劉成敏，劉紅芳，羅福友，周浩倉，王云茂，趙建平

(1.江西國泰五洲爆破工程有限公司， 江西 南昌 330038； 2.江西瑞林稀貴金屬科技有限公司， 江西豐城市 331100； 3.江西國泰民爆集團(tuán)股份有限公司， 江西 南昌 330012； 4.江西省爆破工程技術(shù)研究中心， 江西 南昌 330012; 5.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012)

光面爆破技術(shù)在某大型露天礦山邊坡治理中的應(yīng)用*

劉成敏1,3,4，劉紅芳2，羅福友1,4，周浩倉1,4，王云茂1,3,4，趙建平5

(1.江西國泰五洲爆破工程有限公司， 江西 南昌 330038； 2.江西瑞林稀貴金屬科技有限公司， 江西豐城市 331100； 3.江西國泰民爆集團(tuán)股份有限公司， 江西 南昌 330012； 4.江西省爆破工程技術(shù)研究中心， 江西 南昌 330012; 5.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012)

針對某大型凹陷露天礦的開采現(xiàn)狀，充分考慮其地質(zhì)條件、巖石特性與邊坡保護(hù)的需要，在不改變原有開采方案與工藝的前提下，設(shè)計應(yīng)用光面爆破技術(shù)進(jìn)行邊坡治理，詳細(xì)介紹了該爆破技術(shù)的炮孔參數(shù)設(shè)計、炮孔布置以及起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，方案實施后，有效解決了臺階不成型、坡面不齊的問題，較好地維護(hù)了邊坡的穩(wěn)定性，取得了良好效果。

光面爆破；大型露天礦；邊坡治理；安全隱患

光面爆破法具有保護(hù)圍巖的完整性，提高圍巖的穩(wěn)定性和承載能力等優(yōu)點，能夠控制爆破作用的范圍和防線，使爆后的邊坡平整，光滑，滿足設(shè)計要求，廣泛應(yīng)用于邊坡治理與隧道開挖等各類工程中。

某大型露天凹陷開采礦山由于開采歷史較久，采礦權(quán)歷經(jīng)多次轉(zhuǎn)讓，沒有延續(xù)性的開采規(guī)劃和合理的邊坡保護(hù)方案，造成礦山開采混亂，開采邊界邊坡高陡，由于巖溶地質(zhì)，存在大量的巖溶裂隙，給礦山的正常生產(chǎn)帶來了很大的安全隱患。針對該礦的特點，設(shè)計了應(yīng)用光面爆破技術(shù)進(jìn)行邊坡治理的方案，成功解決了邊坡治理的難題。

1 礦山現(xiàn)狀

1.1 開采現(xiàn)狀

某礦山年產(chǎn)礦石720萬t，采用凹陷露天開采，生產(chǎn)工藝為：表土剝離—深孔鉆機穿孔—爆破—機械鏟裝—液壓錘二次破碎—汽車運輸至區(qū)內(nèi)破碎站(破碎)—皮帶運輸至水泥廠，開拓方案為公路開拓。

目前，礦山已在礦區(qū)南西端形成一采坑，采坑有積水現(xiàn)象，積水用于礦山中部采場生產(chǎn)用水。采場沿東西向布置往北東向推進(jìn)，已有5個作業(yè)臺階，臺階高度12～15 m，平臺寬度約40 m以上，臺階坡面角約75°～90°，沒有掏采現(xiàn)象。

1.2 邊坡地質(zhì)條件

開采地面起始標(biāo)高+163～+167 m，最低標(biāo)高為+60 m，最終邊坡垂直高度約100余米。邊坡松散堆積層厚度5～10 m，基巖為紅色碎屑巖和水泥灰?guī)r，采區(qū)范圍內(nèi)有溶洞、裂隙、泥質(zhì)夾層等分布，易發(fā)生地表塌陷。采場邊坡中上部為全～強風(fēng)化紅色碎屑巖及松散層，邊坡穩(wěn)定性差。西南側(cè)邊坡位于某河流旁，屬巖土混合斜向斜坡，洪水季節(jié)在靜水壓力作用下，易產(chǎn)生潛蝕管涌現(xiàn)象。東側(cè)邊坡為巖土混合斜向斜坡，邊坡穩(wěn)定性一般較好。北側(cè)邊坡屬混合順向斜坡，由于境外匯水面積較大，易產(chǎn)生山洪片流及順層面局部崩滑，因此礦區(qū)的工程地質(zhì)類型中等復(fù)雜。

1.3 邊坡參數(shù)設(shè)計

該礦最終邊坡有關(guān)參數(shù)如圖1所示，開采作業(yè)面邊坡角表土及風(fēng)化層≤45°，新鮮巖體為 68°，生產(chǎn)臺階高度15 m，最終邊坡角為47°～50°。根據(jù)目前開采情況，最終邊坡未能達(dá)到安全要求，故需進(jìn)行邊坡治理，采用光面或預(yù)裂爆破使邊坡坡面平整、穩(wěn)定，以達(dá)到安全要求。

圖1 設(shè)計邊坡

2 光面爆破方案

2.1 光爆孔參數(shù)設(shè)計

在參考了大量的邊坡治理方案后，在不改變礦山原有工藝的前提下，設(shè)計相應(yīng)的參數(shù)。根據(jù)礦山現(xiàn)有鉆孔設(shè)備，其鉆孔直徑分別為140 mm和170 mm，光面爆破選取140 mm孔徑設(shè)備更有利于邊坡穩(wěn)定。臺階高度為12～15 m，孔深按照現(xiàn)場地形坡度變化來確定。設(shè)計采取一次到底的方法進(jìn)行爆破，另外爆破孔深應(yīng)比設(shè)計底板高程超深0.5～1.5 m，以確保爆后底板的平整性。光面爆孔參數(shù)的計算公式為：

