張俊羽

(河北鋼鐵集團司家營研山鐵礦有限公司,河北 唐山 063700)

0 引言

臺階爆破又稱為階梯爆破，是指以臺階形式推進的石方爆破方式。臺階爆破按照孔徑、孔深的不同分為深孔臺階爆破和淺孔臺階爆破。露天礦臺階爆破是礦山生產的基本手段。目前，國內外一些大型礦山采用大孔徑鉆機，實現大區(qū)、多排微差深孔爆破，對孔網參數、裝藥結構、填塞方法、起爆順序、微差間隔時間都進行了比較深入地研究，爆破技術的改進大大提高了礦山生產的綜合生產效率。在實際工作中，礦山爆破地震效應是一個相當復雜的問題，受到諸多因素的影響。如果不能夠實現良好的降震，往往會帶來較為嚴重的后果。為此，需要加強對露天礦山爆破降震的研究。

1 爆破降震概況

露天礦山臺階礦巖的爆破破碎情況、爆錐具體形狀和松散性、新臺階坡面角度及其平整度都會在很大程度上關系到之后鏟裝運輸乃至于礦山經濟效益。露天礦山目前存在的問題主要是如何控制日常臺階炮孔爆破作業(yè)產生的地震效應以及進一步完善爆區(qū)布置、技術參數選取、鉆爆技術經濟指標與質量指標等方面[1，2]。從控制爆破震動方面考慮，對爆破減震方法展開分析，不但能夠保證礦山邊坡巖體的安全穩(wěn)定，同時也會極大限度的降低礦區(qū)爆破作業(yè)對附近群眾的影響，確保礦山生產的有序開展[3]。

2 露天礦山臺階爆破震動效應分析

2.1 總體爆破原則

2.1.1 爆破性質

站在降震角度出發(fā)，要求選擇清渣爆破法，盡可能避免選擇壓渣爆破法[4]。

2.1.2 爆區(qū)平面形狀

如果地形條件符合要求，爆區(qū)平面形狀要盡可能計劃為梯形，這樣做的目的是為了提高降震效果，更好的進行后續(xù)炮孔布置，也利于鏟裝作業(yè)，見圖1。

2.1.3 炮孔布置

1)條件：孔徑310 mm，設計臺階高度12 m。

2)炮孔排數：通常情況下2～3排，不超過4排。

3)對于單個爆區(qū)而言，炮孔數通?？刂圃?0個之內，特殊情況也應當控制在30個之內。

4)孔網參數：眼邊距b，在滿足鉆機安全作業(yè)要求的前提下，前排孔抵抗線盡量小(同時適當控制裝藥量)；前排孔距a，為避免出現根底，前排孔距a=6～8 m；后排孔a×b，礦石和硬巖中8 m×7 m或8 m×8 m；其它巖石中，孔距a=9～10 m，排距b=9 m。

5)孔位誤差控制：孔位誤差一般應控制在0.5 m以內。

6)炮孔超深：礦石及硬巖中暫時確定為1.5 m，如果存在特殊情況，超深盡可能控制在2 m之內。另外需要仔細觀察臺階底板標高，確保其能夠符合設計標準；其余巖石超深控制在1～1.5 m之間。

(a)矩形爆區(qū) (b)梯形爆區(qū) (c)菱形爆區(qū)

2.1.4 裝藥

1)超深管理：實際超深禁止低于設計值；實際超深顯著超過設計值的情況下，應當回填至設計值。

2)水孔：水深不超過0.7 m的炮孔，孔底設置間隔器，當水位降低到間隔器頂部以下后，再進行銨油炸藥的安裝作業(yè)；針對水深超過0.7 m的炮孔，可選擇乳化炸藥。

3)余高T：當炮孔直徑為310 mm的情況下，余高T通常應當保持在7.0～9.0 m之間；前排孔余高通?？刂圃? m之內，根據抵抗線及孔距進行藥量計算，可選擇間隔器，起到提升藥柱的目的，防止填塞段太長而對臺階上方爆破質量產生影響。

4)間隔裝藥：因炮孔裝藥量的原因導致余高過大時，宜使用間隔器，盡量抬高藥柱。

5)孔口填塞：針對有水炮孔而言，乳化炸藥裝填作業(yè)結束之后，應當在20分鐘后繼續(xù)進行填塞，同時進行散料填塞作業(yè)前應當將裝有防滑料的編織袋下放到藥柱頂端區(qū)域。

