預(yù)裂爆破和光面爆破在臨界邊坡中的對比選擇

高勇

(寧化行洛坑鎢礦有限公司， 福建 寧化縣 365400)

在露天開采中，常常需要對臨界邊坡進(jìn)行相應(yīng)的處理，不僅需要使邊坡平整和美觀，同時(shí)也需要有效地保障邊坡的穩(wěn)定，減少對保留巖體的損傷和損壞，光面爆破和預(yù)裂爆破哪個(gè)更有利于工程，一直以來存在著不少的爭議，本文針對寧化行洛坑鎢礦自身的邊坡地質(zhì)條件，開展兩種爆破方式的對比試驗(yàn)，為在實(shí)際爆破工作中確定相應(yīng)的爆破方法和爆破參數(shù)提供參考。

1 礦山現(xiàn)狀

寧化行洛坑鎢礦為露天礦山，露天采場礦石采用境界內(nèi)汽車+溜井+平硐的聯(lián)合開拓運(yùn)輸方式，采場廢石采用全汽車運(yùn)輸工藝。目前礦山按一期擴(kuò)幫境界實(shí)施采剝作業(yè)，到界的邊坡將采用控制爆破的方式保障邊坡的穩(wěn)定性。邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征相差不大，一般屬于層狀結(jié)構(gòu)，但地表風(fēng)化帶的厚度差別較大，北部、西部風(fēng)化帶比南部邊幫要深，近地表為破碎和散體結(jié)構(gòu)，而近礦體的蝕變帶圍巖呈塊狀結(jié)構(gòu)。

目前采場最高平臺(tái)為876 m平臺(tái)，臺(tái)階高度為12 m，一期擴(kuò)幫露天開采境界最低開采標(biāo)高+516 m，設(shè)計(jì)境界臺(tái)階坡面角為65°，采場現(xiàn)最低開采標(biāo)高+648 m。

2 預(yù)裂和光面爆破設(shè)計(jì)方案

2.1 參數(shù)設(shè)計(jì)

參照文獻(xiàn)[1]，并結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的參數(shù)。根據(jù)礦山現(xiàn)有鉆孔設(shè)備，鉆孔直徑分別為152 mm和115 mm，152 mm主要用于巖石鉆孔，115 mm主要用于礦石鉆孔，本次爆破設(shè)計(jì)預(yù)裂爆破和光面爆破均選用152 mm孔徑設(shè)備，臺(tái)階高度為12 m，孔深根據(jù)現(xiàn)場地形坡度變化來確定。

2.1.1 預(yù)裂爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1.1.1 預(yù)裂孔參數(shù)的計(jì)算公式

（1）預(yù)裂孔深L：

式中，H為臺(tái)階高度，m；h為超深，m；α為臺(tái)階坡面角，（°）；為防止主炮孔從下部后沖的影響，設(shè)計(jì)增加1 m的孔深。

（2）裝藥段設(shè)計(jì)，按加強(qiáng)段、正常段和減弱段進(jìn)行設(shè)計(jì)，加強(qiáng)段分為兩段設(shè)計(jì)，加強(qiáng)一段一般取1 m，加強(qiáng)二段=加強(qiáng)段-加強(qiáng)一段。

式中，L1為加強(qiáng)段長度，m；L2為正常段長度，m；L3為減弱段長度，m。

（3）預(yù)裂孔孔距a預(yù)：

式中，n為孔距計(jì)算系數(shù)，與巖性及孔徑有關(guān)，孔徑小、巖石堅(jiān)硬完整者取大值，反之取小值，通常為n=8～12；d為炮孔直徑，mm。故a預(yù)=1.216～1.824。

預(yù)裂孔線裝藥密度q預(yù)和炮孔裝藥量Q預(yù)，

式中，q預(yù)為線裝藥密度，g/m；Q預(yù)為炮孔裝藥量，g；k預(yù)為預(yù)裂爆破單位面積耗藥量，g/m2，參考表1取值。

表1 各類巖石光面、預(yù)裂爆破炸藥單耗

2.1.1.2 主炮孔參數(shù)設(shè)計(jì)

