秦貴成

（1.山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司,山西 長治046000；2.山西潞安礦業(yè)（集團(tuán)）有限公司瓦斯研究院，山西 長治046204）

臺(tái)階爆破因有利于使用先進(jìn)的爆破技術(shù)，因此越來越多地被應(yīng)用于場地平整、礦山開采、水利水電設(shè)施建設(shè)、鐵路與公路路塹成形等工程建設(shè)的諸多領(lǐng)域[1]。露天礦一般是以臺(tái)階爆破的方式進(jìn)行開挖，臺(tái)階爆破中邊坡保護(hù)區(qū)域的爆破施工顯得尤為重要，保護(hù)區(qū)域爆破后邊坡成型效果好壞將直接影響到后期邊坡維護(hù)的成本以及邊坡煤礦的開采。

關(guān)于邊坡保護(hù)區(qū)域預(yù)裂爆破施工方面的研究也比較多。例如，董英健[2]等通過設(shè)置減震孔比較明顯的降低了爆破引起的振動(dòng)；丁銀貴[3]通過優(yōu)化爆破參數(shù)和起爆方式有效地改善了邊坡爆破效果；李成志[4]為了增加邊坡的穩(wěn)定對爆破保護(hù)區(qū)域進(jìn)行了有效爆破降震處理，通過長時(shí)間的實(shí)踐證明所采用的方法的可靠性；王浩等[5,6]通過改進(jìn)型不耦合裝藥預(yù)裂爆破技術(shù)，提高了爆破質(zhì)量降低了施工成本；南建軍[7]通過改變裝藥結(jié)構(gòu)和增加底部聚能的方式有效減小了大塊率，提高了爆破效果；衣方[8]等在某石灰礦中應(yīng)用空氣間隔裝藥有效改善了該礦的爆破質(zhì)量。上述研究都從不同方面改善了爆破效果。安家?guī)X露天煤礦在臺(tái)階爆破過程中邊坡成型效果差，為此，對上述學(xué)者的研究成果進(jìn)行綜合利用，優(yōu)化預(yù)裂爆破方案，通過改變裝藥結(jié)構(gòu)和增加相關(guān)裝置的方式改善了爆破效果。

1 爆破方案對比

1.1 初始爆破方案

該礦施工時(shí)采用垂直深孔松動(dòng)爆破法，多排孔微差爆破，起爆方式為非電微差起爆。在被保護(hù)邊坡區(qū)域施工時(shí)在邊坡處進(jìn)行預(yù)裂爆破，具體孔網(wǎng)參數(shù)為:①孔徑165 mm;②孔深11.5 m;③孔網(wǎng)參數(shù)間距×排距=6 m×3 m;④鉆孔傾角70°;⑤裝藥長度4.6 m;⑥裝藥密度850 kg/m3;⑦裝藥量83.6 kg;⑧臺(tái)階高度10 m;⑨臺(tái)階傾角70°。

預(yù)裂爆破孔裝藥結(jié)構(gòu)采用間隔不耦合裝藥，將炸藥卷綁在竹片上進(jìn)行間隔裝藥，裝藥結(jié)構(gòu)及炮孔布置如圖1。

圖1 裝藥結(jié)構(gòu)及炮孔布置

1.2 優(yōu)化后爆破方案

根據(jù)該臺(tái)階以往爆破效果來看，邊坡成型效果較差，比較破碎。造成該問題的原因主要是炸藥爆炸時(shí)產(chǎn)生的爆轟波作用在保護(hù)區(qū)域?qū)σＷo(hù)區(qū)域的邊坡巖體破壞過大，導(dǎo)致邊坡巖體成型效果較差。在預(yù)裂孔與前1 排炮孔之間未設(shè)置減震孔，前1 排起爆孔對邊坡也有一定的破壞作用。由于預(yù)裂孔間隔較大，爆破后邊坡面平整度較差，大多數(shù)預(yù)裂孔未貫通，炮孔殘留率較低。

因此對爆破方案進(jìn)行優(yōu)化，在預(yù)裂炮孔與前1排炮孔之間設(shè)置1 排炮孔起到緩沖的作用；調(diào)整預(yù)裂孔孔網(wǎng)參數(shù)，增加預(yù)裂孔數(shù)量，減小單孔裝藥量，來改善超挖與欠挖現(xiàn)象；由于預(yù)裂孔傾角為70°而前1 排炮孔為90°因此底部炸藥爆破量要小于炮孔上部爆破量，在每個(gè)炮孔裝藥時(shí)減小底部裝藥，增加上部藥量，使炸藥爆破量盡可能的均勻。優(yōu)化后的裝藥結(jié)構(gòu)及炮孔布置如圖2。

圖2 優(yōu)化后的裝藥結(jié)構(gòu)炮孔布置情況

2 參數(shù)優(yōu)化后爆破效果

2.1 爆破塊度

爆破效果中，爆破塊度是一項(xiàng)重要的衡量指標(biāo)，在許多大型巖石塊度測量中，使用人工實(shí)地測量或采用高速攝像結(jié)合塊度軟件分析。爆破施工后采用加拿大的WipeWare 塊度軟件進(jìn)行分析，該軟件使用簡單，操作方便。爆破后及時(shí)使用無人機(jī)對采場進(jìn)行拍照，使用安全帽作為參照物進(jìn)行對比，在分析時(shí)先設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，參數(shù)設(shè)置完成后使用軟件進(jìn)行分析，分析完成后計(jì)算機(jī)中會(huì)給出爆區(qū)塊度分布情況。

