茍 強(qiáng)

（廣元海螺水泥有限責(zé)任公司，四川 廣元 628000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，越來越多的基礎(chǔ)設(shè)施投入建設(shè)，各類建筑材料的需求也隨之增加，因而各水泥礦山企業(yè)紛紛提高產(chǎn)量以滿足日益增大的水泥需求量[1-2]。而隨著礦山產(chǎn)量的增大，爆破作業(yè)強(qiáng)度和爆破次數(shù)均隨之增加，爆炸作業(yè)環(huán)境也越來越復(fù)雜，爆破有害效應(yīng)所引起的民事訴訟及糾紛也日益增多，對(duì)礦山的正常生產(chǎn)秩序造成了嚴(yán)重的影響[3-5]；其中，尤以邊坡爆破滾石事故最為突出，由于此類事故會(huì)對(duì)邊坡下方的建筑和山林農(nóng)作物產(chǎn)生極大破壞作用，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，必須采取有效的安全技術(shù)措施，滿足礦山的安全生產(chǎn)需要。

在露天礦山邊坡開采過程中，傳統(tǒng)的小孔徑淺孔爆破技術(shù)由于施工進(jìn)度慢往往滿足不了生產(chǎn)要求，容易造成壓礦現(xiàn)象，導(dǎo)致礦山三量失衡，進(jìn)而影響生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)狀況及礦山的可持續(xù)發(fā)展。因此，為了減少爆破次數(shù)，加快施工進(jìn)度并提高爆破效率，大孔徑深孔爆破控制技術(shù)在邊坡開采中的應(yīng)用日益廣泛。然而，工程實(shí)踐表明，該技術(shù)在生產(chǎn)過程中難以有效控制爆破滾石事故。

1 工程概況

1）工程地質(zhì)概況。四川廣元五栗子石灰?guī)r礦山位處龍門山褶斷束北東部雁門凹褶束北東之明月峽背斜東段賴家埡背斜，該背斜貫穿全礦區(qū)，礦區(qū)地勢(shì)呈北東高南西低特征，為中山深切割構(gòu)造侵蝕山地。礦區(qū)內(nèi)部無斷層，巖溶不發(fā)育，礦層內(nèi)部有炭質(zhì)頁巖等軟弱夾層，地質(zhì)構(gòu)造及工程、水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單～中等復(fù)雜。

2）礦山邊坡概況。礦山整個(gè)邊坡沿東西走向布置，采準(zhǔn)工作面長(zhǎng)度達(dá)3.1 km，其中南側(cè)邊坡長(zhǎng)度1.8 km，邊坡高度15 m，平均坡度75°，局部坡度大于80°，北側(cè)邊坡長(zhǎng)1.3 km，邊坡高度15 m，平均坡度55°，局部坡度大于70°。整個(gè)礦山除東北方向爆破條件較好，其余方向均復(fù)雜，邊坡地段原始地貌突出，巖石陡峭不規(guī)整，存在較多孤石、土包石，爆破極易產(chǎn)生滾石下山。

3）爆區(qū)環(huán)境概況。邊坡地段除地質(zhì)地形復(fù)雜外，周邊的環(huán)境也極其復(fù)雜，其中南側(cè)邊坡距開采平面-30 m 位置為征地界，距征地界-300 m 位置為B村山林農(nóng)作物。北側(cè)邊坡距開采平面-135 m 位置為征地界，距征地界-650 m 位置為C 村山林農(nóng)作物，-650 m 位置為108 國(guó)道。整個(gè)礦山邊坡長(zhǎng)達(dá)3.1 km，并隨著開采深度的延伸，邊坡長(zhǎng)度不斷增大，礦山邊坡爆破安全環(huán)境復(fù)雜，爆區(qū)環(huán)境示意圖如圖1。

圖1 爆破環(huán)境示意圖

2 基于大孔徑深孔爆破的邊坡爆破滾石控制技術(shù)

2.1 技術(shù)簡(jiǎn)介

邊坡爆破滾石控制主要包括2 個(gè)方面：一是主動(dòng)防護(hù)；二是被動(dòng)防護(hù)。主動(dòng)防護(hù)指采取措施阻止?jié)L石潛在的失穩(wěn)，從滾石的起源上控制滾石危害的發(fā)生，如加固法和消除法。被動(dòng)防護(hù)則指允許滾石的發(fā)生，但采取相應(yīng)控制措施避免滾石造成危害，如攔截法和警示與監(jiān)測(cè)法[6]等，由于礦山特有高陡地質(zhì)結(jié)構(gòu)，工程機(jī)械設(shè)備無法開挖防護(hù)溝，因此不對(duì)該被動(dòng)防護(hù)措施描述?；诖?，提出基于大孔徑深孔爆破的邊坡爆破滾石控制技術(shù)，即根據(jù)炸藥臨界埋深和最小抵抗線控制炸藥爆炸能量，使其既能充分破碎巖石又不會(huì)讓滾石產(chǎn)生起源動(dòng)能。該技術(shù)通過研究應(yīng)用，可有效消除邊坡爆破滾石的潛在失穩(wěn)，同時(shí)通過設(shè)置外圍警戒被動(dòng)防護(hù)措施避免爆破滾石可能造成的危害，進(jìn)而有效控制邊坡爆破滾石事故發(fā)生。

