徐建榮，劉洪興，張吉勇

（1.江西銅業(yè)公司德興銅礦，江西上饒 334224；2.江西理工大學資源與環(huán)境工程學院，江西贛州 341000）

·采 選·

某銅礦350m水平中部II區(qū)爆破設計

徐建榮1，劉洪興2，張吉勇2

（1.江西銅業(yè)公司德興銅礦，江西上饒 334224；2.江西理工大學資源與環(huán)境工程學院，江西贛州 341000）

在邊坡區(qū)域構造復雜，節(jié)理裂隙和斷層發(fā)育的條件下，某銅礦350m水平中部II區(qū)的爆破設計，既要確定合理的炮孔參數(shù)、起爆順序，又要考慮爆破震動的影響，力求降低對邊坡穩(wěn)定性的影響。通過計算爆破區(qū)域炮孔爆破引起的質點振動速度均在22cm／s以下，該振動值對邊坡穩(wěn)定性差的地段是安全的。

邊坡；炮孔參數(shù)；起爆順序；爆破震動

某銅礦采區(qū)北幫（區(qū)）的西源嶺290～479m邊坡，地質構造復雜，區(qū)域節(jié)理裂隙和斷層發(fā)育，夾雜順坡向的光面，在不同區(qū)段表現(xiàn)出不同的分布特征。410m以下臺階邊坡西段及東段主要發(fā)育二組節(jié)理，東段節(jié)理產(chǎn)狀約為 140°／55°、225°／60°，西段節(jié)理產(chǎn)狀約為 310°／55°、220°／70°，而中段有三組節(jié)理，在不同松動區(qū)其具體產(chǎn)狀有所變化，但都為傾向北北西、北東和南東節(jié)理，主節(jié)理為傾向北北西節(jié)理。410m以上臺階邊坡主要發(fā)育三組節(jié)理，但產(chǎn)狀變化較大。臺階邊坡巖體受節(jié)理切割，在不同邊坡區(qū)段，節(jié)理產(chǎn)狀變化較大，存在松動區(qū)和滑塌區(qū)。2008年下半年開始，290m到410m水平邊坡發(fā)生了大面積的滑動，滑動區(qū)域面積達到4000m2，滑坡體近10萬m3。2008年年底開始，對350～320m臺階和410～380m臺階的邊坡進行了削坡減載，清理了滑坡體的部分松動巖體，緩和了邊坡的下滑趨勢，避免產(chǎn)生更大的邊坡滑動災害。至2009年3月，該區(qū)域邊坡的滑動仍在繼續(xù)，邊坡巖體明顯離層和滑動，并有加速滑動的趨勢。由380m削坡后形成的新的臺階上（約為365m水平），先后出現(xiàn)了二條基本平行的縱向的裂紋，開裂面的寬度迅速增加，目前開裂面寬度已達到70～80cm，較寬的一條開裂面的延伸長度近60m。開裂面后沿向內斜插，肉眼可見深度1～1.6 m，實際深度目前不明。

1 爆破實施概況

本次爆破設計的爆破區(qū)域位于西源嶺350m水平中部，東北面臨近最終邊坡。該水平留設10m寬平臺，中風化絹云母千枚巖（廢石）。設計爆破區(qū)域長186.77m，頂板高程348.26～348.62m，爆區(qū)正下方是西源嶺剝離的運巖公路。如圖1所示，根據(jù)工作平臺的實際寬度和穿孔設備的作業(yè)安全要求，圖示爆破區(qū)域I的穿孔設備為邊坡鉆機，爆破區(qū)域II的穿孔設備為牙輪鉆機［1］。在該地段實施爆破時，要采取良好的技術措施和嚴格的管理，力求減小爆破振動對邊坡穩(wěn)定性的影響［2～4］。

圖1 爆破區(qū)域圖

2 爆破方案設計

2.1 炮孔布置

根據(jù)工作平臺的實際寬度和穿孔設備的作業(yè)安全要求，爆破區(qū)域II設計的主爆孔區(qū)域采用牙輪鉆機作業(yè)。設計中以預裂孔為基準布設輔助孔和緩沖孔各1排，通過發(fā)揮預裂孔爆破后形成的預裂縫作用，防止不合理孔深的主爆孔與預裂孔之間貫穿，之后再布設正常的全深孔［5，6］。

