李蘭彬

（本鋼(集團(tuán))礦業(yè)有限責(zé)任公司南芬露天鐵礦）

南芬露天礦現(xiàn)已處于深凹露天開采，采場現(xiàn)已降至封閉圈以下。其排水工程采用在采場北部設(shè)置泵站集中排水，即在最低水平掘集水坑，用水泵將水直接排出采場。集水坑設(shè)在北山與采場的銜接處，日排水量為4 800～91 200 m3，這些排水設(shè)施一經(jīng)安裝就不能被破壞，否則在低水平作業(yè)的設(shè)備有可能受淹，同時(shí)生產(chǎn)用水也會(huì)受到較大影響。然而，在排水設(shè)施附近存在必須爆破區(qū)域，為此，需要對爆破作業(yè)進(jìn)行規(guī)劃，以避免排水設(shè)施受損。

1 爆破工程地質(zhì)概況和爆破要求

1.1 工程地質(zhì)概況

爆區(qū)位置在南芬露天礦北山142～130 m臺階中南部，實(shí)際標(biāo)高為142.7～143.5 m，巖性為磁鐵石棉礦。

此次爆破區(qū)域南50 m 是排水水泵，西28 m 是排水箱變設(shè)施和排水高壓線柱，高壓線柱上有變壓器等重要設(shè)施。按《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，在爆區(qū)邊緣100 m 范圍內(nèi)有居民集中區(qū)、大型養(yǎng)殖場或重要設(shè)施時(shí)，就是復(fù)雜環(huán)境爆破［1］。

該區(qū)域北側(cè)為長18 m 的自由面，南側(cè)自由面充分。爆區(qū)平面見圖1。

1.2 爆破要求

（1）使用310 mm孔徑設(shè)備穿鑿。

（2）必須保證所有排水設(shè)施安全，不被飛石破壞。

（3）控制爆破質(zhì)量，大塊少，爆破后松散度滿足電鏟削頂要求，不能出現(xiàn)根底。

（4）保證爆破振動(dòng)不損壞設(shè)備。

2 爆破對策及實(shí)施方案

2.1 爆破難點(diǎn)及對策

2.1.1 爆破飛石控制

南芬露天礦的礦巖主要有石英巖、混合巖、角閃巖。鐵礦床賦存于太古界鞍山群含鐵巖段內(nèi)，由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ層礦體組成，呈單斜產(chǎn)出。含礦層總的走向?yàn)楸蔽?0°～35°，傾向南西，傾角為40°～50°，平均為47°。工業(yè)礦體總長約3 000 m，3 層礦體累計(jì)厚度約120 m。礦床成因類型屬鞍山式沉積變質(zhì)鐵礦床。礦石主要由磁鐵石英巖和透閃磁鐵石英巖組成，主要金屬礦物為氧化礦（紅礦），磁鐵礦（灰礦）和磁鐵石棉鐵礦（石棉礦）。石棉礦石f=20，難穿難爆，節(jié)理裂隙不發(fā)育。各類巖石及推薦炸藥單耗見表1。

研究區(qū)域?yàn)槭薜V，炮孔孔徑為310 mm，參考表1 中的數(shù)據(jù)，選擇炸藥單耗取值范圍中的低值。大孔徑爆區(qū)控制爆破飛石難度非常大，具體數(shù)值還要依據(jù)其他指標(biāo)綜合確定［2］。

2.1.2 爆破振動(dòng)控制

南芬露天礦已廣泛使用澳瑞凱雷管，在逐孔起爆技術(shù)方面取得成熟的經(jīng)驗(yàn)。逐孔爆破技術(shù)對降低礦山爆破震動(dòng)，提高爆破效果作用顯著。

由爆破理論可知，由于自由面的存在，就使巖石的破壞范圍大大增加，爆破效果就會(huì)大大改善。沒有（或遠(yuǎn)離）自由面時(shí)，藥包爆炸只能形成大約5倍藥包半徑的很小破壞范圍。只有1個(gè)自由面時(shí)，可以形成一個(gè)范圍大得多的爆坑（爆破漏斗）。有2 個(gè)自由面時(shí)，只要最小抵抗線相差不大，通常會(huì)在2 個(gè)方向形成爆破漏斗，在同等藥量的條件下，爆下的巖石體積幾乎增加一倍。有3 個(gè)自由面時(shí)，只要很少的炸藥，就可將大量的巖石破碎。自由面越多，巖石越容易破碎［3］。所以，要制定能夠充分利用自由面并且增加自由面數(shù)量的起爆順序。在這次爆破中，起爆方向朝向北側(cè)只有18 m 的自由面，采取雙槽底掏槽，在起爆點(diǎn)以及槽底增加藥量，起爆后為后爆孔創(chuàng)造了第二自由面。爆破斷面擴(kuò)大，自由面條件較好，爆破同樣體積巖石所需炸藥量減少。所以，在爆破開采中可以變相增加自由面，以降低炸藥單耗。

