PVC管裝入多孔粒銨油炸藥在露天礦預裂爆破中的應用

厲美杰，杜軍，李澤華，王洪強，王君

(北方爆破科技有限公司， 北京 100089)

0 引言

在露天礦生產中，為減少爆破振動對邊坡的損害，需要通過預裂爆破處理到界邊坡。目前預裂爆破的常規方法是沿最終開挖邊界布置密集炮孔，使用導爆索串聯成品乳化炸藥，形成藥串，采用軸向不連續、徑向不耦合裝藥方式，并先于主爆孔起爆，形成一道有一定寬度的貫穿裂縫，以減弱主體爆破對最終邊坡巖體的破壞，并形成平整的邊坡輪廓面[1-2]。國內外對于預裂爆破的研究較多，其中張選山等[3]對單向荷載下不耦合裝藥預裂爆破進行了研究，得出預裂爆破效果與不耦合系數的關系；程玉泉[4]對多孔粒狀銨油炸藥在預裂爆破中的穩定爆轟控制、堵塞長度控制、爆生裂紋控制等進行研究，發現塑料管可以增加外部約束，有利于控制爆轟并起到防水作用，可以提高爆破施工效率及質量。

使用乳化炸藥卷進行預裂爆破的方法在乳化藥卷供應緊缺、生產進度緊張的情況下并不適用。本文基于國外某露天銅礦在爆破施工時，當地炸藥供應商緊缺，可供應炸藥品種單一，成品乳化藥卷無貨的情況，通過改進裝藥方式，優化爆破工藝，改用多孔粒銨油炸藥成功實施了預裂爆破。

1 工程概況

1.1 工程條件

本文所研究的露天礦山主要開采銅鈷礦，采用陡幫剝離，緩幫采礦工藝。設計開采深度為300 m，目前已開采200 m，每兩個臺階進行并段開采，全高24 m，設計幫坡角68°，隨著開采深度的增加，邊坡問題成為該礦安全的重中之重。

該露天銅礦巖性主要為含碳質白云巖、硅化白云巖、白云質頁巖、白云質粉砂巖類，巖石硬度系數f=3～10，RQD值平均88.25%。巖石節理裂隙較為發育，巖石節理傾向與邊坡層面相同，為順層邊坡。該區域每年分旱、雨兩季，4～11月為旱季，基本無降雨；12月到翌年4月為雨季，大雨乃至暴雨不斷，全年99%的降水來自雨季。由于雨季時降雨量較大，造成地表水增多，地下水位升高，雨水對邊坡沖刷嚴重，因此出現多次小面積滑坡。同時該礦已進入水位線以下區域開采階段，地下水壓力及沖蝕對邊坡影響增大。

1.2 爆破基本參數

本次爆破臺階高度為12 m，超深為1.5 m，預裂孔角度為 68°，與設計邊坡角一致。在主爆孔與預裂孔之間設置一排緩沖孔，預裂孔與緩沖孔排間距離為4 m，緩沖孔與主爆孔排間距離為5 m[5-6]。采用ATLASD50鉆機進行穿孔作業，具體孔網參數見表1。

表1 孔網參數

2 爆破施工工藝

2.1 施工準備

PVC管是一種具有耐熱性、韌性和延展性的管材，同時還具有防水作用，可以解決露天礦山水孔裝藥的問題。現場使用的銨油炸藥密度為1677.9 kg/m3，不同直徑PVC管的線裝藥密度及不耦合系數見表2。試驗表明，5種直徑的PVC管裝藥均可形成穩定爆轟，考慮到材料經濟性，選用直徑40 mm、厚度1 mm的PVC管作為裝藥工具。

表2 不同直徑PVC管線裝藥密度及不耦合系數

PVC管單根管子長度為6 m，由于爆破臺階高度為12 m，一次爆全高，需要2根管子相互插接組合，因此選用兩端直徑分別為40 mm和38 mm的管子便于插接。管子總長L管=L孔深-2。根據不同孔深確定管子總長度，并用鋸子鋸成相應長度。

