露天礦山大孔徑無導爆索光面爆破技術

陶明 ，羅福友 ，王云茂 ，鄭初東

(1.江西國泰五洲爆破工程有限公司，江西 南昌 330038；2.江西國泰集團股份有限公司，江西 南昌 330096；3.江西省爆破工程技術研究中心，江西 南昌 330012)

0 引言

邊坡穩定是露天礦山開采面臨的重要問題，決定著礦山生產安全。隨著表層礦產資源的日益枯竭，開采深度不斷增大，邊坡穩定性問題日益突出[1-2]。邊坡穩定取決于其圍巖的穩定性，保證其圍巖受爆破作業擾動小，邊坡穩定性就能得到保障。當前降低圍巖受擾動的主要方法有光面爆破和預裂爆破控制法兩種[3-6]，且光面爆破理論及實踐已經很成熟，主要應用于隧道、路塹、礦山等，并取得了較好的效果，但針對大孔徑光面爆破的研究比較少見。

線裝藥密度、炮孔密集系數、裝藥結構、不耦合系數、網路延時是光面爆破效果的主要影響因素。目前，國內已有大孔徑光面爆破的相關試驗研究，如唐喜明[7]對廣東某礦山采用無導爆索光面爆破技術，使邊坡達到了穩定及平整；張五興[8]通過對光面爆破參數優化和過程嚴格控制，使光面爆破半孔率達到90%以上，且巖面規整；劉成敏等[9]通過試驗優化調整孔網參數、裝藥方式、裝藥量、起爆順序，達到了預期爆破效果。

本文探討的大孔徑光面爆破，利用定制吊袋代替傳統的竹片，且孔內裝大直徑乳化藥卷，采用無導爆索不耦合間隔裝藥方式進行爆破，并取得了較好的爆破效果。

1 工程概況

贛州某石灰巖礦采用凹陷露天臺階式開采，前期開采沿礦體走向由西南向東北推進。凹陷式開采地面起始標高為+163 m 至+167 m，設計采礦最低標高為+60 m，最終邊坡垂直高度約100 m。邊坡松散堆積層厚度為5～10 m，基巖為紅色碎屑巖和水泥灰巖。采場邊坡中上部為全-強風化紅色碎屑巖及松散層，邊坡穩定性差。在采場的邊界采用光面爆破法施工，礦山采場已有7 個作業臺階，采場臺階高度為12～15 m，平臺寬度在40 m 以上。

2 施工工藝

由于該礦山工作面較少，生產緊張，采用竹片及導爆索進行施工的方式存在爆前準備工作量大、施工耗時長、不便操作等問題。為便于光面爆破施工，礦山專門定制了吊袋，吊袋直徑比藥卷直徑大2～3 mm，采用乳化炸藥間隔裝藥。施工時采用定制吊袋間隔裝藥，首先利用扎帶把吊袋按設計長度分成若干段，如圖1(a)所示；然后再按設計把藥卷裝入吊袋中，每段安插一發雷管，并進行固定，如圖1(b)所示；最后緩慢放入炮孔內，完成后靠自由面反方向孔壁放置，如圖1(c)所示。該施工過程熟練后，兩個人就可以單獨操作，且施工過程簡單，可大大縮短光面爆破施工時間。

圖1 光面爆破施工過程

3 影響因素分析

采用定制吊袋裝藥工藝進行光面爆破時，影響爆后效果的因素主要有不耦合系數、吊袋直徑、藥卷直徑、裝藥結構、線裝藥密度、炮孔密集系數、填塞長度、網路延時等，其中不耦合系數大小取決于藥卷直徑，而吊袋直徑一般比藥卷直徑大2～3 mm，以保證藥卷能順利裝入吊袋內并在孔內處于垂直狀態。綜合理論和以往經驗，光面爆破不耦合系數宜控制在2～5 之間，但由于爆破器材的限制，如采用直徑為Φ32 mm 的乳化炸藥連續裝藥，在無導爆索的情況下，裝藥過程中相鄰藥卷之間縫隙距離不易控制，易產生拒爆藥卷、光面效果差等現象。受限于礦山設備及爆破器材，本礦邊坡光面爆破只能采用直徑為Φ70 mm 的乳化藥卷間隔裝藥工藝。查閱相關資料可知，石灰巖光面爆破的炸藥單耗取值范圍在0.16～0.38 kg/m3，密集系數控制在0.6～0.8，光面爆破孔延后于主爆孔150～200 ms 起爆，填塞長度需根據不同巖石的結構進行選取，一般情況下大于光面孔間距。炮孔孔口位置巖石較破碎，且周邊環境較好的情況下，可取適當減少填塞長度。綜合以上分析，該礦光面爆破不耦合系數基本不變，光面孔起爆延時時間變化較小，對光面效果影響甚微，因此影響該礦光面爆破的因素主要有光面孔線裝藥密度、光面孔密集系數、填塞長度3 個因素。本礦針對這3 個因素展開現場試驗，對比爆后效果，選出適合該礦的最佳光面孔參數。

