復雜環境下礦山露天開采爆破施工技術研究

李萬川

摘要：礦山露天開采作為一種常見的采礦方式，其爆破施工技術是實現高效率和安全生產的關鍵。礦山露天開采環境復雜，地質條件多變，加之炸藥的不確定性，使得爆破施工變得異常困難。針對此問題，從爆破施工的流程、參數、優化等方面進行深入研究，旨在為礦山露天開采爆破施工提供可行的技術方案，以保障生產安全和高效率。

關鍵詞：礦山露天開采；爆破施工；復雜環境；技術研究

0? ?引言

礦山露天開采作為一種常見的采礦方式，具有開采效率高、成本低等優點，尤其適用于大規模開采。合理應用礦山露天開采的爆破施工技術，是實現高效率和安全生產的關鍵。而爆破施工的優劣直接影響到礦山的開采效果和經濟效益，因此研究礦山露天開采爆破施工技術，對提高礦山生產效率和降低成本具有重要意義。

礦山露天開采環境復雜，地質條件多變，加之炸藥的不確定性，使得爆破施工變得異常困難。爆炸震動會導致周圍建筑物受到損害、地面塌陷、破碎度不足。如何在確保開采效率和經濟效益的前提下，提高爆破施工的安全性和可靠性，成為礦山露天開采爆破施工技術研究的核心問題。

1? ?礦山露天開采爆破施工技術研究內容

一是爆破施工流程。即通過對礦山露天開采爆破施工的流程進行分析，以確定其中存在的問題及原因。二是參數分析與優化。即以爆破參數為研究對象，針對各項指標進行分析和優化，如炸藥品種、藥量、單發能量等。三是爆破施工技術。即從已有的開采爆破技術中，挑選最為適用的技術方案。四是巖石力學。復雜環境下礦山露天開采所涉及的巖石力學問題比較復雜，需要通過巖石力學研究來判斷爆破施工對巖石力學性質的影響，并提出相應的施工措施。五是環境保護。在復雜環境下進行礦山露天開采，環境保護也是非常重要的一個問題。爆破施工對環境的破壞較大，需要通過環境保護研究來提出相應的保護措施，確保施工不會對環境造成污染和破壞。六是安全研究。復雜環境下礦山露天開采爆破施工技術的安全性也是非常關鍵的一個問題。要根據爆破原理合理放置，通過安全研究來提出相應的安全措施，確保施工的安全性和可靠性。某礦山爆破堆結構如圖1所示。

2? ?爆破施工案例分析

2.1? 道路處理

2.1.1? 臨時道路建設

某項目C區虛渣排土場西側+2117m水平處需建設一條臨時道路，以便液壓挖掘機和鉆機通行。選擇采用液壓挖掘機開展輔助道路施工，并在不大于25%坡度下，將輔助道路鋪墊至C區上方的+2180m水平處。這條臨時道路寬度為5m，兩側設有安全擋，底寬不小于3m，頂寬不小于2m，高度不小于1.5m，以確保車輛通行安全。

2.1.2? 道路修筑與硬巖處理

由+2180m水平至C區頂部的道路，需根據地形沿山脊修筑。采用鉆孔爆破方法對硬巖進行施工，通過鉆孔爆破，使挖掘機順利通過硬巖，方便道路修筑。

進行鉆孔爆破時，需掌握爆炸點準確位置和爆炸能量控制，避免對周圍環境和設備造成損害。采用交替循環甩渣的方式，清除修筑道路區域，確保道路平整且寬度達到設計要求。平整完成后，即可開始修筑道路。

2.1.3? ?道路標高調整

為了將道路修筑至C區頂部，通過鉆孔爆破沿臺階高度向下的方式進行施工。施工過程中，嚴格控制道路坡度，確保車輛通行安全。針對C區頂部地形特殊性進行平整處理，保障后續施工順利進行。

鑒于C區地質環境特殊性，采取穿孔、爆破倒堆下排的方法進行標高處理，達到平整目的。將整體高度降至設計剝離高度位置，使其形成大面積剝離平臺。然后對道路標高進行精準調整。