提前制作導爆索，其長度L導爆索=L孔深+1。為了保證傳爆，每個炮孔布置2根導爆索。將導爆索穿過PVC管，在管底部余出50 cm，反向用膠帶捆綁于 PVC管上。采用塑料袋加黃泥封堵管口，保證炸藥無流失。PVC管與導爆索在孔內的組合結構如圖1所示。

圖1 PVC管與導爆索在孔內的組合結構

為保證爆破效果，優化參數，在預裂爆破前進行試驗。試驗考慮孔內與孔外、裝藥與不裝藥 4個方面，制定兩因素兩水平試驗方案，具體試驗方案見表3。

表3 預裂爆破試驗方案

不裝藥的試驗僅將導爆索捆綁在 PVC管上爆破，靠導爆索藥量起爆。試驗表明，孔內裝入銨油炸藥后，銨油炸藥實現完全爆轟，爆炸穩定性較好，爆后形成拉裂縫隙。綜合分析，采用孔內 PVC管裝藥預裂爆破方法具有可行性。

2.2 裝藥控制

選擇低爆速的多孔粒狀銨油炸藥，爆速為2500～3500 m/s，每孔裝藥前根據設計藥量進行稱量，通過漏斗將銨油炸藥裝入管中。采用軸向連續裝藥、徑向不耦合裝藥模式，下部正常裝藥，裝藥長度L1=0.4L孔深；中部正常裝藥，上部減弱裝藥長度L2=0.3L孔深，減弱裝藥部分在PVC管中插入竹片來調節藥量，以達到減弱裝藥目的。由于PVC管徑與炮孔直徑不同，形成不耦合裝藥，不耦合系數為3.45，不耦合效應使作用在炮孔內壁面上的爆轟壓力變低，從而起到緩沖的效果。爆轟波通過空氣介質傳播到孔壁巖石，在管壁與孔壁的間隙產生氣墊作用，由于管壁與孔壁的材質不同，發生應力波折射，削弱了作用于炮孔的初始壓力峰值，減少對邊坡孔壁的拉裂，提高預裂爆破效果[7]。預裂孔堵塞長度為2.5～3 m，堵塞段與裝藥段采用空氣間隔，以減緩爆破振動對邊坡的破壞。此次爆破主爆孔單孔最大裝藥量為116 kg；緩沖孔采用間隔裝藥，最大裝藥量為77 kg。

2.3 網路布置

本次爆破采用孔間毫秒微差逐孔起爆，主爆區孔間延期17 ms，排間延期42 ms，預裂孔用兩根導爆索作為主線進行連接，并采用雷管進行激發。預裂孔與主爆孔之間采用一次分段延期起爆，預裂孔先于主爆孔84 ms起爆[8]。起爆網路連接如圖2所示。

圖2 網路連接示意

3 爆破效果分析

爆炸應力波由炮孔向四周傳播，在炮孔連線方向出現裂縫，在爆轟氣體的作用下，使裂縫延伸擴大，最后形成平整的開裂面。此次預裂爆破效果良好，形成約1 cm寬的貫通裂縫，減弱了主爆區爆破振動對邊坡的破壞，無超欠挖現象，挖掘后形成的邊坡預裂面平整，孔痕明顯，半孔率達到 80%，經 GPS測量，邊坡坡率符合設計要求，滿足邊坡安全要求，對邊坡滑移起到一定預防作用，預裂爆破效果如圖3所示[9-10]。

圖3 預裂爆破效果

由于銨油炸藥相對于成品乳化炸藥價格較低，采用銨油炸藥進行預裂爆破，可以降低爆破成本，同時有效解決了該地區因乳化炸藥卷供應緊缺而導致生產進度緊張的問題。

4 結論

（1）通過選擇合適的PVC管尺寸和合理裝藥結構及裝藥量，采用多孔粒銨油成功地實施了露天礦預裂爆破。

（2）爆破后預裂貫通裂縫明顯，挖掘后形成的邊坡預裂面平整，孔痕明顯，半孔率達到80%，邊坡坡率符合設計要求。

（3）該裝藥方法在預裂爆破中的應用不僅滿足邊坡安全要求、減小雨季邊坡滑坡風險，同時有效解決了該地區因乳化炸藥卷供應緊缺而可能導致生產進度緊張的問題，同時降低了爆破成本。該方法對其他類似條件礦山預裂爆破具有推廣應用的價值。