預(yù)裂孔與主炮孔之間的孔距參考文獻(xiàn)[1]，主炮孔藥包直徑為2號巖石乳化炸藥120 mm，因此預(yù)裂孔與主炮孔間距（m）取值為3.5～6.0 m。主炮孔的孔深相較預(yù)裂孔的孔深減少1 m。預(yù)裂孔炮孔角度為65°，主炮孔炮孔角度為75°。

2.1.2 光面爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

（1）光面爆破孔深比主炮孔孔深超深1 m，光爆層厚度參考文獻(xiàn)[2-8]及現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)和巖性情況，同時(shí)參考以下計(jì)算公式：

式中，W光為最小抵抗線，m；k為計(jì)算系數(shù)，取值15～25，軟巖取大值，硬巖取小值，一般巖石可取k=20；a光為孔距，m；m為比例系數(shù)，取值0.6～0.8，硬巖可取大值，軟巖宜取小值。

（2）光爆孔線裝藥密度和炮孔裝藥量：

式中，q光為線裝藥密度，g/m；Q光為炮孔裝藥量，g；k光為光面爆破單位面積耗藥量，g/m2。

2.2 炮孔布置及起爆網(wǎng)絡(luò)順序

采用不耦合、空氣間隔裝藥，孔內(nèi)采用導(dǎo)爆索，孔外采用主導(dǎo)爆索搭接，起爆網(wǎng)絡(luò)采用數(shù)碼電子毫秒雷管引爆方式。

起爆時(shí)間t參考文獻(xiàn)[2-8]及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，主炮孔與預(yù)裂孔（光爆孔）相差Δt=50～150 ms時(shí)間起爆，硬巖取小值，軟巖取大值。

其中，如主炮孔和預(yù)裂孔（光爆孔）設(shè)計(jì)緩沖孔，則按式（2）計(jì)算：

式中，a緩為緩沖孔孔距（排距），m；a主為主炮孔孔距（排距），m。

主炮孔的角度為75°，光爆孔和預(yù)裂孔的角度為65°，緩沖孔的角度為65°。

3 預(yù)裂爆破和光面爆破現(xiàn)場試驗(yàn)

預(yù)裂爆破試驗(yàn)和光面爆破試驗(yàn)選擇在同一巖性相同平臺(tái)，該部位巖石巖性較差，節(jié)理裂隙發(fā)育，對預(yù)裂爆破或者光面爆破要求較高，尤其需嚴(yán)格控制其鉆孔質(zhì)量。

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)計(jì)的參數(shù)方案，計(jì)算得到預(yù)裂爆破（光面爆破）參數(shù)、典型的裝藥結(jié)構(gòu)圖、炮孔布置及起爆網(wǎng)絡(luò)順序圖。

預(yù)裂孔（光爆孔）裝藥結(jié)構(gòu)圖見圖1。采用導(dǎo)爆索進(jìn)行引爆。

圖1 預(yù)裂孔（光爆孔）裝藥結(jié)構(gòu)

預(yù)裂爆破和光面爆破參數(shù)根據(jù)公式（1）～公式（12）進(jìn)行計(jì)算，見表2～表5。

實(shí)施預(yù)裂爆破的區(qū)域前排兩排主炮孔，最后一排預(yù)裂孔。為進(jìn)行對比，光面爆破的區(qū)域前排兩排主炮孔或一排緩沖孔，最后一排光爆孔。

表2 預(yù)裂爆破預(yù)裂孔參數(shù)

表3 預(yù)裂爆破主炮孔參數(shù)

表4 光面爆破光爆孔參數(shù)

表5 光面爆破主炮孔參數(shù)