WipeWare 塊度分析軟件分析結(jié)果顯示經(jīng)過爆破方案參數(shù)優(yōu)化，開采礦物大塊率由原來的7.8%下降到2%。該部分大塊主要是改變了預(yù)裂孔孔網(wǎng)參數(shù)使炸藥能量得到充分利用巖體破碎更充分。

2.2 爆破振動(dòng)

震動(dòng)參數(shù)監(jiān)測是爆破效果評價(jià)中的重要指標(biāo)之一，為減少爆破地震危害，本次爆破采用毫秒微差爆破技術(shù)加以控制，減少單段爆破的藥量，同時(shí)利用應(yīng)力波相互干涉，以減弱爆破震動(dòng)峰值和振速，本次爆破預(yù)裂孔同時(shí)起爆爆破為20 個(gè)，最大同時(shí)起爆藥量為。采用下式估算爆破震動(dòng)安全距離[9]：

式中：Rd為爆破地震波危險(xiǎn)半徑，m（按地表建筑物安全確定）；Kd為巖石性質(zhì)系數(shù)，150；V 為允許地震速度1.0 cm/s；α 為爆破性質(zhì)系數(shù)1.5；Q 為最大單響裝藥量，2 400 kg

計(jì)算后得到Rd=384 m。距離爆區(qū)最近的建筑物在2 km 以上，爆破地震計(jì)算結(jié)果滿足爆破安全要求。

本次震動(dòng)監(jiān)測采用CBSD-VM-M01 網(wǎng)絡(luò)測振儀對礦區(qū)指揮中心進(jìn)行監(jiān)測，該型測振儀較原來的測振儀在探測精度和操作方面都有明顯的優(yōu)勢，測深儀傳感器是通過無線局域網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)，可以同時(shí)采集x、y、z 3 個(gè)方向上的振動(dòng)數(shù)據(jù)，參數(shù)采集完成后可以同步傳輸生產(chǎn)3 個(gè)通道的波形圖。通過監(jiān)測結(jié)果顯示x 方向的振幅為0.053 7 cm/s，主頻為37.078 Hz；；y 方向上的振幅為0.069 5 cm/s，主頻為5.95 Hz；z 方向上的振幅為0.045 1 cm/s，主頻為7.32 Hz。由此可知進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化后的爆破產(chǎn)生的振動(dòng)不會(huì)對周圍的建筑物產(chǎn)生破壞。

2.3 爆破飛石情況和邊坡成型質(zhì)量

爆破孔內(nèi)藥量過大、充填高度不夠、充填質(zhì)量達(dá)不到要求等都會(huì)引起飛石超出安全距離。飛石的安全距離一般為15 倍或16 倍的炮孔直徑[10]：

式中：RF為爆破引起飛石的安全距離，m；d 為炮孔直徑，cm。

RF=225～240 m。因此警戒距離擬設(shè)定為240 m。

在施工時(shí)采用5KF10 千眼狼高速攝影儀對爆破過程中產(chǎn)生的飛石進(jìn)行抓拍，千眼狼最大分辨率為1 280×860。將攝影儀擺放在爆破自由面?zhèn)纫?，近距離拍攝，用棉絮給高速攝影儀做機(jī)身、鏡頭使用防彈玻璃防護(hù)，設(shè)置拍攝頻率、最大分辨率，調(diào)好鏡頭焦距，設(shè)置幀率、視頻保存時(shí)間。使用起爆器起爆，同時(shí)，按下拍攝按鈕，即開始拍攝爆破飛石情況。拍攝到的最遠(yuǎn)的飛石為186 m，實(shí)際監(jiān)測到的最大飛石距離在理論范圍內(nèi)。由此可知進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化后的爆破飛石落于安全距離內(nèi)。

對爆破方案參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后，勘察邊坡成型質(zhì)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，除渣完成后可見邊坡預(yù)裂縫全部貫通，邊坡平整度較高，超挖與欠挖未超過15 cm，殘留炮孔率在70%～85%，邊坡成型質(zhì)量明顯好于未進(jìn)行爆破方案參數(shù)優(yōu)化的原邊坡平整度。

3 結(jié) 語

該礦臺(tái)階爆破方案參數(shù)優(yōu)化后爆破效果明顯改善，通過對孔網(wǎng)參數(shù)以及裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化后，使炸藥能量得到充分利用巖體破碎更充分，WipeWare 塊度分析軟件分析結(jié)果顯示大塊率由原來的7.8%下降到2%，下降率明顯。

在爆破最大振幅及頻率符合規(guī)程規(guī)定以及爆破飛石距離在安全范圍內(nèi)時(shí)，爆破參數(shù)優(yōu)化后爆破后邊坡預(yù)裂縫全部貫通，邊坡平整度較高，超挖與欠挖在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，殘留炮孔率在70%～85%，邊坡成型質(zhì)量及效果得到較大的改善，表明爆破參數(shù)優(yōu)化后效果明顯，滿足礦方安全高效生產(chǎn)需要。