(1) 炮孔長度L：

L=(H+h)/sinα

式中，L為炮孔長度，m；α為邊坡鉆孔角度。

(2) 抵抗線W光：

W光=KD(m)

式中，K為計算系數(shù)，一般取K=15～25；D為鉆孔直徑。W光=2.1～3.5 m，軟巖取大值，硬巖取小值。

(3) 炮孔間距a光：

a光=mW光

式中,m為比例系數(shù)，取m=0.6～0.8；故a光=1.26～2.8 m。

(4) 單孔裝藥量Q光：

Q光=q光L

式中，q光為線裝藥密度，q光=K光a光W光，g/m；K光為巖石光面爆破炸藥單耗，g/m3，石灰?guī)r取160～380 g/m3，含泥質(zhì)、裂隙較發(fā)育的取小值，結(jié)構(gòu)完整、致密的取大值。

2.2 主炮孔參數(shù)設(shè)計

實施光面爆破的區(qū)域前端部分預(yù)留2～3排主炮孔和1～3排輔助炮孔，或只預(yù)留光爆層。光面爆破的炮孔起爆時間應(yīng)比前排主炮孔(或輔助炮孔)滯后50～250 ms。

表1 主炮孔的相關(guān)參數(shù)

2.3 炮孔布置

根據(jù)開采方案的邊坡設(shè)計，確定了兩種炮孔布置方式，以形成所需的坡面，光面孔的傾角分別為68°和45°，具體見圖2。

圖2 炮孔布置

2.4 起爆網(wǎng)路設(shè)計

起爆網(wǎng)路采用高精度毫秒延期導(dǎo)爆管雷管，主炮孔孔內(nèi)一致用400 ms延期雷管，孔間用25 ms雷管連接，排間用42 ms雷管連接，光面爆破炮孔每3～5個孔作為一組同時起爆，組間用25 ms雷管連接。其爆破網(wǎng)路如圖3所示。

圖3 爆破網(wǎng)路

3 施工要求

為達(dá)到光面爆破的目的，施工過程中必需嚴(yán)格按照制定的施工方案進(jìn)行鉆孔和施爆。

光爆孔施工的過程中，需要選擇合適的藥卷直徑，藥卷直徑與炮孔直徑要相配，要求爆破后產(chǎn)生的效果既能克服較大的巖石抵抗，使炮孔內(nèi)壁周邊的巖石少受或不受破壞，又要能保證穩(wěn)定的炮轟[7]。研究表明不耦合系數(shù)為1.5～4時能取得較好的爆破效果[8]。

施工過程中采用了空氣間隔不耦合裝藥的方式，為防止出現(xiàn)底部夾制，底部加大裝藥量，采用直徑為90 mm的炸藥，其它各段采用直徑為70 mm的炸藥，保證不耦合系數(shù)為2左右。每孔內(nèi)部孔底段與孔口段各裝一發(fā)同段別的雷管，分別采用反向和正向起爆的方式安裝，各分段之間通過導(dǎo)爆索傳爆。為方便裝藥和保證裝藥質(zhì)量，采用專用的吊裝袋進(jìn)行裝藥，炸藥裝入炮孔前，根據(jù)每孔的裝藥量，將炸藥先裝入吊裝袋內(nèi)，再將整體裝入炮孔中。

4 爆破效果分析

通過實施光面爆破前后的臺階外觀對比，發(fā)現(xiàn)實施光面爆破后邊坡上的半孔率達(dá)到了70%以上，減小了對保留巖體的破壞，邊坡上松散的圍巖較少。光面爆破技術(shù)的成功應(yīng)用，有效地解決了臺階不成型，坡面參差不齊的問題，較好地維護(hù)了邊坡的穩(wěn)定。

由于該礦采區(qū)存在溶洞、裂隙、泥質(zhì)夾層等情況，尤其是上部平臺更為復(fù)雜，給鉆孔增加了難度，爆破過程中的安全風(fēng)險也較高，且光面爆破形成的坡面很難達(dá)到光滑平整的要求，部分地段需要用到噴漿支護(hù)等。

5 結(jié) 語

在地質(zhì)條件多變，高臺階、深孔、大孔徑的工藝中使用光面爆破技術(shù)，具有較大的難度，會遇到各種問題，如地質(zhì)條件差，成孔率較低，孔壁粗糙，孔內(nèi)有水或泥等情況，需要充分結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，通過試驗優(yōu)化調(diào)整孔網(wǎng)參數(shù)，裝藥方式，裝藥量，起爆順序，以達(dá)到最佳爆破效果。

[1]曹 鋒.光面爆破技術(shù)在路基邊坡開挖中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè),2016,566(06):284￣285.

[2]喻江武,鄭小平,謝全敏,等.緩傾路塹邊坡開挖光面爆破施工方法研究[J].施工技術(shù),15,44(S1):266￣270.

[3]張五興.露天礦光面爆破效果控制研究[J].現(xiàn)代礦業(yè),2012(8):5￣7.

[4]王建秀,鄒寶平,胡力繩.隧道及地下工程光面爆破技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J].地下空間與工程學(xué)報,2013,9(4):800￣807.

[5]劉殿書,李勝林.爆破工程[M].北京:科學(xué)出版社,2011.

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[7]尚玉峰.影響光面爆破效果的因素分析[J].南方金屬,2008,162(9):53￣58.

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江西省科技廳科技平臺和基地建設(shè)(20164BCD40054).

劉成敏，男，江西東鄉(xiāng)人，碩士，采礦工程工程師，長期從事爆破工程設(shè)計與技術(shù)研發(fā)工作，Email：justlcm19891202@163.com。