基于大孔徑控制爆破在大型礦山中的應(yīng)用

曾德進(jìn) 羅福友

(1.江西銅業(yè)民爆礦服有限公司，江西 德興 334200；2.江西國(guó)泰五洲爆破工程有限公司，江西 南昌 330096；3.江西國(guó)泰集團(tuán)股份有限公司，江西 南昌 330096)

0 引言

近幾年隨著國(guó)家大力提倡和推廣爆破服務(wù)“一體化”，國(guó)家“十三五”規(guī)劃末期要求全國(guó)現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥用量占比達(dá)到炸藥總用量的30%。現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥爆破技術(shù)在一定程度上可降低炸藥生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)其具有爆破成本低，自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，計(jì)量準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)。因此，在德興銅礦、城門(mén)山銅礦、司家營(yíng)露天鐵礦、黑溝露天鐵礦、大蔣門(mén)石灰石礦、諾爾湖鐵礦和寧國(guó)海螺露天礦等大型露天礦山中紛紛推廣使用[1-9]。

由于現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥的生產(chǎn)工藝不同、孔徑不同和礦山地質(zhì)條件等不同，各礦山的爆破施工技術(shù)參數(shù)不盡相同。大型露天礦山一般采用大孔徑爆破技術(shù)，尤其是現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥爆破常規(guī)炮孔直徑為200～350 mm，炮孔直徑越大，其單孔裝藥量越大，對(duì)于控制爆破的難度越大。針對(duì)大孔徑現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥爆破情況，通過(guò)采用控制爆破技術(shù)，調(diào)整孔網(wǎng)參數(shù)，合理控制單孔藥量，設(shè)計(jì)掏槽逐孔起爆網(wǎng)路等措施，達(dá)到了控制爆堆拋擲方向及減少巖石滾落量的目的。

1 工程概況

爆破區(qū)域位于德興銅礦富家塢礦區(qū)張家山350 m水平，礦區(qū)采用分期開(kāi)采，該爆區(qū)巖體暴露在空氣中的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10年以上。區(qū)域巖性為強(qiáng)風(fēng)化的千枚巖，節(jié)理裂隙很發(fā)育。爆破區(qū)域長(zhǎng)約300 m，寬約為60 m，見(jiàn)圖1。爆區(qū)正下方是320 m運(yùn)巖公路，是通往17#鏟和12#鏟的唯一通道，公路寬度為30 m。此次爆破不僅要滿(mǎn)足爆破質(zhì)量的要求，同時(shí)要控制爆破后下拋到運(yùn)巖公路的巖石量，另外盡可能地減少臺(tái)階邊緣的巖坎。

圖1 爆破區(qū)域圖

2 爆破參數(shù)

2.1 布孔方式

采用三角形布孔，根據(jù)臺(tái)階地形，平行于臺(tái)階邊緣布孔。采用多打孔、少裝藥方式進(jìn)行爆破。臺(tái)階邊緣炮孔加密處理，減少單孔裝藥量，降低爆破振動(dòng)，控制下拋量。

2.2 爆破參數(shù)選擇[10-12]

2.2.1 底盤(pán)抵抗線(xiàn)W1

采用垂直鉆孔，炮孔抵抗線(xiàn)值根據(jù)下式計(jì)算：

W1=Hcotα+B

(1)

式中：B—鉆孔中心至臺(tái)階坡頂線(xiàn)的安全距離，為了控制下拋量，取6 m；α—臺(tái)階坡度角，80°；H—臺(tái)階高度，15 m。

計(jì)算可得，W1=8.65 m。

2.2.2 孔距a與排距b

由于第一排炮孔抵抗線(xiàn)設(shè)計(jì)較常規(guī)偏大，為了能克服臺(tái)階邊緣底部巖坎，臺(tái)階邊緣第一排孔設(shè)計(jì)加密處理，孔距a1=5 m，第1、2排之間距離b2=5 m，第2排孔距a2=7 m，從第三排起按此區(qū)域巖性采用7 m×9 m的孔網(wǎng)，即a3=9 m，b3=7 m，炮孔布置見(jiàn)圖2。

圖2 炮孔布置平面圖(單位m)