根據(jù)本區(qū)域特殊的地質情況和《采礦場最終邊坡管理規(guī)定》的藥量控制要求，設計的每面炮的裝藥量不超過15t，每面炮的主爆孔孔數(shù)控制在20個左右，各面炮的孔位圖如圖2所示。

圖2 爆破區(qū)域II孔位圖

2.2 輔助孔和緩沖孔

2.2.1 布孔方式和孔網(wǎng)參數(shù)

以預裂面為基準布設輔助孔和緩沖孔各1排，保證坡底不受破壞，并形成期望的坡面角（65°）。輔助孔孔深設計為6m，孔距4m，孔口距離境界線4 m、孔底與邊坡保護層厚度1.2m；緩沖孔孔深設計為14.5m，孔距7m，緩沖孔和輔助孔的排距為4m，剖面圖如圖3所示。

圖3 輔助孔和緩沖孔剖面圖

2.2.2 裝藥量

輔助孔裝藥量50kg，充填高度5.3m；緩沖孔采用間隔裝藥方式，單孔裝藥量為430kg，充填高度6.86m。

2.2.3 裝藥結構

為控制臨近邊坡一側炮孔最大一響藥量，同時維護邊坡的穩(wěn)定，緩沖孔采用間隔裝藥方式，孔內上部裝200kg乳化炸藥和澳瑞凱第16段（400ms）非電導爆管雷管配合，孔內底部裝230kg乳化炸藥和澳瑞凱第15段（375ms）非電導爆管雷管配合，中間用隔離器隔斷并用巖粉充填1.5m，充填高度為6.85m，示意圖如圖4所示。

圖4 爆破區(qū)域II緩沖孔（間隔）裝藥結構圖

2.3 全深孔

2.3.1 布孔方式

本次爆破設計采用三角形布孔。

2.3.2 爆破參數(shù)

前排孔臺階剖面圖如圖5所示，孔網(wǎng)參數(shù)確定如下：

1.底盤抵抗線W1：根據(jù)牙輪鉆機設備的鉆孔作業(yè)安全條件：

式中：B為鉆機臺階邊緣作業(yè)的最小安全平臺寬度，Bmin＝3.0m；α＝80°。

計算得W1≈6.0m；

圖5 前排孔臺階剖面圖

2.孔距a與排距b：為了控制清碴位置的垮方量，順沿眉線的前排孔做加密處理（孔距6.0m）。從第2排開始，孔網(wǎng)確定為6.0×8.0m2，即a＝8.0 m，b＝6.0m。

3.孔深根據(jù)《2014年1月份月末現(xiàn)狀圖》提供的頂板標高確定，超深1.5m。

4.單耗：根據(jù)該地段巖性，確定炸藥單耗（BDS）為 0.764kg／m3。

說明：根據(jù)爆破區(qū)域巖性，因爆破區(qū)域I的風化程度比爆破區(qū)域II略高，故在確定炸藥單耗時，爆破區(qū)域I的炸藥單耗比爆破區(qū)域II的略低。

5.每孔裝藥量：前排單孔裝藥量Q1按以下公式計算：

式中：q為炸藥單耗，取值為 0.764kg／m3；a1為孔距，取6.0m；W1為底盤抵抗線，取6.0m；H為臺階高度，15m。

計算得前排孔的裝藥量為450kg，充填高度10.07m（局部區(qū)域前排孔藥量根據(jù)坡面角情況進行調整）。

從第2排孔起，各排孔的每孔裝藥量Q2按以下公式計算：

式中：q為炸藥單耗，取值為0.764kg／m3；a為孔距，取8m；b為排距，取6m；H為臺階高度，15m。

計算得裝藥量為550kg，充填高度7.25m。

爆破區(qū)域II的4面炮的炮孔參數(shù)見表1、表2、表3、表4。

表1 第1面炮炮孔參數(shù)

表2 第2面炮炮孔參數(shù)

表3 第3面炮炮孔參數(shù)

表4 第4面炮炮孔參數(shù)