結(jié)合本次逐孔爆破優(yōu)化設(shè)計(jì)項(xiàng)目，以提高塊礦率為目的，運(yùn)用逐孔爆破技術(shù)，對微差間隔時(shí)間進(jìn)行確定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選取間隔時(shí)間一般為25～100 ms，孔內(nèi)起爆最長不能超過150 ms，硬巖取小值，軟巖取大值。當(dāng)為了減小爆破震動(dòng)時(shí)，段間微差間隔時(shí)間盡可能在40～100 ms。起爆點(diǎn)選擇在自由面位置最好的31 號孔，使用澳瑞凱雷管，起爆順序采用V 形雙槽底掏槽起爆。在設(shè)計(jì)中可以應(yīng)用爆破優(yōu)化軟件，對炮孔起爆順序及爆破效果進(jìn)行驗(yàn)證?？紤]到石棉礦韌性好，又使用高爆速乳化炸藥，所以選取主控排間隔時(shí)間為100 ms，支線為42 和65 ms，即增加了總體延時(shí)，有效降低了同段藥量。

2.1.3 裝藥結(jié)構(gòu)和填塞料選擇

在露天深孔爆破中，最常用的裝藥結(jié)構(gòu)是自炮孔底部由下而上的連續(xù)裝藥。這種裝藥結(jié)構(gòu)的突出問題是藥柱重心過度偏于臺階下部，尤其是在采用大直徑炮孔和高密度炸藥的礦山，這種狀況更為明顯，超深部分裝藥長度一般可達(dá)到1/3～1/2 藥柱總長度。這種裝藥結(jié)構(gòu)使上部分巖體得不到有效破碎，大塊增加，爆區(qū)松散度不足。為了改變這種狀況，需要從改善裝藥結(jié)構(gòu)入手［4］。使用空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)來代替連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，并通過對比分析，選擇頂部間隔結(jié)構(gòu)，其優(yōu)勢如下。

（1）空氣間隔的存在可調(diào)節(jié)乳化炸藥爆炸初始壓力，起到控制爆破飛石作用。

（2）減小由于巖石過粉碎而產(chǎn)生的能量損失，并可延長爆炸氣體在巖體中的作用時(shí)間，增強(qiáng)爆破效應(yīng)，降低大塊數(shù)量，從而提高電鏟作業(yè)效率。

（3）降低爆破單耗。

（4）炸藥集中于一體，再采用雙發(fā)起爆具起爆，初始能量充足，保證爆轟穩(wěn)定。

（5）通過間隔降低了填塞高度，提高了爆區(qū)松散度，保證了爆破質(zhì)量。

（6）頂部間隔操作簡單，易于掌控。

在炸藥爆炸瞬間，填塞材料在孔壁與高壓氣體之間的相互作用中起一種“調(diào)節(jié)閥”的作用［5］，主要是防止高壓氣體過早外泄，增加高壓氣體膨脹作用時(shí)間，同時(shí)也改變了巖石中應(yīng)力作用形式。因此，適當(dāng)?shù)剡x擇材料和填塞方式，可以改變炸藥對巖石的作用形式。巖石中應(yīng)力作用形式的變化使最終爆破破碎效果得以改善?，F(xiàn)場爆破中通常選用牙輪穿鑿炮孔的巖渣進(jìn)行填塞，由于巖渣密度小，封閉炮孔能力不足，就選用粉碎石料的瓜子石，這種石料填塞時(shí)既不會(huì)損壞雷管管線，封閉炮孔作用又較強(qiáng)，可以有效控制爆破飛石。

2.2 方案實(shí)施

2.2.1 炸藥單耗

根據(jù)分析可知，該處為石棉礦，炮孔孔徑為310 mm，考慮到該處需要保護(hù)的設(shè)施非常重要，所以降低爆破單耗，最終選取多孔粒狀炸藥單耗為0.9 kg/m3，乳化炸藥單耗為1.15 kg/m3。

