袁 康

（中冶集團(tuán)資源開發(fā)有限公司）

山達(dá)克露天銅金礦建于上世紀(jì)90年代，其南礦體是具有500萬t/a采礦能力的大型露天礦山，經(jīng)過多年的開采，已于2018年2月閉坑，但露天境界下部邊幫和底部還殘留部分礦體，為回收該礦體實(shí)施擴(kuò)幫工程。常規(guī)的露天礦山擴(kuò)幫都是從上至下整體擴(kuò)幫，保持最終邊坡角不變，而山達(dá)克露天銅金礦南礦體擴(kuò)幫是在已形成最終邊幫中下部通過削減安全平臺寬度、加陡下部邊坡角的延深工程。由于最終邊坡已經(jīng)并段，無法按照12 m生產(chǎn)臺階進(jìn)行擴(kuò)幫鉆爆作業(yè)，只能利用現(xiàn)有安全平臺采取高臺階預(yù)裂爆破。查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)，目前高臺階預(yù)裂爆破技術(shù)還不夠成熟，特別是大范圍24 m高臺階預(yù)裂爆破，在礦山行業(yè)和水電行業(yè)極其少見。為實(shí)現(xiàn)擴(kuò)幫后高陡邊坡的穩(wěn)定，經(jīng)理論計算，進(jìn)行爆破設(shè)計和參數(shù)優(yōu)化，最終確定了合理的高臺階預(yù)裂爆破參數(shù)［1］。

1 南礦體邊坡現(xiàn)狀

南礦體露天坑已形成348 m（高程974～626 m）高的最終邊幫，并段高度為24 m，安全平臺寬10 m，最終邊坡角為45°（758 m標(biāo)高以上）和42°（758 m標(biāo)高以下），坡面角為67°，擴(kuò)幫區(qū)域?yàn)?34～578 m，最終邊坡角為47°～54°，整體最終邊坡角為45°～49°。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，擴(kuò)幫區(qū)域邊坡巖石以粉砂巖和閃長斑巖為主，巖石硬度屬于中硬～較硬型，f=8～14，巖體節(jié)理非常發(fā)育，采用SIROVISION三維數(shù)字?jǐn)z影測量和巖體結(jié)構(gòu)分析，粉砂巖主要分布2組優(yōu)勢節(jié)理組：第一組為86°∠83°、第二組為159°∠63°，節(jié)理長度為1～5 m，節(jié)理間距在0.1～0.8 m，體積節(jié)理密度為19.39條/m3，RQD值為51%。閃長斑巖主要分布3組優(yōu)勢節(jié)理組：第一組為63°∠82°、第二組為264°∠10°、第三組84°∠2°，節(jié)理長度為2～10 m，節(jié)理間距在0.1～1 m。體積節(jié)理密度為17.88條/m3，RQD值約為56%［1-3］。巖石物理力學(xué)參數(shù)見表1。

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2 高臺階預(yù)裂爆破相關(guān)參數(shù)理論計算

在高臺階預(yù)裂爆破中，主要參數(shù)是不耦合系數(shù)、炮孔間距，為使預(yù)裂爆破獲得理想的效果，還應(yīng)考慮線裝藥密度、炸藥性能、孔間分組延時、地質(zhì)構(gòu)造等因素。

2.1 不耦合系數(shù)

在不耦合裝藥條件下，預(yù)裂爆破在孔壁上產(chǎn)生的沖擊壓力Pr［2］為

令Pr≤8KRt，求得裝藥不藕合系數(shù)K d為

式中，db、dc分別為炮孔直徑和藥卷直徑，mm；ρ0、V分別為炸藥的密度和爆速，ρ0=1 g/cm3，V=3 200 m/s；n為爆炸氣體撞碰孔壁時壓力增大系數(shù)，n=8～11取10；K為在沖擊載荷下巖石抗壓強(qiáng)度增大系數(shù)，K=10～12取11；Rt為單軸抗拉強(qiáng)度，MPa。

將上述參數(shù)代入式（2），化簡得：

由此可知，高臺階預(yù)裂爆破不耦合系數(shù)Kd與巖石單軸抗拉強(qiáng)度Rt的-0.167次冪成正比。Rt與Kd關(guān)系曲線如圖1所示，計算得出閃長斑巖Kd=4.74，粉砂巖Kd=4.38。

2.2 炮孔間距

在沖擊壓縮條件下，初始裂隙長度R1為［2］

式中，r為炮孔半徑，mm；α為應(yīng)力波衰減指數(shù)，α=β為系數(shù)；μ為巖石泊松比。

爆炸氣體準(zhǔn)靜壓作用下裂隙擴(kuò)張長度R2為

式中，KIC為巖石靜態(tài)斷裂韌性，kg/cm3/2；P0為爆炸氣體準(zhǔn)靜壓

因此，預(yù)裂爆破最大炮孔間距E為對閃長斑巖對粉砂巖將ρ0=1 g/cm3，V=3 200 m/s，K=10～12，n=8～11，a=69 mm代入式（4）～（6）得出閃長斑巖E=1.23～1.9 m，粉砂巖E=1.45～2.26 m。

