譚明洪，馮光華

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 文山 663701）

隨著銅街-曼家寨采場(chǎng)360萬(wàn)噸/a的采礦產(chǎn)能改擴(kuò)建工程的推進(jìn)，近幾年來(lái)公司嚴(yán)峻的安全發(fā)展現(xiàn)狀，尤其是銅-曼采場(chǎng)東幫Fo斷層區(qū)域存在較大范圍的位移區(qū)，該區(qū)域巖性松軟，斷層發(fā)育，巖層穩(wěn)定性較差，且主要分布于Fo斷層的上盤(pán)，又經(jīng)雨水沖刷、地下水滲透以及采場(chǎng)臨近東幫的爆破作業(yè)等對(duì)邊坡松軟巖體的擾動(dòng)影響進(jìn)一步加劇。因此，開(kāi)展東幫乃至臨近邊坡控制爆破技術(shù)的研究，對(duì)銅-曼采場(chǎng)能夠綠色環(huán)保、安全、高效、可持續(xù)的運(yùn)行，有較積極和深遠(yuǎn)的意義。

1 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年國(guó)內(nèi)外對(duì)邊坡控制爆破技術(shù)理論的研究水平逐漸提升，對(duì)邊坡控制爆破的技術(shù)認(rèn)識(shí)也愈發(fā)深刻。其中主要的研究方向有邊坡預(yù)裂爆破、光面爆破、巖石靜態(tài)破碎劑的成縫機(jī)理與工程實(shí)踐，以及基于格里菲斯提出的巖石脆性強(qiáng)度理論和斷裂力學(xué)成縫理論而采取的一系列的人工預(yù)成縫邊坡爆破的減震措施。諸如通過(guò)研究時(shí)序控制與起爆順序、空氣間隔軸向多種不耦合系數(shù)裝藥、聚能和切縫藥包爆炸裂紋定向切割、預(yù)裂炮孔精確延時(shí)微差爆破以及預(yù)裂孔加導(dǎo)向孔的裝藥技術(shù)參數(shù)優(yōu)化在預(yù)裂爆破工程實(shí)踐中的應(yīng)用等[1，2]。

2 研究的內(nèi)容和方法

對(duì)于銅-曼采場(chǎng)實(shí)際的工程地質(zhì)環(huán)境而言，在基于諸多控制爆破理論研究和數(shù)值模擬分析技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展工程實(shí)踐方面的試驗(yàn)研究是主要的研究手段和技術(shù)路徑。為確保在采場(chǎng)臨近邊坡區(qū)域爆破最大限度的控制爆破施工對(duì)邊坡圍巖體的損傷和整體邊坡穩(wěn)定性的影響。結(jié)合銅～曼采場(chǎng)礦巖地質(zhì)和現(xiàn)有技術(shù)條件較適合開(kāi)展的幾種邊坡控制爆破技術(shù)、施工工藝和方法。

2.1 加密減震孔正向逐孔傳爆法

加密減震孔逐孔正向傳爆法：是在原主爆孔后排與所要保護(hù)的臨近邊坡之間布置一排孔距加密的炮孔，減震孔孔距為主爆孔孔距的0.25倍～0.45倍。采用逐孔正向傳爆法，主爆孔排間傳爆方向與爆堆移動(dòng)方向垂直于邊坡面進(jìn)行施工。詳見(jiàn)下示意圖1及圖2所示。

圖1 加密減震孔正向逐孔傳爆法

圖2 垂直或傾斜加密減震孔正向逐孔傳爆法

施工原理：目的是通過(guò)在主爆孔相距一定距離區(qū)域穿鑿密集的炮孔，使得炸藥爆炸產(chǎn)生應(yīng)力波及爆生氣體在穿過(guò)減震炮孔的時(shí)候能量被分散、削弱，剩余的部分作用于炮孔空腔內(nèi)，逐漸減弱的一個(gè)過(guò)程。

優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，便于施工管理，對(duì)臨近邊坡的保護(hù)性更強(qiáng)。

缺點(diǎn)：穿鑿密集的炮孔勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致綜合穿爆成本上升，該種方法適用于臨時(shí)靠幫爆破施工，不適用于一次性爆破成永久邊坡的施工。

