陳沖 肖斌

摘 要：紅云灘西礦自2007年露天開(kāi)采以來(lái)，為保護(hù)邊坡穩(wěn)定，形成階梯式開(kāi)采，一直采取預(yù)裂爆破方式控邊坡成型。經(jīng)過(guò)不斷的嘗試改進(jìn)，取得了良好的效果，邊坡成型良好、穩(wěn)定，半孔率達(dá)到95%以上。以下就些許經(jīng)驗(yàn)，拋磚引玉與大家共同交流。

關(guān)鍵詞：紅云灘西礦；預(yù)裂爆破

1 預(yù)裂爆破基本原理

預(yù)裂爆破的基本原理是綜合利用緩沖原理、等能原理、斷裂力學(xué)機(jī)理和應(yīng)力疊加原理，結(jié)合爆破現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)其爆破孔網(wǎng)參數(shù)、裝藥參數(shù)及裝藥結(jié)構(gòu)和起爆網(wǎng)路達(dá)到其主要技術(shù)要求。所謂緩沖原理就是優(yōu)選合適的炸藥和裝藥結(jié)構(gòu)，以緩和爆轟壓力對(duì)巖石孔壁的沖擊作用，減少或避免粉碎區(qū)和次生裂縫的產(chǎn)生，使爆炸能量得到合理分配和利用。其方法一是選用爆速低、猛度小和威力大的炸藥（根據(jù)實(shí)際情況，本礦山選用膨化硝銨炸藥）；二是采用具有合理的不耦合系數(shù)及裝藥結(jié)構(gòu)形式的不耦合裝藥。

等能原理是指選擇合適的裝藥量，使每個(gè)炮孔產(chǎn)生的爆炸能與每個(gè)孔擔(dān)負(fù)的預(yù)裂面積所需要的能量相等，沒(méi)有多余的能量造成其他破壞性裂隙，即預(yù)裂爆破的藥量恰好等于分離巖體并形成一定的斷裂面積所需要的藥量。

應(yīng)力疊加原理，即為了控制裂隙面僅沿炮孔中心連線(xiàn)形成。應(yīng)用應(yīng)力疊加理論需要沿預(yù)裂面布置一排適當(dāng)加密的炮孔，并同時(shí)起爆，在炮孔連線(xiàn)上形成應(yīng)力疊加，使疊加后的拉應(yīng)力大于巖石的抗拉強(qiáng)度，而其他方向的爆破拉力低于巖石的強(qiáng)度，裂隙僅沿炮孔中心連線(xiàn)形成。

斷裂力學(xué)機(jī)理：由于巖石是一種各向異性的多裂隙脆性材料，巖體內(nèi)存在著某些自然裂紋，在高壓爆生氣體作用下，孔間拉應(yīng)力使原有裂紋呈張開(kāi)型。如果其應(yīng)力強(qiáng)度因子大于巖石的斷裂韌性，裂紋將擴(kuò)展；如果應(yīng)力強(qiáng)度因子大于大于巖石的斷裂韌性，裂紋將高速擴(kuò)展；如果應(yīng)力強(qiáng)度因子小于巖石的斷裂韌性，裂紋將停止擴(kuò)展。

總上所述，預(yù)裂爆破的力學(xué)理論是巖體爆破成縫機(jī)理的基礎(chǔ)，在巖體爆破成縫過(guò)程中，應(yīng)力波和爆生氣體共同作用的結(jié)果形成了貫通裂縫，其中，爆生氣體起著決定作用。預(yù)裂爆破裂隙形成的全過(guò)程大體可分為開(kāi)裂、擴(kuò)展和止裂3個(gè)階段：在成排孔預(yù)裂爆破時(shí)，爆生氣體以較高的壓力峰值瞬間作用于炮孔壁上并使孔壁四周產(chǎn)生許多徑向微裂紋，其大小和方向是隨機(jī)的；隨后在壓力作用下繼續(xù)擴(kuò)展；由于相鄰炮孔的存在，改變了炮孔壁附近環(huán)向應(yīng)力分布，造成炮孔間連心線(xiàn)方向上的拉應(yīng)力集中，由于巖體的抗拉強(qiáng)度最小，最易發(fā)生拉斷或剪斷破壞。所以，巖體在爆生氣體的準(zhǔn)靜態(tài)壓力作用下，在炮孔間連線(xiàn)方向形成的集中拉應(yīng)力首先大于巖體的動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度，從而產(chǎn)生開(kāi)裂裂縫。巖體在炮孔壁處產(chǎn)生開(kāi)裂縫以后，改變了內(nèi)部應(yīng)力分布，此時(shí)，爆生氣體尚未楔入裂縫內(nèi)。然而，由于開(kāi)裂縫的存在，使得裂縫尖端區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力強(qiáng)度因子大于巖體的動(dòng)態(tài)斷裂韌性，導(dǎo)致巖體在炮孔連線(xiàn)方向上造成張開(kāi)型斷裂破壞。隨著裂縫向相鄰炮孔方向的擴(kuò)展，爆生氣體開(kāi)始逐漸楔入裂縫內(nèi)，進(jìn)一步改變了巖體的受力狀態(tài)。由于爆生氣體的作用持續(xù)了一段時(shí)間，而且?guī)r體內(nèi)空腔體積增大，加之氣體的泄漏等，作用于炮孔壁上的壓力已有明顯的降低。當(dāng)裂縫擴(kuò)展到一定長(zhǎng)度和孔壁壓力降到一定值時(shí)，在此條件下，若裂縫尖端區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力強(qiáng)度因子小于巖體動(dòng)態(tài)平面應(yīng)變斷裂韌性值，就會(huì)發(fā)生裂縫。

2 預(yù)裂爆破具體施工步驟及注意事項(xiàng)