由此可以計算出4面炮的總裝藥量分別為13t、12.4t、11.5t和 14.2t。

6.裝藥結構：考慮到該區(qū)域正下方為運巖公路，臺階邊緣的炮孔做加密處理并采用連續(xù)裝藥方式，以避免清渣地段前排間隔裝藥導致藥柱頂部實際抵抗線偏小，爆后過多松方拋擲垮塌到運巖公路上，其余全深孔采用間隔裝藥方式?？變壬喜垦b200kg乳化炸藥和澳瑞凱第16段（400ms）非電導爆管雷管配合，底部裝350kg乳化炸藥和澳瑞凱第15段（375 ms）非電導爆管雷管配合。中間用炮孔隔離塞（或稱爆破節(jié)能器）隔斷并用巖粉充填1.5m，示意圖如圖6所示。

圖6 爆破區(qū)域II全深孔（間隔）裝藥結構圖

7.充填高度：充填高度一般不小于底盤抵抗線的0.75倍，根據(jù)每孔設計裝藥量運用公式（4）計算：

式中：L為充填高度／m；H為孔深／m；Q為每孔裝藥量／kg；式中數(shù)字 70為炮孔每米裝藥量，單位／kg·m－1。計算得：前排孔的充填高度為10.07m，其余全深孔充填高度為7.25m（間隔段的1.5m充填考慮在內），符合爆破設計與安全要求。

2.4 （地表）爆破網(wǎng)絡

根據(jù)該邊坡的穩(wěn)定性情況及地段巖性，地表網(wǎng)絡使用大段別毫秒延期雷管延時，即控制排和控制列分別用42ms和100ms的非電導爆管雷管搭配。各面炮穿孔完畢后及時驗收并用OrIIcashotplus軟件進行模擬，各面炮都采用斜線起爆方式，保證相鄰孔間延期時間≥20ms，嚴格實行逐孔起爆。

3 爆破安全

3.1 爆破振動控制

由《爆破安全規(guī)程》［7］可知，爆破振動控制以控制單面炮爆破規(guī)模和控制最大一響藥量為主要措施。每面炮的主炮孔（含緩沖孔）控制在20個左右，并適當延長地表網(wǎng)絡延期時間，相鄰炮孔地表網(wǎng)絡延期時差控制在20ms以上，防止爆破振動疊加。

距離邊坡最近的炮孔爆破引起質點的振動速度按薩道夫斯基公式［8］計算如下：

式中：V為爆破引起的質點振動速度／cm·s－1；Q為單響藥量／kg，輔助孔50kg，緩沖孔第一段裝藥230kg，最后1排主炮孔第一段裝藥350kg；R為藥柱中心到365邊坡（坡底）的最近距離／m，輔助孔、緩沖孔與最后一排主炮孔到365邊坡（坡底）的最近距離分別為10.62m、18.29m、23.26m；K1為系數(shù) 1，預裂爆破減振系數(shù)，一般K1＝0.4～0.7，此處取0.5；K2為系數(shù)2，與爆破點地形、地質條件有關的系數(shù)，取K2＝180～200；a為爆破振動衰減指數(shù)，取 a＝1.65～2.0。

系數(shù)K2和a取值說明：目前，在評定爆破振動效應的方法中，計算爆破質點振動速度的經(jīng)驗公式很多。應用最為廣泛和有效的是前蘇聯(lián)薩道夫斯基提出的經(jīng)驗公式：

式中：V為巖土質點最大振動速度／cm·s－1；K為系數(shù)，取決于巖石性質、爆破參數(shù)和爆破方法等；R為測點至爆破中心的距離／m；Q為爆破藥量，分段爆破時為最大一段藥量／kg；α為衰減系數(shù)。

以薩道夫斯基經(jīng)驗公式為基礎，結合該銅礦生產(chǎn)實際，采用工程類比方法建立的振動速度經(jīng)驗關系為：

即系數(shù)參考值為：K2＝104.32，a＝1.834。

綜合考慮爆區(qū)地形以及巖體內部地質弱面發(fā)育等情況，設計取保守值K2＝180～200、a＝1.8。

3.2 爆破預期影響

上述取值代入公式，計算結果見表5。

表5 爆破區(qū)域Ⅱ振動計算結果表

通過以上計算，350m水平爆破區(qū)域的輔助孔、緩沖孔與最后一排主炮孔爆破引起的質點振動速度均在22cm／s以下，按“邊坡安全允許的質點振動速度”分析：理論上該振動值對邊坡穩(wěn)定性差的地段是安全的，但不排除坡面上個別石塊掉落的可能性。

