姜貴川,鄧久榮,鄭彥濤
(1.貴州息烽磷礦有限責(zé)任公司,貴州 貴陽(yáng) 550001;2.貴州化工建設(shè)有限責(zé)任公司,貴州 貴陽(yáng) 550001)
預(yù)裂爆破少量的炸藥使用非耦合,在開始爆破前的主要爆破孔要形成一條具有一定寬度,可以反應(yīng)出應(yīng)力波的預(yù)裂縫,削弱應(yīng)力波的礦山邊坡破壞性能力。爆破后還可以呈現(xiàn)外形扁平,表面光滑,減少超欠挖量,以及單獨(dú)使用預(yù)裂巖體開挖面積和儲(chǔ)量,開挖面積表面預(yù)裂爆破應(yīng)力波的反射,并預(yù)留巖體應(yīng)力波的傳播大大減少,同時(shí),也使礦山地質(zhì)變化效果大大降低,從而有效保護(hù)儲(chǔ)備礦區(qū)巖體和建筑物。對(duì)于采礦工程施工來說,它將減少總剝離量,增加采礦量,并帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
息烽地區(qū)礦山位于貴州省中部,該礦區(qū)成立于1964年,是我國(guó)早期所建造的礦山工程之一,生產(chǎn)規(guī)模較大,并且是一個(gè)較為重要大型礦山。礦區(qū)位于云貴高原丘陵地區(qū),該礦區(qū)露天采礦形成“U”型槽谷人地形、海拔最高的1010(礦區(qū)西南部),東北最少732m(田),最大相對(duì)高差278m,總體地勢(shì)西南高、東北低、剝蝕型高原礦山地質(zhì)地貌類型多。針對(duì)露天礦區(qū)開采形成的高陡邊坡穩(wěn)定性的影響,通過分析預(yù)裂爆破的技術(shù)參數(shù)和效果,進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),確保采場(chǎng)邊坡的安全高效開采。
正確地選擇預(yù)礦山裂爆破參數(shù),是取得良好的預(yù)裂爆破效果的前提。然而,預(yù)裂爆破的重要參數(shù)及其影響因素很多,如孔徑、孔距、炸藥性能、線裝藥密度、裝藥結(jié)構(gòu)、巖體的組織及構(gòu)造等,現(xiàn)就我國(guó)礦山840m水平頂板擴(kuò)幫(6號(hào)勘查線附近),具體確定其參數(shù),由于從礦山地質(zhì)資料可知此礦山地質(zhì)巖體段屬于白云巖,而白云巖的抗壓強(qiáng)度從《礦山巖石力學(xué)》查到〔B〕=78-245mpa,《根據(jù)露天礦爆破》總結(jié)的預(yù)裂破爆參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式,可算出不耦合系數(shù)K=1+18.32〔B〕-0.26,則K=3.4-4.2,符合各礦采用的不耦合系數(shù),一般為2.4~5的范圍。根據(jù)此段礦山地質(zhì)條件可取不耦合系數(shù)為4,確定預(yù)裂爆破參數(shù)如下:
(1)鉆孔直徑。由于礦山缺乏所需專用設(shè)備,只好采用生產(chǎn)鉆孔機(jī)來鉆預(yù)裂孔,而礦山工程采用KT7潛孔鉆機(jī),其孔徑φ=100mm。
(2)鉆孔間距a=19.5φ(k-1)-0.523,其中φ=100mm,K=4。a=19.5×100(4-1)-0.523=1866mm.符合孔間距為鉆孔直徑的10倍~13倍要求。并取鉆孔間距a=1.8m。
(3)線裝藥密度ρ=78.5φ2K-2ρ;其中φ=100mm,K=4,ρ炸藥密度為0.933克/cm3,則ρ=1322.9克/m。
預(yù)裂爆破裝藥密度變化范圍為0.6Kg/m~3.5Kg/m,而ρ=1.3229Kg/m也滿足需要。
(4)預(yù)裂孔深。由于此地段臺(tái)階高度H=10m,根據(jù)礦山地質(zhì)條件并確定預(yù)裂孔深度H=11.5m,其誤差不能超過±0.3m。