2.2 常規(guī)減震孔側(cè)向逐孔傳爆法

該種方法有別于正面法的是其爆區(qū)起爆孔傳爆方向及爆堆移動(dòng)方向與要保護(hù)的邊坡面垂直，以致于爆堆受布孔排數(shù)的影響，炸藥爆炸多余的應(yīng)力波更多轉(zhuǎn)移到對(duì)后排位置的沖擊作用，而少部分爆生氣體及爆轟波擴(kuò)散至并作用于臨近邊坡的減震孔，經(jīng)過(guò)減震孔的能量削減效應(yīng)從而減少爆破對(duì)保護(hù)邊坡體直接損傷。

優(yōu)點(diǎn)：因其減震孔的孔距比正面法的孔距略大，可以降低穿孔成本；其二，減震效果較好。

缺點(diǎn)：該種方法對(duì)工作面的條件要求較高，需要穿爆工作面較寬，滿足主爆孔爆破的同時(shí)，有一定的富余空間穿鑿減震孔；穿爆-采剝生產(chǎn)組織工作難度大，需要確保側(cè)向自由面方向無(wú)壓渣體，否則將大大降低其減震效果。詳細(xì)炮孔及爆破施工平面布置示意圖如下圖3所示。

圖3 常規(guī)減震孔側(cè)向逐孔傳爆法

2.3 臨近邊坡緩沖預(yù)裂爆破法

該種方法本次主要介紹布孔施工方式進(jìn)行預(yù)裂爆破：有導(dǎo)向孔和無(wú)導(dǎo)向孔的預(yù)裂爆破法。二者在施工原理上沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，只是在考慮臨近邊坡體區(qū)域時(shí)，根據(jù)爆區(qū)礦巖地質(zhì)狀況等來(lái)考慮是否需要調(diào)整預(yù)裂孔孔距、增加中間導(dǎo)向孔。

2.3.1 不加導(dǎo)向孔的預(yù)裂爆破

適用于巖性較軟或偏中硬圍巖，地質(zhì)構(gòu)造和巖石節(jié)理裂隙發(fā)育程度較高的區(qū)域，主要是銅曼采場(chǎng)東幫、北幫部分區(qū)域，通常該區(qū)域巖石硬度不高，但巖層吸濕性較差，孔隙率低，不利于預(yù)裂孔內(nèi)炸藥爆破產(chǎn)生應(yīng)力波和爆生氣體在預(yù)裂孔中心線之間穿透，形成貫穿的預(yù)裂縫。往往容易造成炸孔、預(yù)裂孔崩碎的現(xiàn)象。因此該類巖性區(qū)域，比較適宜布置較密集，但單孔裝藥少的預(yù)裂孔進(jìn)行爆破，方能取得較好的預(yù)期效果。詳細(xì)炮孔及爆破施工平面布置示意圖如下圖4所示。

圖4 臨近邊坡緩沖無(wú)導(dǎo)向孔預(yù)裂爆破法炮孔平面示意圖

2.3.2 有導(dǎo)向孔的預(yù)裂爆破法

該種方法設(shè)計(jì)導(dǎo)向孔不裝藥，比較適用于巖性硬度系數(shù)大，圍巖穩(wěn)定性較好的，構(gòu)造和節(jié)理裂隙發(fā)育程度低的區(qū)域，主要是銅曼采場(chǎng)的北幫、西幫大理巖區(qū)域，通常該區(qū)域巖石致密性較好，孔隙率較高，圍巖性質(zhì)分布較均勻。

根據(jù)預(yù)裂爆破成縫機(jī)理的研究，爆炸應(yīng)力波和爆轟氣體產(chǎn)物二者聯(lián)合作用原理，應(yīng)力波對(duì)炮孔壁附近的巖石介質(zhì)形成許多不斷延伸的細(xì)小的裂縫，隨后產(chǎn)生的爆生氣體首先作用在炮孔孔壁上，并不斷的楔入和膨脹到之前由應(yīng)力波作用所產(chǎn)生的細(xì)小的裂縫中去，從而形成氣刃效應(yīng)，使得這些細(xì)小的裂縫得到了進(jìn)一步的擴(kuò)展，直到最后裂縫完全的連接和貫通，形成貫穿的預(yù)裂縫。詳細(xì)炮孔及爆破施工平面布置示意圖如下圖5所示。