4 爆破方案設計

4.1 爆破參數設計

（1）鉆孔直徑：根據礦山現有兩種型號的鉆孔設備，其鉆孔直徑分別為140 mm 和170 mm，光面爆破選取140 mm 孔徑設備更有利于邊坡穩定。鉆孔施工中鉆孔傾斜度應嚴格按設計的邊坡坡度來確定。

（2）臺階高度H：臺階高度為12～15 m，孔深按照現場地形坡度變化來確定。本設計采取一次到底的方法進行爆破，孔深應比設計底板高程超深0.5～1.5 m，以確保爆后底板的平整性。

（3）炮孔長度L可按以下公式計算：

式中，L為炮孔長度，m；α為邊坡鉆孔角度。

（4）光爆層厚度：

式中，K為計算系數，一般取K=15～25；D為鉆孔直徑，光面爆破選取140 mm 孔徑設備更有利于邊坡穩定，故本設計D=0.14 m。W光=2.1～3.5 m，軟巖取大值，硬巖取小值。

（5）爆孔間距是光面爆破中的重要參數，其經驗公式為：

式中，m為比例系數，取m=0.6～0.8。故a光=1.26～2.8 m。

（6）光面爆破裝藥量：

式中，Q光為光面爆破單孔裝藥量，g；q光為光面爆破的線裝藥密度，g/m。

4.2 現場試驗參數選取

根據上文對該礦光面爆破效果影響的因素分析，采用控制單一變量的方法，選取了4 組不同的光面孔參數進行現場試驗，對比其爆后效果，具體數據見表1。

表1 光面爆破試驗參數

4.3 裝藥結構

主爆孔采用連續裝藥結構，每孔安插兩發雷管；光面孔采用不耦合間隔裝藥結構，利用吊袋使藥卷均勻分布于炮孔內。第1、第2 組試驗孔底加強段3 節Φ70 mm 的乳化藥卷，每節藥卷重2 kg，孔口減弱段一節藥卷，中間兩段各兩節藥卷，藥卷長度40 cm，共分為4 段，每段藥內安插一發起爆雷管；第3、第4 組試驗改變每條藥卷重量，重量減少為1.6 kg，裝藥結構與1、2 組相同，裝藥結構如圖2 所示。

圖2 裝藥結構

4.4 爆破網絡設計

該礦采用數碼電子雷管起爆網路，主爆孔設計為逐孔起爆，孔間間隔時間取25 ms，根據實際情況進行調整，一般孔排距越大，間隔時間越長，主爆孔與光面孔之間延時160 ms。起爆順序如圖3所示。

圖3 起爆網路設計（單位：ms）

4 爆破效果

本次爆破作業嚴格按設計進行，精細施工，爆后效果如圖4 所示。第1 組試驗爆破效果顯示，基本無半孔痕跡，孔口拉裂嚴重，眉線不齊，爆后巖壁平整度差；第2 組試驗半孔痕跡明顯，孔口拉裂嚴重，爆后巖壁平整度一般，眉線整齊度一般；第3 組試驗半孔率達90%以上，孔口依然存在拉裂現象，爆后巖壁平整度好，眉線整齊度一般；第4 組試驗半孔率達95%以上，炮孔填塞段基本無超欠挖情況出現，爆后眉線整齊。

圖4 試驗爆破效果

5 結語

（1）使用定制吊袋進行光面爆破不耦合裝藥，選擇合理的孔間距、光爆層厚度、線裝藥密度，可以在一定程度上保證光面孔爆后平整度及半孔率。

（2）選擇合理的光面孔填塞長度能有效降低填塞段孔壁超欠挖程度，并能保證爆后眉線的整齊度。

（3）選取吊袋進行光面爆破施工，操作簡便，省時高效，在保證爆后效果的同時，能節約大量施工時間，為類似礦山施工提供借鑒。