使用310 mm 孔徑的牙輪鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，其最大鉆孔深度為16.0 m，孔底打到130 m 水平時(shí)，臺階高度H=13 m，經(jīng)計(jì)算得出孔網(wǎng)參數(shù)：孔距a=排距Wd=6.2 m。為充分發(fā)揮自由面的作用，所以選擇抵抗線時(shí)較正常抵抗線小0.5 m，選取超深h=2～2.5 m（頭排孔較后排孔多超深0.5 m）。鉆孔后，現(xiàn)場的炮孔只有4 個(gè)干孔，其他均為水孔，水深在2～8 m。實(shí)際孔深l=14.5～15.5 m。

2.2.2 裝藥結(jié)構(gòu)

采用頂部間隔裝藥結(jié)構(gòu)，裝藥量的計(jì)算公式為

式中，Q為單孔裝藥量，kg；H為臺階高度，m；q為炸藥單位消耗量，kg/m3；

經(jīng)計(jì)算，內(nèi)部孔裝藥量Q=574 kg，取580 kg（乳化炸藥）；掏槽孔藥量相比內(nèi)部孔增加30 kg，取610 kg；邊孔比內(nèi)部孔少20 kg，取560 kg。所以，炮孔的填塞高度為9～9.5 m。

裝藥結(jié)構(gòu)：先連續(xù)裝580 kg 乳化炸藥，再使用間隔器間隔1.5 m，填塞高度7.5 m，如圖2所示。

2.2.3 起爆順序和延時(shí)時(shí)間

起爆順序如圖3所示。

2.2.4 現(xiàn)場施工

現(xiàn)場施工嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求操作，技術(shù)員到現(xiàn)場后首先確認(rèn)孔深是否變化，逐孔將孔深測量一遍；炸藥車來到現(xiàn)場，技術(shù)員先檢測炸藥密度，觀察炸藥顏色確認(rèn)炸藥質(zhì)量，確認(rèn)無誤后方可裝藥；裝藥后技術(shù)員需要確認(rèn)余高，使之達(dá)到設(shè)計(jì)高度；由專人下放間隔器，每孔間隔后，技術(shù)員確認(rèn)間隔器是否達(dá)到要求，確認(rèn)合格再等10 min 開始用石子進(jìn)行填塞，每孔填滿填實(shí)。連線嚴(yán)格按起爆順序圖進(jìn)行，連線人、爆破班長和技術(shù)員都要進(jìn)行檢查，確認(rèn)連接無誤后起爆。

2.2.5 爆破振動(dòng)預(yù)測

爆破地震安全距離按薩道夫斯基公式計(jì)算：

式中，R為爆破地震安全距離，m；Q為逐孔爆破取最大一段藥量，kg；V為地震安全速度，cm/s；m為藥量指數(shù)，取1/3；K、a為與爆破地點(diǎn)、地質(zhì)條件有關(guān)系數(shù)。

逐孔單孔藥量Q=650 kg，石棉礦為堅(jiān)硬巖石，K=100，a=1.3，V=30 m/s，通過計(jì)算得出R=21.87 m，小于28 m，說明該爆破的爆破振動(dòng)不會(huì)對箱變小房造成破壞。

2.2.6 爆破器材統(tǒng)計(jì)

爆破使用炸藥及爆破器材統(tǒng)計(jì)見表2。

3 爆破效果

這次爆破通過精細(xì)的設(shè)計(jì)和施工，達(dá)到了預(yù)期爆破目的；爆區(qū)北側(cè)前沖13 m，南側(cè)前沖12 m，側(cè)沖5 m；爆堆集中，中間高，東西兩側(cè)漸低；最高隆起高度為6 m，松散度達(dá)到1.46；爆破飛石較少。爆破后，箱變小房、高壓線、水泵都完好無損，沒有因?yàn)楸普駝?dòng)造成損壞。

4 結(jié)語

爆破技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要通過對所爆破的工程情況有詳細(xì)的調(diào)查研究，對炸藥性能有充分地了解；要充分利用自由面并在起爆順序中創(chuàng)造自由面，結(jié)合礦巖情況和炸藥特點(diǎn)合理選擇延時(shí)時(shí)間，采用合理的裝藥結(jié)構(gòu)、填塞高度和填塞物，在施工中嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)，這樣才能在爆破中取得好的效果。