2.2.3 超深Δh

Δh=(8-12)D

(2)

式中：D—鉆機(jī)直徑，D=250 mm。

計(jì)算得超深為2～3 m，設(shè)計(jì)取2.5 m。

2.2.4 炸藥單耗q

根據(jù)該地段自由面情況、巖性及自然條件確定炸藥單耗q，為了有效控制爆破后巖石下拋，炸藥單耗從內(nèi)到外逐排減小，具體參數(shù)為：臺(tái)階邊緣第一排孔q1=0.31 kg/m3，第二排孔q2=0.63 kg/m3，其余孔q3=0.69 kg/m3。

2.2.5 單孔裝藥量Q

炸藥采用現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥，臨近臺(tái)階邊緣的第一排孔的每孔裝藥量Q1按以下公式計(jì)算：

Q1=q1a1W1H

(3)

式中：q1—炸藥單耗，q1=0.31 kg/m3；a1—孔距，a1=5 m；W1—底盤(pán)抵抗線(xiàn)，W1=8.65 m；H—臺(tái)階高度，H=15 m。

計(jì)算可得Q1=200 kg。

臨近臺(tái)階邊緣的第二排孔的每孔裝藥量Q2按以下公式計(jì)算：

Q2=Kq2a2b2H

(4)

式中：K—爆破系數(shù)，1.0；q2—炸藥單耗，0.63 kg/m3；a2—孔距，7 m；b2—排距，6 m (距前排5 m，后一排7 m，綜合認(rèn)定6 m)；H—臺(tái)階高度，15 m。

計(jì)算可得Q2=400 kg。

第二排起，各排孔的每孔裝藥量Q按以下公式計(jì)算：

Q3=Kq3a3b3H

(5)

式中：K—爆破系數(shù)，1.0；q3—炸藥單耗，0.69 g/m3；a3—孔距，9 m；b3—排距，7 m；H—臺(tái)階高度，15 m。

計(jì)算可得Q3=650 kg。

2.2.6 裝藥結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖3。

圖3 裝藥結(jié)構(gòu)圖

2.2.7 充填高度L

一般充填高度不小于底盤(pán)抵抗線(xiàn)的0.75倍(6.5 m)，根據(jù)每孔設(shè)計(jì)裝藥量，運(yùn)用公式：

L=h-Q/68

(6)

式中：L—充填高度，m；h—孔深，h=H+Δh，17.5 m；Q—每孔裝藥量，kg；68—炮孔每米裝藥量，kg/m。計(jì)算可得第一排孔L1=14.6 m，第二排孔L2=11.6 m，由于應(yīng)用橡膠桶隔離器，實(shí)際充填高度為7 m；其余孔充填高度L3=7.9 m。符合爆破設(shè)計(jì)與安全要求。

3 爆破網(wǎng)路

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為了減少17#鏟運(yùn)巖公路的拋擲量，設(shè)計(jì)采用掏槽的起爆方法來(lái)控制爆破方向(即中間開(kāi)溝，兩側(cè)往中間推移)。同時(shí)在保證設(shè)計(jì)藥量的基礎(chǔ)上，為了增強(qiáng)臺(tái)階邊緣的破碎效果，控制排采用大秒量65 ms與100 ms搭配，雁行列采用25 ms，而且為了讓兩側(cè)得到充分的自由面，往中間擠壓，開(kāi)溝列采用小秒量17 ms，從而達(dá)到逐孔起爆目的，能起到降低爆破振動(dòng)，改變自由面方向，控制拋擲方向，減小臺(tái)階邊沿的下拋巖石量的效果。孔內(nèi)均采用400 ms高精度雷管，地表起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)見(jiàn)圖4。

圖4 地表起爆網(wǎng)路

4 施工與爆破效果

重點(diǎn)、難點(diǎn)是控制往17#鏟運(yùn)巖公路的拋擲量，同時(shí)克服衍生在前排孔抵抗線(xiàn)上較厚的巖體(見(jiàn)圖5)，從而減少臺(tái)階邊緣的巖坎。