2.2? ?爆破方案優化設計

2.2.1? ?爆破方案設計考慮因素

針對C區地形起伏較大的特點，爆破方案需充分考慮地形條件，根據鉆孔水平和垂直方向的分布情況，合理布置淺孔、深孔的位置和數量。

對于深孔臺階的爆破設計，采取微差爆破技術可以有效地控制爆炸產生的振動和沖擊波，達到減少對周圍環境和建筑物的影響的目的。

對于裝藥結構方面，連續耦合裝藥可以提高爆破效果和控制爆炸產生的振動。對巖性變化較大的特殊地段和特殊環境下，采用分層裝藥以適應不同巖性，提高爆破效果，并減少對周圍環境的影響。需要強調的是，在實施爆破方案時，需有專業人員進行現場監測和調整，以確保安全。

2.2.2? ?火區與非火區爆破裝藥選擇

火區爆破和非火區爆破的裝藥選擇有所不同。火區爆破需考慮火源及周圍環境的安全性。鑒于粉狀乳化炸藥爆炸過程中火苗持續時間極短，在爆炸氣泡形成后即被熄滅，減少了火源的形成，因此采用粉狀乳化炸藥。

而非火區爆破則主要采用現場混裝銨油炸藥，原因在于這種炸藥的靈活性較強，能夠滿足現場調配、靈敏度調整等需求。在水孔裝藥和起爆藥包方面，一般使用專門的可濕性裝藥和起爆藥包，以保證在水環境中爆破可靠性。而對于改炮部分，采用各種規格的成品乳化炸藥，以提高改炮效果，保證改炮成功率。

此外，在前排部分不規則區域，為避免抵抗線過大，可以使用鉆傾斜孔或加密孔的方法來改善爆破效果。需要注意的是，爆破方案的設計和實施需有專業人員進行現場監測和調整，以確保安全和效果達到最優。

2.2.3? ?淺孔臺階爆破調整

在進行淺孔臺階爆破時，需要根據具體情況進行適當的調整。其中一個重要的目標是要提高爆堆的延伸距離，同時減少挖掘機甩棄量。為了實現這一目標，爆破網絡通常采用一種特殊的起爆方式——導爆管-導爆索排間微差起爆網路。裝藥結構示意圖如圖2所示。

導爆管是一種管狀爆炸物，用來分布火藥的能量，使爆炸波的能量能夠沿著管壁傳播。而導爆索則是一種強度高、耐火耐激的導火索，用來傳遞火源，控制整個爆破過程。通過將導爆管和導爆索組合在一起，可以形成一個微差起爆網路，從而實現更加精確的起爆控制。

具體作業過程中，先將導爆管嵌入巖石中，再將導爆索緊密地勾連在一起，從而形成一個網格狀的爆破網絡。通過適當調整每個導爆管的長度和位置，以及導爆索的數量和長度，就可以控制整個爆破過程，實現更加精確的控制。需要注意的是，在淺孔臺階爆破過程中，需針對具體情況進行其他方面的調整，比如選擇適當的爆炸物料、設置合理的裝藥量、優化爆破網絡等等。每一項調整都需要根據具體條件和需求進行，以確保安全性和爆破效果最佳。爆破點位如圖3所示。

2.3? ?火區爆破技術要求

2.3.1? ?火區爆破溫度管理要求

在火區爆破裝藥過程中，溫度是一個非常關鍵的安全參數。一旦孔內溫度超過50℃，就會被定為高溫區。這意味著裝藥爆破的作業必須立刻停止，必須對孔內進行降溫處理。對此可采用注水降溫的方法，根據從外向內、先低溫后高溫的原則，采用沿裂隙注水或注水孔注水方式，循序漸進逐漸靠近火源中心，實行分離、孤立，然后逐步消除孔溫異常。當溫度降至49℃以下且10min內不反彈時，就可以按溫度異常區進行管理。

2.3.2? ?溫度測量與監控要求

在進行火區爆破作業時，對于溫度的監控和控制是非常重要的，這有利于避免火源和爆炸源的可能性，從而確保現場人員和設備的安全。

為了確保溫度的準確測量，需要由三方聯合對計劃爆破區域的每個炮孔進行測溫，以最高值為準。測溫可以采用紅外線或熱敏電阻兩種測溫儀器，在部分區域需要同時使用兩種測溫儀器，最終以溫度高者為準。

