邊坡控制爆破技術在綠色礦山建設中的應用

張玉淋

(福建省天玉方圓礦業有限公司, 福建 龍巖市 364000)

綠色礦山建設是全面貫徹中國共產黨十九大生態文明建設精神,認真落實習近平生態文明思想的重要舉措。綠色礦山成為我國礦山發展的主旋律,守護青山綠水,建設綠色礦山,就是補益生態的金山銀山,“綠水青山就是金山銀山”的理念已成為全社會的共識。

露天礦山終了邊坡爆破施工對于邊坡穩定性、邊坡復綠等有重大影響,實施邊坡控制爆破技術能夠減小爆破對終了邊坡的破壞作用,避免產生地質災害,減少邊坡危石,為后期綠色礦山建設中邊坡掛網復綠提供較為完整的邊坡面。因此,對終了邊坡實施控制爆破具有重大意義,是露天礦山開展綠色礦山建設的必要舉措。

1 工程概況

福建省龍巖市某采石場開展綠色礦山建設,＋665 m平臺綠化帶和排水溝已建設完畢,但綠化帶外緣距該平臺爆破開挖邊界線還有厚度為3～5 m不等的礦體(見圖1),且未到達預留爆體的邊坡線。若采用深孔臺階松動爆破,勢必會將已建好的綠化帶和排水溝破壞。礦山要求在保護終了邊坡、保護＋665 m平臺綠化帶和排水溝設施的前提下,回采平臺外部3～5 m厚的礦體,且礦山無法提供預裂爆破所需的導爆索。

圖1 +665 m平臺示意

礦山以花崗巖為主,致密堅硬,抗壓強度較高,穩固性較好。但礦體頂面覆蓋的浮土和強風化巖的強度及穩固性隨巖土體的含水情況有較大變化,旱季較高。礦區工程地質條件簡單-中等,巖石裂隙含水性弱,地下水貧乏,礦區水文地質條件簡單。

2 控制爆破技術設計

2.1 總體設計

設計原則:

(1)遵守國家安全生產法律法規,執行行業標準與規范;

(2)嚴格控制炸藥爆炸對邊坡的破壞作用;

(3)嚴格控制單段爆破藥量和起爆順序;

(4)控制爆破飛石與爆破振動;

(5)確保爆破效果與裝巖效率。

根據現場實際勘查并結合爆區周邊環境、巖石性質、地質構造及水文條件,擬采用孔徑D=90 mm的炮孔、直徑d=32 mm炸藥、工業電子雷管起爆網路的深孔臺階控制爆破方法。控制爆破孔布置在距離綠化帶外邊緣1.5 m處(見圖2)。

圖2 炮孔布置(單位:m)

2.2 炮孔布置

孔網參數的選取對爆破效果產生直接影響,科學合理地確定孔網參數是保障爆破效果、減少爆破有害效應、實現爆破預期性控制的有效措施。本工程爆破參數的選取主要考慮減少對終了邊坡的破壞、保護＋665 m平臺的綠化和水溝設施的條件下,盡量保證礦石的爆破效果,控制大塊率,降低礦石的二次破碎和鏟裝成本。

2.3 裝藥結構與單孔藥量

根據薩達夫斯基爆破振動強度公式可知,最大單段藥量決定了爆破振動強度大小,因此如何在確保爆破效果的前提下控制爆破振動強度是難點之一。

由于該礦山無法提供導爆索,因此只能采用連續裝藥結構,將藥卷連續綁在PVC管上,PVC管在受保護的邊坡一側,藥卷在爆破自由面一側。為提高藥卷之間的傳爆性能,將藥卷兩端的包裝袋切除。為避免爆破根底,底部3 m范圍作為加強段,單節綁2～3根藥卷,在距孔底3 m以上炮孔段(長9 m),單節只綁1根藥卷,孔口段4 m用炮泥填塞,爆破參數見表1。

表1 爆破參數

礦體厚度在4 m以內的區域只布置單排炮孔,根據抵抗線大小,底部3 m加強段單節綁2～3根藥卷(0.3 kg/根,0.33 m/根)(見圖3)。在礦體厚度超過4 m的區域布置2排炮孔,前排孔作為主爆孔,后排孔作為控制爆破孔,后排孔底部3 m加強段單節綁2根藥卷(見圖4)。控制爆破孔間距為2.0 m,主爆孔間距為3.5 m。

圖3 裝藥結構Ⅰ(單位:m)

圖4 裝藥結構Ⅱ(單位:m)

