本鋼南芬露天礦集水坑爆破設計研究應用

張玉國，高毓山，孫瑞昌

露天采場實際是一個大的匯水坑，大氣降水及巖層含水是其主要的水源。為保證露天開采工作順利進行，必須將露天采場內的水及時排出。每個新水平開采時，為有效快速排出期中水，要在開溝兩端或一端進行爆破作業(yè)，經過挖掘形成集水坑，使地表水源匯集于此，然后盡快排出采場。下面是我礦的一個典型集水坑爆破設計方案：

1 工程概況及爆區(qū)地質情況

目前我礦已經轉入凹陷露天礦開采，排除地表集水，保證礦山生產正常有序的進行是一項十分重要的工作。集水坑爆破施工就是在露天采場內適當的地理位置處采用爆破方法，形成巖石塊度較小的爆堆。然后用勾機將巖塊移走形成深坑，匯集集水，再用水泵將集水抽走。集水坑一般選擇在采場上盤巖石中形成。巖石主要是綠泥片巖、石英班巖和上盤花崗片麻巖，綠泥片巖、石英斑巖硬度系數是f=6～8，可鉆性是Ⅱ級；上盤花崗片麻巖的硬度系數是f=8～10，可鉆性是Ⅲ～Ⅳ級，屬于中等易爆巖石，層理節(jié)理均發(fā)育，含水量大，易于集水。露天礦的混合排水設施還包括多個集水坑、多條順水溝以及排水主管路。多個集水坑設置在露天礦的底板煤層處，多個集水坑用以收集夏季雨水和露天礦的底板明排水；多條順水溝設置在露天礦的底板煤層區(qū)域，且位于多個集水坑之間以及多個集水坑和明排集水池之間，多條順水溝用以將夏季的雨水和露天礦的底板明排水引致多個集水坑內；以及排水主管路設置在多口深水井和明排集水池處，排水主管路用以將多口深水井內的疏干水和明排集水池內的積水輸送給露天礦使用。

2 爆區(qū)的地理位置

集水坑爆區(qū)坐標范圍為x49050～49100，y50650～51700，標準標高為154m，位于礦山采場北部。爆區(qū)周圍環(huán)境比較簡單，爆區(qū)西側382水平有排巖車間的1號巖石站。上盤北部沒有固定的廠房、設備和人員，為非生產居住區(qū)。

3 穿鑿、鏟裝和運輸

根據礦山地質地形和礦山設備類型等條件，上盤采用的穿鑿設備是60R鉆機，孔徑是310mm，巖石采用長臂鉤機鏟裝，運巖采用20t自卸汽車。

圖1 爆區(qū)爆破圖

4 爆區(qū)設計

設計原則：一是精心設計，細心施工，確保藥包布置合理，炸藥量適當，保證爆破安全。二是在安全的基礎上，采取合理的相應措施，降低爆破塊度，減少根底，有利于中小型鏟裝設備施工。根據地形、地貌、地表覆土、植被及礦石風化程度等情況，先對植被及地表覆著物進行拆除及清理，采用挖掘機對表層土進行清理、整平，多余的表層土運輸至排土場；在場地平整后，采用表面分片、梯段分層、層中分段，構建多個工作面，自上而下分臺階順序開挖，淺孔與深孔相結合的爆破施工方案，根據爆破區(qū)域山體結構的特點，此次設計的露天礦爆破方案確定深孔臺階高度10m左右，工作平臺坡面角70°。工作平臺寬度不超過5m，推進方向由西向東推進，在爆破區(qū)域未形成臺階前，采用手持式鑿巖設備，滿足鉆機作業(yè)要求。

圖2 爆破施工總體方案

4.1 鉆機設備選用

根據爆區(qū)地質與鉆機性能等狀況，一般爆區(qū)要求選用60R鉆機，孔徑是310mm，如牙8～牙12。

4.2 爆區(qū)參數

孔距：本爆區(qū)巖石可爆性好，但考慮到后續(xù)用鉤機挖掘，要求巖石塊度較小，并且無自由面，故選擇孔距a=6.0、b=5.5m,采用正方形的布孔方式。

4.3 超深

深孔爆破的底盤抵抗線一般為孔徑的25～45倍，根據南芬礦的具體情況Wd取小值為7.0m，又根據超深公式h=（0.15～0.35）Wd，為了克服Wd，故超深為h=1.5～2.0m。

4.4 爆區(qū)規(guī)模

根據現(xiàn)場實際情況和爆破震動需要進行調整爆破規(guī)模，一般要求在20孔～40孔之間。

4.5 裝藥結構

爆區(qū)全部為水孔（水深超過10m）裝乳化炸藥；為改善裝藥結構，減小爆破后巖石塊度，方便鉤機作業(yè)，采用空氣間隔器進行中部間隔裝藥。

4.6 藥量計算

裝藥按公式Q=qabhK計算，可得每孔裝乳化炸藥約630kg左右。

上式中Q—每孔裝藥量。

q—炸藥單位消耗量，kg/m3。

a—孔距，m。

b—排距，m。

h—孔距，m。

K—齊發(fā)爆破時后排孔藥量增加系數，一般K=1.1～1.2。

表1 爆區(qū)設計孔網參數（60R）

4.7 最大段允許藥量

根據周圍環(huán)境，考慮1號巖石站的降震，保護其穩(wěn)定性，取允許震動速度為20cm/s，距巖石站最近是R=60m。Qmax=R1/m（V安全/K）1/a.m=603×（20/150）3/1.5=3840kg，同時起爆不能超過6個孔。