圖5 前排孔圖

根據(jù)爆破區(qū)域范圍，爆破設(shè)計(jì)分三面炮進(jìn)行施工，第一面炮74孔，炸藥用量34 t；第二面炮52孔，炸藥用量25 t；第三面炮53孔，炸藥用量26 t。第一排孔每孔裝藥量為200 kg，裝藥高度約為2.9 m，第二排孔每孔裝藥量為400 kg，裝藥高度約為5.9 m，為保證起爆彈充分接觸到炸藥，第一、第二排孔內(nèi)均采用雙發(fā)18 m高精度導(dǎo)爆管雷管。第一、第二排采用橡膠桶進(jìn)行空氣間隔充填，既能保護(hù)炸藥，又能增加炸藥爆炸做功時(shí)間，提高炸藥能量利用率，改善頂部巖石破碎作用。爆破過(guò)程滾石下落可能難免會(huì)發(fā)生，須做好炮前與相關(guān)單位的協(xié)調(diào)，提前準(zhǔn)備好工程設(shè)備，減少下拋量對(duì)道路的影響時(shí)間。

第一面炮爆破效果(見(jiàn)圖6)：爆堆隆起高度良好，破碎效果良好，運(yùn)巖公路下拋量較少，薄薄一層，稍微清掃即可通車(chē)。第二面炮爆破效果(見(jiàn)圖7)：整體爆堆比較集中，臺(tái)階邊緣第一排孔隆起高度不明顯，但周邊有明顯裂隙，17#鏟運(yùn)巖公路暢通無(wú)阻。第三面炮爆破效果(見(jiàn)圖8)：下拋量較少，大車(chē)可通行。

圖6 第一面炮爆破效果

圖7 第二面炮爆破效果

圖8 第三面炮爆破效果

追蹤電鏟的鏟挖效果見(jiàn)圖9，17#鏟作業(yè)面底板平整，無(wú)抬高現(xiàn)象，350～335 m水平臺(tái)階邊緣未出現(xiàn)巖坎，只有少量的大塊。

圖9 鏟挖后效果

5 爆破效果分析

為了克服難題，滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，采取以下措施以保證爆破效果和安全要求：

1)為控制下拋量，距離眉線(xiàn)6 m的距離處起第一排孔，同時(shí)參考高陡邊坡靠近邊坡的布孔參數(shù)，適當(dāng)加密第一、二排孔。

2)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的勘察，衍生在前排抵抗線(xiàn)上的巖體表面節(jié)理裂隙比較發(fā)育，而且裸露出來(lái)的時(shí)間較長(zhǎng)，受到外界的風(fēng)化雨淋程度比較嚴(yán)重，巖體拋落距離難以控制。因此，須嚴(yán)格控制臨近臺(tái)階邊緣的第一、二排孔裝藥量，根據(jù)富家塢官帽山500 m水平類(lèi)似的爆破經(jīng)驗(yàn)，按照設(shè)計(jì)200、400 kg進(jìn)行精確裝藥。

3)以往在控制下拋量的最外一排都采用大秒量100 ms，強(qiáng)調(diào)大秒量能延長(zhǎng)巖體作用時(shí)間，為后面的孔提供充分的自由面，朝著自由面推移(開(kāi)溝列)，從而減少下拋量。但是延時(shí)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，減弱了巖石間的碰撞強(qiáng)度，容易產(chǎn)生大塊，甚至是巖坎。本次臺(tái)階邊緣第一排采用25 ms，既增加巖石間的碰撞，又不會(huì)因?yàn)槊肓窟^(guò)短導(dǎo)致往外拋擲(第一排孔距離眉線(xiàn)較遠(yuǎn)6 m)。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于特殊地段的控制爆破，在充分了解爆破區(qū)域地質(zhì)條件、巖石性質(zhì)等情況的基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化爆破參數(shù)、精細(xì)施工管理，可達(dá)到提高爆破質(zhì)量，保證安全生產(chǎn)的目的。此次爆破通過(guò)多打孔、少裝藥、縮小秒量延期，根據(jù)類(lèi)似爆破經(jīng)驗(yàn)，大膽嘗試等綜合措施，達(dá)到了控制拋擲量，減少巖坎的預(yù)期爆破效果。