3 高臺階預(yù)裂爆破設(shè)計及優(yōu)化

3.1 爆破參數(shù)選取

根據(jù)上述預(yù)裂爆破主要參數(shù)理論計算，結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，選取爆破設(shè)計參數(shù)（表2、表3）。

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3.2 爆破區(qū)域地形復(fù)測

擴(kuò)幫區(qū)域已形成高陡邊坡，傳統(tǒng)的全站儀無法對安全平臺邊沿和臨空面進(jìn)行復(fù)測，采用Maptek IsiteXR3三維激光掃描儀對采坑全方位掃描，經(jīng)系統(tǒng)自帶軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可得到礦坑三維模型。

3.3 三維爆破設(shè)計

采用3Dmine礦業(yè)軟件進(jìn)行三維爆破設(shè)計，將三維激光掃描礦坑模型導(dǎo)入擴(kuò)幫模型，進(jìn)行對比分析，按照擴(kuò)幫施工順序進(jìn)行爆區(qū)設(shè)計，重點(diǎn)計算不同深度前排最小抵抗線、連續(xù)和間隔裝藥位置等，利用三維動態(tài)效果進(jìn)行多角度、全方位審核和模擬，根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化鉆孔三維設(shè)計參數(shù)。

3.4 爆破藥量控制

微震監(jiān)測技術(shù)主要用于監(jiān)測巖體變形和破壞過程，裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展、摩擦?xí)r內(nèi)部積聚的能量以應(yīng)力波的形式釋放，產(chǎn)生微震事件［4］。礦山邊坡中微震事件的產(chǎn)生主要是由于爆破直接作用的結(jié)果，例如2019年10月份進(jìn)行了8次爆破，爆后監(jiān)測到微震事件65次，爆破時間、藥量、位置、震級及微震事件統(tǒng)計見表4。

從表3看出，爆破震級、振速、微震事件與單段起爆藥量密切相關(guān)，通過微震監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析得出，單段起爆藥量越大，爆破震級和振速也相應(yīng)增大，微震事件增多，單段起爆藥量超過500 kg時，震級大于1.2，爆后微震事件明顯增加；單段起爆藥量小于500kg時，震級小于1.2，爆后產(chǎn)生的微震事件較少，且微震活動呈低微震強(qiáng)度特征，能量積累與釋放尺度呈低能級狀態(tài)。因此擴(kuò)幫爆破震級控制在1.2以下，單段起爆藥量小于500 kg，總藥量一般小于7 000 kg。

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3.5 鉆孔精度控制

超深孔施工難度大，容易出現(xiàn)鉆孔偏移，采用全站儀測量孔口坐標(biāo)和方位導(dǎo)向線，采用電子坡度尺測量鉆孔傾角。施工中應(yīng)及時糾偏，如圖2所示，應(yīng)保持炮孔水平投影與方位導(dǎo)向線重合，為方便糾偏，可在方位導(dǎo)向線上安設(shè)三角架，懸掛鉛垂儀，使方位導(dǎo)向線、鉛垂線和鉆桿水平投影三線合一，處于同一個平面。

3.6 爆破效果評價

2018年4月實(shí)施擴(kuò)幫工程以來，完成了施工難度最大的734～626 m全境界擴(kuò)幫，高邊坡預(yù)裂爆破開挖后，通過長臂反鏟清坡，可獲得如圖3所示的預(yù)裂效果，經(jīng)數(shù)字?jǐn)z影測算，坡面平整度基本上都能達(dá)到±500 mm，半壁孔痕率［5］達(dá)到80%以上。

4 結(jié)論

（1）山達(dá)克南礦體邊坡巖石破碎，節(jié)理裂隙十分發(fā)育，在已形成的高陡邊坡上實(shí)施高臺階預(yù)裂爆破，施工難度極大，三維激光掃描、微地震監(jiān)測、三維爆破設(shè)計等先進(jìn)手段的應(yīng)用，確保了高臺階預(yù)裂爆破的順利實(shí)施。

（2）理論和實(shí)踐表明，高臺階預(yù)裂爆破能獲得理想的效果，尤其是對露天礦擴(kuò)幫開采或陡幫開采作業(yè)面狹窄、不具備分臺階預(yù)裂爆破的礦山有著重要的指導(dǎo)和實(shí)踐意義

（3）由于高臺階預(yù)裂爆破緊臨高邊坡作業(yè)，應(yīng)做好安全防護(hù)和邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測工作，做到提前預(yù)警，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，避免安全事故發(fā)生。