其它構筑物振速核算評估如下：

1.365 邊坡上方噴錨區(qū)：實測350－410邊坡垮塌加固處理工程噴錨區(qū)域離350預裂孔最近距離為17.0m，而預裂孔裝藥中心距孔口約12.0m，經(jīng)計算預裂孔炸藥中心到邊坡噴錨區(qū)域的最近距離為26.2 m。示意圖如圖7所示。

圖7 預裂孔和噴錨區(qū)域相關距離

噴錨區(qū)域安全允許振速參齡期7～28d，大體積混凝土標準取保守值v＝10.0cm／s，另取K＝200、α＝1.8。根據(jù)薩道夫斯基公式計算出Q＝122.0kg。該區(qū)段預裂單孔設計藥量13.0 kg，則允許單段最大同響孔數(shù)n＝122.0÷13.0＝9.4個。

錨索正（側）下方預裂爆破適宜同段起爆孔數(shù)為9個、最大單響藥量117 kg，段間微差時間控制在8 ms以上。

2.預裂爆破對后方邊坡的震動影響：預裂單孔裝藥量 12.0 kg，設計最大單響藥量 120 kg（10孔／響）。參考西源鄰近區(qū)域歷年預裂穿爆施工實際，陡壁地形薄層削坡近區(qū)爆破沿用該經(jīng)驗數(shù)值邊坡是安全的。

4 結 論

1.在區(qū)域復雜的邊坡地段進行爆破是一項環(huán)節(jié)很多的系統(tǒng)工作，應根據(jù)穿孔設備的作業(yè)安全要求和工作平臺的實際寬度，設計好預裂孔、中深孔、輔助孔、緩沖孔和全深孔的爆破參數(shù)及爆破順序，同時要嚴格按設計施工，強化現(xiàn)場施工管理，保證爆破工作的順利進行。

2.針對該地段地質構造的特殊性，通過藥量的控制，增大地表網(wǎng)絡延期時間，各面炮都采用斜線起爆方式，嚴格實行逐孔起爆，減小振動對邊坡的影響。

3.爆破區(qū)域的輔助孔、緩沖孔與最后一排主炮孔爆破引起的質點振動速度均在22 cm／s以下，理論上該振動值對邊坡穩(wěn)定性差的地段是安全的，但不排除坡面上個別石塊掉落的可能性。

［1］ 李曉豁.露天采礦機械［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

［2］ 饒運章.巖土邊坡穩(wěn)定性分析［M］.長沙：中南大學出版社，2012.

［3］ 杜青，馬秋，孫偉，等.爆破震動對露天礦邊坡的影響及其防治［J］.云南冶金，2008，37（6）：12－15.

［4］ 羅會成，毛市龍.爆震對邊坡穩(wěn)定性影響的研究現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.礦業(yè)快報，2005，（10）：20－22.

［5］ 李夕兵.鑿巖爆破工程［M］.長沙：中南大學出版社，2011.

［6］ 汪旭光.爆破手冊［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

［7］ GB 6722－2011，爆破安全規(guī)程［S］.

［8］ 劉殿中，楊仕春.工程爆破使用手冊［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

350 m Level II Area in the Middle of a Copper Mine Blasting Design

XU Jian-rong1，LIU Hong-xing2，ZHANG Ji-yong2
（1.Jiangxi Copper Group Company of Dexing Copper Mine，Shangrao 334224，China；2.China School of Resources and Environmental Engineering，Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou 341000，China）

Under the condition of the complex structure of the slope area，the joint fissure and the development of the fault，a copper mine blasting design of level 350 m Central Zone II，it is necessary to determine the reasonable borehole parameters，initiation sequence，but also consider the impact of blasting vibration，and strive to reduce impact on slope stability.By calculating the area of particle vibration velocity cannon blast holes were caused by blasting in 22 cm／s or less，the vibration v alue of slope stability poor location is safe.

slope；hole parameter；blasting sequence；vibration of blasting

TD854＋.2

A

1003－5540（2017）05－0001－06

徐建榮（1979－），男，工程師，主要從事采礦技術與爆破工程研究工作。

2017－07－03