、管理，實現安全可靠、技術先進的爆破作業。

為了實現精細化爆破作業，制定了詳細的爆破作業流程。

1.3.1 布孔

根據初步設計，進行布孔作業，布孔作業過程中做好測量工作，用全站儀將孔外位輸到電腦CAD上，制作鉆孔參數圖，每個孔位標明孔深、傾角、誤差要求等。

1.3.2 完善設計

根據測量所得的孔深，計算出炸藥量及雷管數量，完善網絡布置圖，藥量計算表等。

1.3.3 驗孔

鉆孔結束之后及時的進行驗孔，對于一些孔深不達標的炮孔根據實際情況重新安排鉆孔或者調整裝藥量，修改設計，主要參數有鉆孔直徑、傾角、段高、抵抗線、孔距、單耗、藥量、裝藥長度、充填長度。

1.3.4 施工環節

（1）爆破預備會。爆破預備會主要進行技術交底；當班爆破作業地點、孔數、炸材量、網絡布置方法，檢查作業人員證件，禁止無證人員參加爆破作業，同時明確當班的各工序負責人。

（2）爆破前的準備工作。人員到場之后樹立大紅旗，設置警戒區域，主要包括作業警戒區、雷管存放區、設備存放區。

（3）炸材入場及搬運工作。雷管車和炸藥車運輸嚴格按照國家規定，雷管炸藥分開運輸，運輸速度不能大于30 km/h，地面不平時，速度不能大于 10 km/h，運輸車輛到場之后及時熄火。根據設計的藥量，準確的將設計藥量分發到孔邊。

搬運結束之后清點當班炸材數量，確保無誤，做好現場記錄，主要包括炸材的領取、發放登記。

（4）裝藥作業。雙人作業，一人測量，一人裝藥，裝藥過程人員佩戴好防塵口罩、護目眼鏡、安全帽等勞保用品。

（5）聯網。聯網作業之前進行聯網技術交底，確保聯網人員熟知網絡連接順序。聯網過程中無關人員撤離作業警戒區，技術人員和聯網負責人員進行雙人作業，先連接控制排，由工作面向起爆站依次進行連接，聯網結束之后，由檢查人員入場檢查，檢查過程中起爆器鑰匙由檢查人員隨身攜帶。

（6）警戒起爆。明確各警戒人員的職責，警戒距離不能小于200 m，檢查通訊設備的完好，保證做到雙通訊。

（7）爆后檢查及排險。爆破檢查完成后，及時的安排挖機進行爆區危石清理。

2 邊坡爆破方案與維護措施

2.1 消除高邊坡

高邊坡的形成主要是由于邊坡地區未進行爆破作業形成的，在邊坡進行爆破作業時，炮孔傾向全部朝向自由面，最終爆破之后形成高邊坡；或者靠近邊坡的炮孔傾角朝向邊坡，未減少孔網參數，導致臨近邊坡兩個孔底盤抵抗線增大，爆破之后形成高危邊坡。

針對這一情況，處理措施主要有兩種。

（1）集中處理法。靠近邊坡的兩個炮孔中間增加一個輔助炮孔，加強底部裝藥，詳細見圖2。

圖2 集中處理圖

（2）分散處理法。邊坡孔開始，鉆孔傾角依次成等差數列增加，將邊坡炮孔的底盤抵抗線均勻發的分布在其他炮孔上，詳細見圖3。

圖3 分散處理圖

2.2 邊坡維護

對于邊坡區域，爆破作業結束之后，充分利用休息時間，安排挖機進行清理，結合2.1節中的處理方法，經1 a的實際統計，爆破之后，邊坡上部10 m左右都能夠被挖機清理干凈，清理之后的小邊坡在穩定性等方面較好，后期進行小邊坡淺孔爆破即可處理。

3 結 語

經過1 a的摸索，通過爆破優化和邊坡維護清理，實現了邊坡穩定、安全，達到了設計要求，提升了礦山生產的安全。