(1)裝藥結構Ⅰ單孔藥量計算。底部加強段藥量:3根/節×0.3 kg/根×9節=8.1 kg;中部正常段藥量:1根/節×0.3 kg/根×24節=7.2 kg;單孔藥量Q1=15.3 kg。

(2)裝藥結構Ⅱ單孔藥量計算。底部加強段藥量:2根/節×0.3 kg/根×9節=5.4 kg;中部正常段藥量:1根/節×0.3 kg/根×24節=7.2 kg;單孔藥量Q2=15.3 kg。

2.4 起爆網絡

控制炸藥爆炸對邊坡的破壞作用,并得到穩定、完整的終了邊坡,是本次爆破的重點,因此,要以高精度毫秒延期雷管引爆炸藥,精確控制每個炮孔的起爆時間,把炸藥量在時間上和空間上進行合理分配,控制最大單段藥量,確保爆破效果的同時也控制爆破危害。

本工程設計的起爆順序:控制爆破孔→主爆孔。借鑒大量爆破工程經驗,雷管間的延期時間設置為15～75 ms能得到較為理想的爆破效果。本工程控制爆破孔以每6個孔作為一組齊發起爆,每組之間延時20 ms,主爆孔與控制爆破孔的排間延時為200 ms,主爆孔的孔間延時為15 ms。在距孔底1 m和距孔口5 m處各布置一發電子雷管同時引爆,起爆網絡如圖5所示。

圖5 起爆網絡

2.5 爆破效果

該采石場采用上述的控制爆破技術進行爆破,達到了預期的爆破效果。

(1)半孔率達90%以上,坡面較平整,邊坡頂部填塞段平整度較一般,填塞段以下的坡面上無浮石、危石;

(2)終了平臺無拉裂現象,需要保護的平臺綠化帶完好無損;

(3)爆堆較集中,爆堆毛石松散度均勻,裝巖效率高;

(4)大塊率低,無邊坡根底,二次破碎量少;

(5)爆破后沖效應控制良好,爆破振動小。

爆破后終了邊坡完全滿足掛網、復綠等綠色礦山邊坡治理需要。因爆破效果理想,掛網、復綠等終了平臺的保護和終了邊坡治理工程難度小、效率高、成本低。

3 技術原理與特點

本次控制爆破技術原理與預裂爆破原理大體相同,是在爆破器材受限制的條件下,在預裂爆破技術基礎上的創新。本次控制爆破是在距離受保護的綠化帶1.5 m安全距離外鉆鑿一排孔距與最小抵抗線相匹配的控制爆破孔,在缺乏導爆索的條件下,采用不耦合連續裝藥結構,控制爆破孔先于主爆孔起爆,爆炸應力波在炮孔間沿徑向傳播,在此作用下,控制爆破孔之間形成徑向裂縫,后在高壓爆炸氣體的作用下裂隙進一步擴大,以緩沖、反射主爆孔的爆破振動波控制其對終了邊坡的破壞影響,從而在設計開挖輪廓面上形成一個相對平整的邊坡面,爆破后的邊坡面不受明顯破壞。

本次控制爆破技術是建立在預裂爆破技術基礎上的,因缺乏預裂爆破所需的導爆索,無法采用導爆索傳爆、間隔裝藥結構的技術,而采用炸藥傳爆、連續裝藥結構,并將藥卷兩端的包裝切除,提高炸藥的傳爆性能,避免產生盲炮或傳爆中斷。

通常預裂爆破施工需要采用竹片,而此次控制爆破用PVC管替代竹片,背朝受保護邊坡,將炸藥一根一根地綁在PVC管上,除固定炸藥的作用外,在炸藥起爆時對受保護邊坡起到了一定的保護作用。此外PVC管獲取容易,成本較低,應用在控制爆破中也提高了綁定炸藥的效率,節約了人工。

4 總結

隨著爆破行業技術的不斷革新,邊坡控制爆破技術也與時俱進,不斷在原有技術的基礎上創新與改進,推進爆破行業技術的進一步提升,為國家的建設發展提供技術支撐。本文研究的控制爆破技術爆破效果理想,接近于預裂爆破效果,坡面平整、半孔率高,完全滿足綠色礦山建設中終了平臺的保護和終了邊坡治理的工程需要。在缺乏導爆索或考慮不使用導爆索的條件下,為達到理想的終了邊坡效果,此控制爆破技術可以作為參考。由于綠色礦山建設需要一定的資金投入,部分中小型礦山、私企礦山的綠色礦山建設積極性相對較低,而工程控制爆破技術成本比預裂爆破和光面爆破低,能為礦山節約綠色礦山建設成本,可以作為綠色礦山建設工程的優選方案之一。