預(yù)裂爆破預(yù)裂孔的起爆時(shí)間比主炮孔提前100 ms，光面爆破光爆孔的起爆時(shí)間比主爆破或緩沖孔滯后100 ms。

起爆網(wǎng)絡(luò)使用數(shù)碼電子雷管，主炮孔采用逐孔起爆，孔間間隔25 ms。炮孔順序及起爆順序見圖2～圖3。

圖2 預(yù)裂爆破炮孔布置及起爆順序

圖3 光面爆破炮孔布置及起爆順序

4 爆破效果分析

4.1 現(xiàn)場試驗(yàn)效果分析

試驗(yàn)分三次爆破進(jìn)行，分別對未設(shè)緩沖孔和設(shè)立緩沖孔的爆破進(jìn)行對比（見圖4）。

首先對光面爆破和預(yù)裂爆破未布置緩沖孔進(jìn) 行對比，從爆破前后的臺(tái)階外觀可以看出，整個(gè)光面爆破未布置緩沖孔坡面平整度差，受主炮孔爆破沖擊影響大，幾乎未見半壁孔。預(yù)裂爆破效果相對較好。

而后進(jìn)行第3次試驗(yàn)，在光面爆破設(shè)置緩沖孔進(jìn)行對比，從表4可以看出，同等巖性情況下，光面爆破在平整度、半孔率效果指標(biāo)優(yōu)于預(yù)裂爆破。

為了加強(qiáng)探索不同巖性下預(yù)裂爆破和光面爆破的對比分析，再次進(jìn)行了硬巖條件下的對比試驗(yàn)，受篇幅影響，本文不再贅述其參數(shù)，僅描述現(xiàn)場試驗(yàn)爆破效果（見圖5）。

從圖5可以看出，在硬巖條件下，光面爆破效 果指標(biāo)同樣優(yōu)于預(yù)裂爆破效果指標(biāo)，預(yù)裂爆破外觀平整度差，坡面參差不齊。

圖4 光面爆破和預(yù)裂爆破效果

表4 爆破效果指標(biāo)評價(jià)

圖5 硬巖條件下的光面爆破和預(yù)裂爆破

4.2 經(jīng)濟(jì)成本對比分析

每次爆破方量為3300～3400 m2，考慮鉆孔、火工及人工等成本測算，采用光面爆破比預(yù)裂爆破單位成本節(jié)約約0.49元/m3。

綜上所述，針對寧化行洛坑鎢礦露天采場的巖性特征，在同一種巖性條件下，光面爆破指標(biāo)效果優(yōu)于預(yù)裂爆破，同時(shí)在采用光面爆破方法時(shí)，需布置一層緩沖孔，以減少主炮孔對光爆孔的沖擊 影響。

5 結(jié)論

（1）從爆破試驗(yàn)效果與經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行比較，在同一種巖性條件下，光面爆破指標(biāo)優(yōu)于預(yù)裂爆破；

（2）對于光面爆破而言，設(shè)立緩沖孔有利于減少主炮孔對光面孔的影響，在參數(shù)選擇上，對于軟巖、裂隙發(fā)育的邊坡孔距取小值而光爆層厚度取大值；堅(jiān)硬、穩(wěn)定的邊坡孔距取大值，光爆層厚度取小值。

（3）在實(shí)際的現(xiàn)場生產(chǎn)中，常面臨著地質(zhì)條件多變的情況，需要結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況，充分了解邊坡地質(zhì)情況，掌握爆破地段的巖石硬度、節(jié)理裂隙發(fā)育情況、水文地質(zhì)條件以及腐蝕風(fēng)化程度等，優(yōu)化調(diào)整孔網(wǎng)參數(shù)、裝藥方式、起爆順序等，以達(dá)到最優(yōu)的爆破效果；

（4）本文的試驗(yàn)還存在一些不足，主要在于施工管理方面，后續(xù)將準(zhǔn)確邊坡定線，整平鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)，規(guī)范鉆孔人員操作，做到“方向正、對位準(zhǔn)、角度精”。建立爆破現(xiàn)場監(jiān)督機(jī)制，嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)施工，出現(xiàn)問題及時(shí)糾正，另外結(jié)合爆破振動(dòng)進(jìn)一步優(yōu)化爆破參數(shù)。