其主要具有如下特點(diǎn)[7-9]：①炮孔深度較大：爆區(qū)地質(zhì)、地形、巖石構(gòu)造及節(jié)理裂隙、巖溶發(fā)育情況不易查明，爆破方案設(shè)計(jì)有一定困難；②巖石強(qiáng)度變化較大:炸藥單耗的取值也要隨著變化。若炸藥單耗取值過低，強(qiáng)度較高的基巖會(huì)達(dá)不到預(yù)期爆破效果，若炸藥單耗取值過高，爆破擾動(dòng)區(qū)則會(huì)出現(xiàn)大量滾石或飛石；③最小抵抗線變化較大，較難掌握：由于炮孔處在邊坡位置，炮孔四周的巖石強(qiáng)度因風(fēng)化、薄弱帶、爆破擾動(dòng)等原因發(fā)生變化，炮孔的最小抵抗線則會(huì)改變?cè)瓉碓O(shè)計(jì)的位置，指向巖石強(qiáng)度最小的方向，而產(chǎn)生滾石。

2.2 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

邊坡爆破炮孔布置示意圖如圖2。

圖2 邊坡爆破炮孔布置示意圖

礦山邊坡穿孔設(shè)備采用液壓潛孔鉆機(jī)，型號(hào)為DM50，鉆孔孔徑φ140 mm，鉆孔類型為垂直孔。

根據(jù)爆破設(shè)計(jì)相關(guān)資料[10]，炮孔深度按如式（1）計(jì)算：

式中：H 為臺(tái)階高度，m；h 為鉆孔超深，m。

可由經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行選取，即h=（0.10～0.14）H。

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，臺(tái)階高度H=4～15 m，代入計(jì)算得h=0.5～2.0 m，鉆孔深度較大時(shí)取大值，鉆孔深度較小時(shí)取小值。軟巖取小值，硬巖取大值。

前排炮孔最小抵抗線W1=2.5～4.0,第1～第2 排間炮孔最小抵抗線W1～2=2.5～4.0,第2～第3 排間炮孔最小抵抗線W2～3=3.0～5.0 m。抵抗線公式如下：

式中：W1為前排最小抵抗線，m；W1～2為第1～第2 排間炮孔最小抵抗線，m；W2～3為第2～第3 排間炮孔最小抵抗線，m；L 為鉆孔深度，m。

最后1 排正向村莊的炮孔的最小抵抗線是控制邊坡滾石的關(guān)鍵，為此，炮孔的最小抵抗線根據(jù)利文斯頓爆破漏斗理論實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行選取，即當(dāng)巖性和藥量一定的條件下，隨著藥包埋深的變化，爆破能量的作用效果相應(yīng)地變化，在此，巖石彈性、沖擊變形和破壞階段有關(guān)參數(shù)獲得對(duì)工程有很重要意義[11-12]。爆破漏斗試驗(yàn)采用本礦爆破所使用的2#巖石乳化炸藥，藥卷直徑為90 mm，單卷長(zhǎng)度為33 cm，藥卷重量為3.0 kg/卷，爆破采用普通毫秒雷管逐孔起爆。根據(jù)利文斯頓爆破試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)見表1。

表1 單孔爆破漏斗試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)定表

式中：W0為末排炮孔最小抵抗線，即臨界埋深，m；Eb為應(yīng)變能系數(shù)；Q 為單孔藥量，kg。

將表1 中的的試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入式（5）可得本次試驗(yàn)條件下的主要技術(shù)參數(shù)，即W0=2.0 m，（這里W0即為臨界埋深）應(yīng)變能系數(shù)Eb=1.386722。

根據(jù)試驗(yàn)求Eb，即可求得邊坡爆破實(shí)際用藥量所能達(dá)到的爆破效果，及可指導(dǎo)判斷每孔爆破最小抵抗線，確保巖爆發(fā)生松動(dòng)，不產(chǎn)生爆破滾石。根據(jù)爆破設(shè)計(jì)參數(shù)，礦山邊坡爆破最后1 排孔單孔裝藥量Q=11～132 kg，將其的反代入式（5）即可得到末排炮孔最小低抗線W0=3.1～7.1 m。具體每孔最小抵抗線確認(rèn)根據(jù)裝藥量和現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)實(shí)際情況稍作調(diào)整。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，炮孔孔距a=3～6 m。炮孔孔距按式（6）進(jìn)行計(jì)算：

邊坡爆破炮孔的排距取值采取比最小抵抗線小原則，增強(qiáng)自由面拋擲效果，減小后沖、側(cè)沖，避免后方拋擲。因此，炮孔排距b 按式（7）進(jìn)行計(jì)算：