圖5 臨近邊坡緩沖有導(dǎo)向孔預(yù)裂爆破法炮孔平面布置圖

2.4 永久邊坡一次成型光面爆破法

光面爆破法的技術(shù)原理同預(yù)裂爆破法類似，不過(guò)二者略有本質(zhì)上的差異。

光面爆破法，主要是施工時(shí)光面孔在主爆孔之后進(jìn)行起爆。

光面爆破主要是通過(guò)在主爆孔后排打密集的光面孔，少裝藥，在孔內(nèi)炸藥爆炸時(shí)以較集中的應(yīng)力波和爆轟氣體切割光面孔中心連線兩側(cè)，使之形成平滑整齊的后裂面，進(jìn)而達(dá)到一次成型的邊坡體，該種方法往往要求爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)和裝藥更加精準(zhǔn)，以便于最大程度的減少爆破后對(duì)邊坡體的二次修整工程量。

其主要應(yīng)用于特殊環(huán)境條件下的爆破施工，如需要一次成型的永久性高邊坡、路堤，在國(guó)內(nèi)邊坡控制爆破施工中有少量的應(yīng)用，更多的主要是在井巷、隧道掘進(jìn)施工以及路橋施工護(hù)坡工程中的應(yīng)用較廣泛。光面爆破法示意圖如圖6所示。

圖6 臨近邊坡緩沖光面爆破法炮孔平面布置圖

2.5 聚能藥包與切縫藥包邊坡控制爆破技術(shù)

聚能藥包（裝藥）與切縫藥包（裝藥）邊坡控制爆破技術(shù)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外新起的兩種新型邊坡控制爆破技術(shù)。國(guó)內(nèi)目前更多的停留在學(xué)術(shù)研究、模型試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬研究階段，國(guó)外少數(shù)礦山采用特質(zhì)聚能裝藥管和預(yù)制切縫管進(jìn)行預(yù)裂孔裝藥[3-6]。

聚能藥包（裝藥）預(yù)裂爆破技術(shù)主要是采用特制帶楔形罩的聚能管，套孔裝藥。該種方法是基于雷管聚能穴裝藥技術(shù)及其理論依據(jù)為參考，擴(kuò)展應(yīng)用于邊坡控制爆破技術(shù)中的一種方法。

原理是，變相的改變預(yù)裂孔內(nèi)藥包分布形狀，可使得孔內(nèi)炸藥爆炸時(shí)，聚能管的兩端楔形構(gòu)造具有優(yōu)異的聚能效應(yīng)，能較大幅度的引導(dǎo)炸藥爆轟應(yīng)力波和準(zhǔn)靜態(tài)爆生氣體沿著楔形兩端方向定向擴(kuò)散、切割巖石介質(zhì)，進(jìn)而達(dá)到更大程度上保證預(yù)裂孔能夠順利貫穿成縫，以減少炸藥爆炸發(fā)生非切縫做功的部分能量損失。聚能管形狀如下圖7所示。

圖7 聚能藥包預(yù)裂爆破炮孔橫剖面示意圖

切縫藥包預(yù)裂爆破技術(shù)主要是采用特殊材料預(yù)制的切縫管，同樣采用套孔裝藥。該種切縫管是采用特殊預(yù)制的，形狀為普通圓管兩端開(kāi)口預(yù)先切割成斷斷續(xù)續(xù)有一定寬度的縫，管材需是特殊材料制備，如高強(qiáng)度聚乙烯復(fù)合材料、聚氯乙烯管、聚丙烯管等材料制備。該種方法一方面是利用管材的兩端縫對(duì)炸藥爆炸產(chǎn)生密集能量射流引導(dǎo)以直接作用于巖石介質(zhì)與管縫接縫處，進(jìn)而形成切割縫；另一方面經(jīng)特殊材料制備的切縫管緊貼孔壁可以有效阻礙炸藥爆炸應(yīng)力波及爆生產(chǎn)物對(duì)預(yù)保護(hù)邊坡面的直接破壞作用。切縫管及裝藥形狀如下圖8所示。

圖8 切縫藥包預(yù)裂爆破炮孔橫剖面示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

綜合來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)邊坡控制爆破技術(shù)的方法與實(shí)踐多種多樣。結(jié)合銅街～曼家寨采場(chǎng)的實(shí)際情況和現(xiàn)有技術(shù)條件，適當(dāng)?shù)拈_(kāi)展一些試驗(yàn)研究，對(duì)礦山綠色、安全、高效、可持續(xù)發(fā)展具有積極而深遠(yuǎn)的意義。但在實(shí)際施工階段而言，根據(jù)銅～曼采場(chǎng)各臺(tái)階邊坡爆破所要達(dá)到的預(yù)期目的，需綜合考量所投入成本與產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)效益，如何平衡二者之間的關(guān)系，方能以成本最優(yōu)、施工最安全的爆破方案達(dá)到最佳的預(yù)期效果。