2.1 地質(zhì)情況的收集與了解

爆破工作，是以爆破作為技術(shù)手段，以達(dá)到施工目的。而礦山爆破的作用對(duì)象是巖石，所以要做好爆破工作，必須先了解我們的施工對(duì)象——巖石。預(yù)裂爆破要達(dá)到良好的效果，同樣需要我們先了解施工部位的巖石性質(zhì)、巖體構(gòu)造、地質(zhì)狀況。這是我們確定爆破方案的依據(jù)。紅云灘礦區(qū)地表有少量砂及礫石、碎石塊，局部有鹽漬土；礦體的頂?shù)装鍑鷰r多為安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、安山質(zhì)凝灰?guī)r，個(gè)別工程中可見(jiàn)礦體底板為花崗巖。礦區(qū)內(nèi)的礦石為磁鐵石英巖，堅(jiān)硬較穩(wěn)固。巖石的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)如下：

體重：礦石：3.76 t/m3

巖石：2.6 t/m3

硬度系數(shù)（f）：礦石10～12

巖石：6～8

松散系數(shù)：礦、巖均為1.5。礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造比較發(fā)育。

2.2 工作面的安排與預(yù)裂孔的布置

為了減小震動(dòng)，降低爆破的后坐力，須將工作面控制成沿預(yù)裂邊的細(xì)長(zhǎng)條形（圖1）。根據(jù)爆破理論，自由面越多越完整，爆破震動(dòng)越小。如圖1所示，在預(yù)裂孔前排布置一排或兩排爆破孔，既能保證良好的自由面，又能控制起爆藥量。預(yù)裂孔長(zhǎng)度應(yīng)比爆破區(qū)域長(zhǎng)L，如圖1緩沖區(qū)S，L的長(zhǎng)度根據(jù)炮孔直徑，及巖體的完整性確定，本礦山一般取值4 m。

預(yù)裂孔間距確定，炮孔間距一般取孔徑的8～12倍。巖石硬，取大值，巖石軟，取小值。巖石完整取大值，巖石破碎，取小值。

2.3 穿孔質(zhì)量控制

預(yù)裂爆破的最終效果是要形成平整規(guī)則的預(yù)裂面，預(yù)裂面半孔率要達(dá)到80%以上。所以預(yù)裂爆破效果如何，預(yù)裂孔的質(zhì)量非常重要。根據(jù)我們多年預(yù)裂爆破的經(jīng)驗(yàn)，在整個(gè)預(yù)裂爆破的過(guò)程中，預(yù)裂孔穿孔環(huán)節(jié)對(duì)最終效果的影響達(dá)到50%以上。方位、傾角這是對(duì)預(yù)裂孔穿孔的兩個(gè)最重要的技術(shù)要求。如圖2所示，a為方位角?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，采用前后樁的方法確定方位角，即分別在b，c兩點(diǎn)垂直水平面樹(shù)立兩個(gè)樁子，讓鉆桿跟兩根樁子處于同一平面即可。傾角如圖4中設(shè)計(jì)邊坡角度。穿孔過(guò)程中應(yīng)不斷地觀察巖石硬度的變化，并記錄在案以備計(jì)算藥量及裝藥時(shí)提供依據(jù)所用。

2.4 裝藥

預(yù)裂孔采用不耦合，不連續(xù)裝藥方式。裝藥的過(guò)程中藥包應(yīng)盡可能地避開(kāi)巖石破碎的位置。線(xiàn)裝藥密度一般采用工程類(lèi)比法，并從實(shí)際爆破效果進(jìn)行論證?？椎准訌?qiáng)一般為線(xiàn)裝藥量的3～4倍，巖石硬則取大值，軟則取小值，裝藥長(zhǎng)度一般為1～1.5m。裝藥示意圖如圖3所示。

2.5 緩沖孔的使用

當(dāng)巖體特別破碎或巖石性質(zhì)特別脆時(shí)，應(yīng)增加緩沖孔以加強(qiáng)對(duì)預(yù)裂面的保護(hù)。緩沖孔的布置如圖4所示。

緩沖孔的裝藥量一般為爆破孔的一半左右，底部裝藥，適當(dāng)充填后，上部不充填。

2.6 起爆順序

爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)裂孔應(yīng)先于爆破孔起爆，一般時(shí)間間隔為先于50～100ms，緩沖孔與主題爆破孔一起起爆。

2.7 根據(jù)實(shí)際情況，不斷調(diào)整

預(yù)裂爆破是一門(mén)實(shí)用經(jīng)濟(jì)的爆破技術(shù)手段，在高塹邊坡的施工中應(yīng)用廣泛。爆破效果好的情況下可降低開(kāi)挖成本、降低邊坡危害等。但是在實(shí)際的爆破工作中，巖體情況、地質(zhì)情況變化多端，常常出現(xiàn)許多不確定性因素。作為爆破技術(shù)人員，應(yīng)隨時(shí)根據(jù)巖體性質(zhì)、構(gòu)造地質(zhì)、水文地質(zhì)的變化不斷地調(diào)整技術(shù)參數(shù)，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)服務(wù)礦山才是對(duì)我們的最終要求和最基本的要求。以上皆為個(gè)人淺薄之談，盼能向大家多多學(xué)習(xí)交流。

參考文獻(xiàn)

[1]李智.綜采工作面開(kāi)切眼深孔預(yù)裂爆破技術(shù)的應(yīng)用探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，（3）：124-124.

[2]尹吉，王明君.預(yù)裂爆破技術(shù)在某露天礦中的應(yīng)用[J].露天采礦技術(shù)，2014，（9）：65-67.

（作者單位：1.廣安市礦山救護(hù)大隊(duì)；2.新疆地礦局第四地質(zhì)大隊(duì)）