式中：W 為最小抵抗線，m。

由于這類炮孔地質(zhì)條件復(fù)雜，爆破可控度大大降低，因此，炸藥單耗的合理選取是控制滾石的關(guān)鍵，炸藥單耗q=0.34～0.45 kg/m3。一般邊坡臺(tái)階爆破的單耗q 按式（8）進(jìn)行計(jì)算。

式中：Q 為單孔藥量，kg。

大量實(shí)踐表明該炸藥單耗既可以使巖石充分破碎達(dá)到理想爆破效果，又不會(huì)讓滾石產(chǎn)生足夠起源動(dòng)能，避免了爆破滾石產(chǎn)生。因此，在確定了巖石炸藥單耗情況下，爆破設(shè)計(jì)時(shí)就可以根據(jù)邊坡臺(tái)階高度計(jì)算出每孔最佳填裝炸藥量，每孔最佳填裝炸藥量具體需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

每孔最佳填裝炸藥量QH采式（9）進(jìn)行計(jì)算：

爆破警戒是整個(gè)爆破安全管理特別重要環(huán)節(jié)，因此必須高度重視嚴(yán)格把關(guān)，本礦山邊坡爆破重點(diǎn)做好B 村及C 村方向外圍警戒工作，外圍警戒組由3 人組成，攜帶擴(kuò)音器及通信設(shè)備，沿山間小道步行下山，對(duì)500 m 范圍安全距離內(nèi)人員、牲畜進(jìn)行清理并將兩頭路口封堵，禁止任何人員、設(shè)備進(jìn)入警戒區(qū)內(nèi)。待起爆后確認(rèn)安全無誤后方可解除警戒。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

本次共在3 個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，分別是1035平臺(tái)S4 邊坡、1035 平臺(tái)S5 邊坡、1020 平臺(tái)S2 邊坡，各平臺(tái)邊坡爆破情況如下：

1）1035 平臺(tái)S4 邊坡。采用深孔爆破，爆破參數(shù)為：①鉆孔孔徑φ140 mm；②炮孔孔距a=4.0 m；③最小抵抗線W=5.6～7.1 m；④鉆孔深度L=12～17 m；⑤炸藥單耗q=0.41 kg/m3。鉆孔碎屑炮孔堵塞，采用非電逐孔起爆，爆破效果為拋擲明顯，沉降3～4 m，后排松動(dòng)，眉線清晰，無滾石，明顯可見大塊，改進(jìn)方案為后排孔堵塞位置加設(shè)小藥包，降低大塊率，改進(jìn)效果為爆破效果好，無滾石飛石，大塊率明顯降低。

2）1035 平臺(tái)S5 邊坡。采用深孔爆破，爆破參數(shù)為：①鉆孔孔徑φ140 mm；②炮孔孔距a=3.0 m；③最小抵抗線W=3.1～3.9 m；④鉆孔深度L=4～6 m；⑤炸藥單耗q=0.34 kg/m3，鉆孔碎屑炮孔堵塞，采用非電逐孔起爆，改進(jìn)后爆破效果為爆堆松動(dòng)，隆起0.3～0.5 m，無滾石產(chǎn)生。

3）1020 平臺(tái)S2 邊坡。采用深孔爆破，爆破參數(shù)為：①鉆孔孔徑φ140 mm；②炮孔孔距a=4.0 m；最小抵抗線W=5.6～6.6 m；④鉆孔深度L=10～15 m；⑤炸藥單耗q=0.39 kg/m3，鉆孔碎屑炮孔堵塞，采用非電逐孔起爆，爆破效果為拋擲明顯，沉降2～3 m，后排松動(dòng)，眉線清晰，無滾石，改進(jìn)方案為后排邊坡外側(cè)最小抵抗線位置增加穿孔，a=2～3 m，L=3～4 m，改進(jìn)后爆破效果為爆破效果好，無滾石，無飛石，爆破次數(shù)減少，邊坡處理進(jìn)度加快。

可以看出，采用基于大孔徑深孔爆破的邊坡爆破滾石控制技術(shù)后，爆破作業(yè)次數(shù)有所下降，巖石大塊率明顯降低，且爆破過程中基本無滾石和飛石等爆破有害效應(yīng)，表明該技術(shù)能夠有效改善爆破效果、提高爆后邊坡處理進(jìn)度、并能有效控制邊坡爆破滾石事故。

4 結(jié)語

介紹了大孔徑深孔控制爆破技術(shù)在邊坡開采中的應(yīng)用，正確處理了復(fù)雜環(huán)境爆破作業(yè)過程中炸藥量與最小抵抗線的關(guān)系，使得巖爆發(fā)生松動(dòng)，沒有足夠能量產(chǎn)生滾石。同時(shí)通過不斷總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，摸索出的“爆破規(guī)?？刂?小孔網(wǎng)參數(shù)+臨近邊坡倒數(shù)2排孔裝藥量控制+逐孔起爆技術(shù)+外圍警戒”控制措施滿足了爆破滾石控制的安全技術(shù)要求，有效防范了邊坡爆破滾石的產(chǎn)生，礦山邊坡爆破工作可以高效有序開展，保證了礦山的可持續(xù)發(fā)展。