2.1.5 孔位誤差控制

孔位誤差一般應控制在0.5 m以內(注：孔位調整不屬誤差)。

2.1.6 起爆網絡

1)通常來說，選擇前排孔端位置起爆。

2)前排孔地表延時：硬巖選擇42 ms，軟巖選擇67 ms。

3)其余炮孔選擇109 ms。

文中下列爆破試驗均在符合以上總體爆破原則的前提下進行爆破，由于現場實際差異，每次爆破均有不同，此處不一一列舉。

2.2 爆破測試及震動效應分析

爆破測試結合礦山日常生產的進行而開展[5，6]。以下爆破均選自研山鐵礦露天采場內，爆破巖種為偉晶巖、砂巖、石英砂巖及地表第四系風化層，爆破地點選自對境界周圍影響較明顯的重點部位，為減小試驗誤差，盡量控制在相同時間、水平、位置、天氣等環(huán)境下進行爆破試驗，試驗爆破的相關參數及結果列于表1。從礦巖的爆破破碎效果看，基本達到預期標準。

表1 爆破參數及結果

爆破震動效應應滿足《爆破安全規(guī)程》中的規(guī)定要求，如下表2所示，按照礦山的實際情況保證礦山最近民居房等相關建筑和群眾的安全。在這一基礎上，研究如何提高單次臺階爆破規(guī)模，保證能夠符合礦山采礦生產的需要。

表2 爆破震動安全允許標準

為檢驗上述總體爆破原則是否有效，是否能夠降低爆破震動效應，需要以實施爆破降震前后地質地形條件大致相同為原則，將爆破震動測試結果與爆破之前地質地形條件類似之爆區(qū)的震動測試數據進行對比。但是，由于場地等方面條件的限制，作為對比的各組爆區(qū)的條件仍難免存在一定差異。

此次爆破試驗與過去爆破作業(yè)的測震信息見下表3所示，把其中的數據展開對比分析選擇的爆破降震工作方案，降震平均率達到50.67%，可以說效果顯著，不但可以確保附近產生的爆破震動效應不會超過《爆破安全規(guī)程》的相關標準，同時能夠在未來的爆破活動中作為重要的參考依據。

表3 爆破與震動測試結果

2.3 最大一段裝藥量震動效應分析

結合礦山生產的實際情況來說，影響爆破規(guī)模的客觀因素通常是附近建筑物爆破震動的規(guī)定標準。礦山附近建筑往往屬于磚石房或毛石房。根據《爆破安全規(guī)程》中的要求，爆破作業(yè)產生的地表爆破震動標準要求如下：震動頻率為10～15 Hz的情況下，地表質點震速應低于0.7～1.2 cm/s。出于保守的層面來說，礦山爆破作業(yè)產生的附近地表爆破震動，應當堅持以地表質點震速控制在0.7 cm/s以內為標準。借助于理論計算結合現場爆破施工，最大一段裝藥量的計算值和實際值如下表4所示。

表4 針對附近村莊地表質點震速在0.7 cm/s時的最大一段裝藥量

根據表4進行分析，最大一段裝藥量會直接關系到爆破震動效應的實際大小，是影響爆破震動效應強弱的主導因素。同數量起爆炮孔條件下，最大一段裝藥量越大，對周邊同一震速下地表質點影響距離越遠。

2.4 爆破規(guī)模震動效應分析

根據表5并結合實踐作業(yè)經驗進行分析，爆破規(guī)模會在很大程度上決定爆破震動效應強弱的持續(xù)時間[7，8]。除其它因素外，爆破規(guī)模越大，引起的地表震動一般都相應增大。其原因是先后相繼起爆炮孔產生的地震波會產生疊加，從而提高地震波的實際強度。礦山爆破分區(qū)和炮孔數為單位的爆破規(guī)模見表5和圖2。

表5 礦山分區(qū)爆破規(guī)模

圖2 礦山分區(qū)爆破規(guī)模(數字為爆區(qū)炮孔數)

3 結語

通過以上露天礦山臺階爆破震動測試及分析:1)臺階炮孔作業(yè)方案與相關參數設計符合要求，硬巖中基本不存在巖墻等質量問題，爆錐形狀以及礦巖塊度符合后續(xù)鏟運作業(yè)標準。2)把該現場爆破項目的技術經濟指標與之前的指標進行對比，臺階炮孔爆破炸藥單耗降低約3.8%,延米爆破量提高約5.5%。3)臺階爆破降震措施有效，降震率平均約為50.67%，降震效果有了很大程度提升。4)礦山最大一段裝藥量以及爆破規(guī)模的設計科學合理，且可行性較高，有助于更好的降低爆破震動效應，還能夠促進爆破生產效率和性能的提升。