礦山邊坡光面爆破技術試驗研究

遲平，王枚，鮑傳齊，方志梅 （安徽江南化工股份有限公司寧國分公司，安徽 宣城 242300）

0 前言

光面爆破施工現在已經被規定為隧道、井巷、邊坡爆破施工的標準方法。采用光面爆破施工，可以有效地減少爆破對圍巖的擾動，減小圍巖的過破碎現象，從而減少支護工程量，保障井巷、隧道的安全以及邊坡的穩定性。光面爆破同普通爆破相比，在經濟效益、安全效益等方面有一定的優勢。傳統光面爆破施工一般使用軸向不耦合和徑向不耦合裝藥結構，為保證傳爆的穩定性，一般都用導爆索起爆，施工程序繁瑣，爆破后形成的輪廓面破碎不一，裝藥部分會出現過度破碎的現象，不利于爆破后圍巖的穩定性。因此，如何提高光面爆破后周邊圍巖的平滑性，在一定程度上控制周邊超欠挖，降低光面爆破施工對圍巖的擾動，具有很大意義。

1 工程概況

1.1 工程概況

長九（神山）灰巖礦項目位于安徽省池州市西南方向約37km處，池州神山北麓山腳，隸屬池州市貴池區牌樓鎮青山村、神山村、濟公村管轄。礦體東西總長4500m，最寬處1536m，礦區范圍面積5.14km。礦山為獨立礦體，相對高差較大，山體呈北東-南西向展布，總體特征為中部高，向周邊逐漸降低，礦區內最高點為礦區中東部神山山頂，標高+408.63m，從最高點至開采標高（+40m）相對高差368.63m，開采方式采用山坡露天爆破開采。

1.2 試驗前爆破效果

由現場爆破施工試驗前的調研情況可知，該段已施工的坡面由于前期爆破參數處于調整階段，邊坡爆破效果較差，坡面超欠挖嚴重，幾乎沒有光面爆破應有的效果，故爆破后需要采用破碎錘修整坡面，爆破及修整后的坡面如圖1。

圖1 試驗前光面爆破效果

2 光面爆破理論分析

光爆實質是在斷面設計的輪廓線上布置間距較小相互平行的炮孔，控制裝藥量及不耦合裝藥結構，選用低密度、低爆速炸藥并同時起爆，沿炮孔連線將巖石切斷崩落。光面爆破機理通常有應力波疊加原理和應力波與爆生氣體共同作用原理。

光面爆破參數選擇與巖石和地質條件、炸藥性能、掘進斷面的面積等因素有關，周邊孔爆破一般采用小直徑炮孔，裝藥量小，要求爆落巖體的同時，形成光滑、平整的輪廓面。施工中首先要求炮孔利用率高，開挖輪廓及尺寸準確，對圍巖振動及破壞較小。主要爆破參數有：周邊孔孔距a；最小抵抗線w；周邊孔密集系數m；周邊孔裝藥量及裝藥結構和起爆時差等。

3 爆破方案

因前期光面爆破效果較差且超欠挖嚴重，增加了坡面支護工作量和支護成本，且產生過度拋擲和爆破飛石飛散距離較遠的現象。分析認為，光爆孔間距較大、底盤抵抗線較小，裝藥量也大，造成過度拋擲和飛石。

設計采用預留光爆層法。先爆破開挖主體石方，預留2.5～3.0m的光爆層，再沿開挖邊界、按設計坡度進行光面爆破。采用空氣間隔不耦合裝藥結構，在保證最小抵抗線的前提下，為了改善爆破效果，孔底加強裝藥，孔口段減弱裝藥。

4 爆破參數設計

根據國內對光面爆破的研究及現場爆破后坡面平整度、半孔率、巖石破碎情況，確定具體光面炮孔參數設計如下：

①鉆孔直徑d

采用潛孔鉆機施工，一次性鉆至設計底標高，鉆頭直徑d=90mm。

②臺階高度H

根據設計要求，標準邊坡臺階高度均為10m，也潛孔鉆機鉆鑿方便，故取爆破臺階高度H=10m。

③底盤最小抵抗線W

光爆孔采用傾斜鉆孔，底盤最小抵抗線可按下式進行計算：

式中：K為計算系數，一般取15～25，d為鉆孔直徑，90mm。

代入式（1）， 計算得W=（1350～2250）mm，取 W=2.20m。

④炮孔超深h

超深關系到下個臺階平臺的平整程度，一般取0.5～1.5m，由于巖石整體結構較好，取超深h=1.0m。

⑤孔距a

式中：m為炮孔密集系數，光面爆破一般取0.6～0.8；·W為底盤最小抵抗線，2.20m。

代入式（2），計算得炮孔間距 a=1.32～1.76 m，本工程為中風化或弱風化白云巖，巖石堅硬、整體性好，光爆孔孔距取 1.2m～1.4m；現場試驗時先按1.2m施工，視光爆效果調整。

⑥炮孔長度L

傾斜鉆孔長度按下式計算

式中：H為臺階高度，取10.0m；h為超深，取 1.0m；坡率 1：0.75。

代入式（3），計算得炮孔長度L=13.8 m。

⑦光爆孔線裝藥密度q

式中：k為光爆孔的單位炸藥消耗量，取為 160～350 g/m；W 為底盤最小抵抗線，2.20m。

代入式（4），可得 q＝（432～945）g/m。本工程取500 g/m（每節炸藥300g，按一節半控制）。

⑧裝藥結構

采用空氣間隔不耦合裝藥結構，用導爆索將各藥卷相連，然后把藥卷捆在竹片上，導爆索插入孔底加強藥包。孔外導爆索與主索相連，主索端部綁上起爆雷管即成。在保證填塞長度條件下，為消除根底、保證臺階平臺高度一致，可采取底部加強裝藥、孔口減弱裝藥、其他段正常裝藥，制作的藥包如圖2所示。

圖2 制作好的藥包

⑨炮孔堵塞

良好的孔口堵塞能顯著提高爆破效果，本工程設計2.0m，堵塞時先用紙團或包裝袋塞緊在堵塞段下部，然后用巖粉和粘土堵實，堵塞物中不能夾有石塊，以免形成飛石。

5 效果與總結

根據所設計的爆破方案和參數進行現場試驗，光面爆破效果如圖3所示。

圖3 露天邊坡光面爆破優化效果

可以看出：①爆破后的壁面平整，符合設計要求；②半孔痕跡清晰，基本不需要進行二次處理，半孔率達到預定要求；③在路塹邊坡工程中，合理的光面爆破方案和設計參數能夠達到預期的爆破效果；④爆破后，巖石過度破碎情況得到改善，殘孔連續性很好。