2.3.3? ?溫度異常區爆破作業要求

在溫度異常區進行爆破作業時，由于氣候和地質條件的不確定性和不穩定性，提高安全意識和正確的作業方法顯得尤為重要。此類溫度異常區通常天氣和地形突然變化，如強風、暴雨、冰雪覆蓋以及懸崖峭壁等，因此在選擇爆破現場前，必須進行充分的勘察和風險評估，并根據評估結果制定詳細的安全管理方案。

具體作業時，需要依據實際情況選擇不同顏色、不同長度的導爆索，以避免錯誤連接導致爆炸事故。導爆管的選擇也要考慮尺寸和密度的變化因素，可根據目標巖石、地層物質類型和指示設備精度要求進行定制。同時在整個爆破過程中，必須明確分工并制定快速應急措施，以迅速解決突發事件。

3? ?爆破施工流程分析

3.1? ?爆破施工流程

礦山露天開采爆破施工的流程包括：方案制定、布藥、鉆孔、裝藥、起爆、清理等步驟。在每一步驟中，都需要運用石化、工程力學、礦山測量等多學科知識的綜合應用，才能夠確保施工效率和安全性。

3.2? ?常見問題

在礦山露天開采的爆破施工過程中，常存在以下問題：爆破產生的振動和噪聲對周圍環境造成影響，可能會帶來生產和環保隱患。地質條件復雜，導致爆破效果難以預判，經常出現爆破后尺寸不足等現象。施工現場工人作業環境復雜，存在高溫、潮濕、缺氧等情況。

4? ?爆破參數分析與優化

4.1? ?爆破參數概述

炸藥品種、藥量、單發能量等參數是影響礦山露天開采爆破施工的重要因素。其中，藥量的大小直接影響到爆破效果，而合理分藥量配有利于保證爆破效果和安全性。炸藥品種和單發能量則更多是根據爆破地質條件的不同而選擇的。

4.2? ?參數優化

通過實驗方法，對不同參數下的爆破效果進行分析和優化，以達到提高爆破施工安全性和效率的目的。

為了進一步提高在溫度異常區進行爆破作業的安全性和效率，在進行現場風險評估基礎上，可以采用實驗方法，對不同參數下的爆破效果進行分析和優化。實驗過程中，可以選取一定數量的樣本，針對不同的爆破參數（如孔徑、孔深、裝藥量等）進行實驗設計和控制變量，然后通過數據分析和模型優化，確定最優參數組合，以提高爆破效果和降低安全風險。

例如，針對不同溫度、風速和潮濕度等因素，可以設計一系列實驗，測試不同巖石粉狀乳化炸藥的爆炸速度和威力，并通過多元回歸分析和優化設計，確定在不同溫度和潮濕度下最佳孔徑和藥量組合，以實現最佳爆破效果。同樣，可以進行一系列實驗，測試不同孔深對地層物質的炸裂效果，并找出最佳孔深范圍，以減小孔深誤差對爆破效果產生的影響。爆破孔誤差如圖4所示。

總之，通過系統的實驗設計和數據分析，可以為爆破施工提供科學依據和優化方案，從而在保證安全的前提下，盡可能地提高爆破效率和降低成本。

5? ?結束語

礦山露天開采環境復雜，地質條件多變，加之炸藥的不確定性，使得爆破施工變得異常困難。針對礦山露天開采爆破施工的問題，本文進行了深入的研究，分析了爆破施工流程、參數、優化等方面，并提出了爆破模擬技術、GPS定位技術等多種技術對其進行解決。在礦山露天開采爆破施工中，可以考慮以上技術手段的應用，以確保礦山生產安全和高效率。

參考文獻

[1] 傅菊根，來瑞宣，張燕婷.綜掘機施工巷道堅硬巖石松動爆

破技術]].工程爆破，2012，18（3）：48-50.

[2] 辛憲耀，李 宏.松動爆破在長平礦生產掘進中的應用研究.

現代礦業，2013（9）：16-18l.

[3] 張 立.煤層綜采面底板巖石松動爆破參數設計[]].淮南職

業技術學院學報，2010（1）：1749.

[4] 李春茂，樊少武.復雜地質條件下綜采工作面深孔松動爆

破技術[].煤炭科學技術，2007，35（5）：33-355.

[5] 田立.綜掘硬巖巷道松動爆破技術研究[D].淮南：安微理

工大學，2013.274.