(5)預(yù)裂孔排列。由于受平臺(tái)寬度的限制,預(yù)裂孔布置成垂直孔。
(6)裝藥結(jié)構(gòu)。預(yù)裂爆破要求炸藥在孔內(nèi)均勻分布,因此裝藥不耦合。由于底部夾持較大,不容易形成所需的裂紋。因此,通常有必要增加孔底的電荷密度。一般底加量2.5倍。
(7)堵塞長(zhǎng)度。為了保證高壓爆炸氣體,需要良好的孔口堵塞。堵塞長(zhǎng)度較短,而裝藥太高,可能會(huì)導(dǎo)致孔變成漏斗。堵塞時(shí)間過長(zhǎng),充電過低,頂部很難形成完整的預(yù)裂。堵塞長(zhǎng)度和炮孔直徑有關(guān),通常并取直徑為12倍~20倍,因此,取為2.5m,并且孔口1.5m不裝藥,不堵塞。
(8)起爆方式與起爆時(shí)差,采用導(dǎo)爆索起爆,預(yù)裂孔超前主爆孔的起爆時(shí)差為100ms。
一般根據(jù)裂縫的寬窄,新壁面的平整程度留下的孔痕百分率以及減震效應(yīng)的百分率來衡量預(yù)裂爆孔的效果。預(yù)裂爆破在息烽大型露天礦山作業(yè)時(shí)可以達(dá)到以下質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):
(1)巖體在預(yù)裂面上形成貫通裂縫,其地表裂縫寬度不應(yīng)小于1cm。
(2)預(yù)裂面保持平整,壁面的不平整程度小于15cm。
(3)壁上孔痕的百分率在硬巖中不少于80%。在軟巖中不少于50%。
(4)減震效應(yīng)。降低爆破地震效應(yīng)是預(yù)裂爆破的重要特點(diǎn),一般應(yīng)達(dá)到按照設(shè)計(jì)和預(yù)估對(duì)降震百分率值的要求。
(1)根據(jù)礦山的巖體類型,合理確定孔距和裝藥量是十分重要的。在預(yù)裂爆破方面,巖體的性質(zhì)對(duì)爆破效果的影響要大于其他爆破方法。因此,預(yù)裂爆破的設(shè)計(jì)和施工在不同的地質(zhì)條件下是不同的。
(2)爆破后,巖體很容易沿裂隙方向展開。如果要求礦井預(yù)裂垂直于巖層,則必須采用孔距均勻的炮眼,使預(yù)裂沿預(yù)定方向出現(xiàn)。預(yù)裂爆破的裂縫沿井筒中心的軸線方向形成。
(3)在礦山工程實(shí)踐操作當(dāng)中,預(yù)裂爆破可超前主爆區(qū)先行起爆,即在主爆區(qū)尚未爆破開挖之前,先沿設(shè)計(jì)輪廓實(shí)施預(yù)裂爆破,形成預(yù)裂縫,而后逐步進(jìn)行主爆區(qū)的作業(yè)。
(4)預(yù)裂爆破產(chǎn)生的危險(xiǎn)飛石是不容忽視的,因此有必要對(duì)預(yù)裂孔進(jìn)行封蓋,且蓋層材料不能離巖體太近。其原因是在礦山爆破工程中必須給爆炸氣體提供膨脹空間。
礦山邊坡的穩(wěn)定性受地質(zhì)氣候條件的影響,受爆破方法和技術(shù)的制約。因此,如何在爆破施工中更好地保護(hù)邊坡穩(wěn)定是一個(gè)關(guān)鍵問題。
結(jié)合大型礦山工程的工程實(shí)踐,證明預(yù)裂爆破技術(shù)是解決這一問題的有力措施。預(yù)裂爆破是利用相鄰炮孔內(nèi)炸藥爆轟時(shí)瞬間產(chǎn)生的應(yīng)力和爆破產(chǎn)生高壓氣體的氣楔作用,使得巖石沿相鄰炮孔的軸線形成一條裂縫,從而在以后的開挖中形成一個(gè)平整和穩(wěn)定的面。在開挖區(qū)主爆破炮孔爆破前,沿設(shè)計(jì)輪廓線先形成平整的預(yù)裂縫(當(dāng)根據(jù)巖石性質(zhì)地質(zhì)條件選用的預(yù)裂爆破參數(shù)~孔間距、不耦合系數(shù)、線裝藥密度合適時(shí),預(yù)裂縫的寬度可達(dá)成1cm~2cm)。預(yù)裂縫形成后,再起爆主爆破炮孔組,能在一定范圍內(nèi),減小主爆破炮孔組的爆破地震效應(yīng)。