上式中Qmax—同段最大起爆藥量。

R—起爆藥柱中心到巖石站的距離。

V安全—巖石站允許的震動速度。

K,a,m—系數。

4.8 起爆順序及網絡

圖3 爆區(qū)起爆順序圖

該爆區(qū)采用澳瑞凱導爆管起爆網絡，全部采用非電起爆系統(tǒng)，每個孔都設有兩套非電起爆網絡，間隔裝藥后每個藥包設一組起爆體，每一組起爆體由非電導爆雷管與地表導爆網絡相連接。

根據該爆區(qū)無自由面的特點，采用中心掏槽起爆的方法，同時為了控制同段最大起爆藥量采用了逐孔起爆技術。詳見起爆順序圖和地表連線圖。

4.9 起爆材料

起爆藥柱：為了保證有足夠的起爆能，充分利用炸藥的能量，選用0.8kg/發(fā)的起爆藥柱，每孔兩發(fā)，分別下在底部藥柱的1/3處和頂部藥柱1/3處。

雷管：為了提高爆破質量，防止網絡（孔內）被沖斷，采用非電毫秒微差孔內雷管，地表為25ms、42ms、65ms、100ms的澳瑞凱雷管，孔內采用400ms的孔內雷管。即用地表起爆孔內雷管，再起爆起爆藥柱，起爆藥柱再起爆孔內炸藥。

爆破施工：本爆區(qū)使用乳化炸藥均為礦內火藥車現(xiàn)場混裝而成。雷管與起爆藥柱均是外購工業(yè)制成品，運輸均是礦內運輸。起爆材料分車由專人押運到爆區(qū)。爆區(qū)的填塞、裝藥、連線、警戒等均由受過專門培訓的爆破班來完成。

圖4 爆區(qū)施工現(xiàn)場使用間隔器操作圖

4.10 驗證孔網參數和裝藥量

按乳化炸藥計算，每孔裝藥630kg，每孔有效的爆破面積是5.5*6.0=33m2則每孔可爆巖石33*12.0*2.69=1066t，進一步可得單孔單耗為q單=630/1066=0.59kg/t，其值界于礦打集水坑爆區(qū)要求的0.5kg/t～0.6kg/t，所以可看出爆區(qū)的孔網參數布置仍然是合理的，并且超深和裝藥結構、藥量設計也是基本合理的，能夠滿足礦山爆破的要求。

4.11 需要爆破材料列表

澳瑞凱孔內雷管，乳化炸藥，0.8kg起爆藥柱，普管起爆雷管，澳瑞凱地表管，導爆管主線，起爆器。

5 爆破安全計算

飛石計算：Rf=20Kfnw=20×1.5×0.92×6=146m。

上式中：Rf—個別飛石飛散的距離。

Kf—系數，一般取1～1.5。

n—爆破作用指數（0.8～1.0）。

w—最大一個藥包的最小抵抗線。

表2 爆區(qū)實際孔深和裝藥情況

根據計算和該爆區(qū)的周圍具體環(huán)境要求設定爆破警戒范圍在400m。

6 安全措施

（1）爆破警戒范圍控制在方圓400m，其范圍內的所有人員，能移動的設備全部撤走，怕打的設備需維護好，采場公路和三岔道口都設有警戒人員。

（2）爆區(qū)起爆時間及信號，按礦統(tǒng)一規(guī)定辦理。

（3）響完炮后15min，經爆破總指揮允許，人員方準進入爆區(qū)檢查，確認全部起爆后，方可發(fā)出解除信號。

（4）本設計涉及到的安全，技術操作事宜按本工種的安全技術操作規(guī)程執(zhí)行。

爆破審批單：

預計2019年6月15日爆破牙輪12號鉆機，在溝154—142臺階，爆孔共計25孔。其中巖石25孔，爆量巖石3萬噸。請于十五點三十分前將下列設備移出爆破危險區(qū)：

（1）爆區(qū)軌板，油桶舊件移走。

（2）牙12南開距爆區(qū)200m，人員機械室避炮，怕打設備維護好。

（3）9號電鏟背對爆區(qū)，人員機械室避炮。

（4）巖石站人員室內避炮，井下防震防毒。

（5）爆區(qū)周圍高壓線打壞搶修。

（6）警戒：下286南北2人，溝178南北2人，上286南北2人，合計6人。

預計消耗爆破材料如下：

乳化油炸藥：15000kg。

0.8kg/發(fā)起爆彈：50發(fā)。

普通導爆管雷管：2發(fā)。

澳瑞凱地表連接雷管：25發(fā)。

澳瑞凱孔內雷管：50發(fā)。

導爆管主線：400m。

表3 爆破方案審批單位

主管礦長：年 月 日。

7 爆后情況總結

爆破飛石較少，爆堆形狀正常，巖石站震感弱。采取間隔裝藥減少了充填高度，使裝藥在爆孔中底分布結構有了較大改善，爆破后通過對鏟裝過程底追蹤觀測，爆破效果很好，大塊很少，爆堆表面沒有大塊，提高了鏟裝作業(yè)效率和作業(yè)安全。并且炸藥單耗也有所降低，使礦石成本下降爆堆塊度合理，適合鉤機鏟裝及運輸。經過2天挖掘，順利形成集水坑。此爆破設計方案合理，可以在今后礦山生產中推廣使用。

圖5 爆破后爆堆圖