萬(wàn) 佳
(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局327地質(zhì)隊(duì),安徽 合肥 230011)
隨著礦山基礎(chǔ)工程施工力度加大,石方開挖工程越來(lái)越多。當(dāng)遇到堅(jiān)硬礦石時(shí),尤其是石方量大的工程,機(jī)械破除工期長(zhǎng)成本高,而且噪聲擾民時(shí)間長(zhǎng)。采用控制爆破的方法進(jìn)行作業(yè),既經(jīng)濟(jì)又快速,滿足城鎮(zhèn)快速建設(shè)的需要。近十多年來(lái),國(guó)內(nèi)外露天深孔淺孔爆破和基礎(chǔ)開挖工程中大量采用了逐孔起爆技術(shù)[1]。
安徽某露天礦山前期開拓爆破開挖石方約9.6萬(wàn)m3,爆破開采區(qū)域南北長(zhǎng)約200m,東西寬約35m,主體爆破深度一般為12m~18m。由于爆破周邊環(huán)境較復(fù)雜,故采用逐孔起爆等控制爆破方式進(jìn)行施工。
爆破周邊環(huán)境較復(fù)雜:爆破開采區(qū)域南側(cè)45m上方有一東西向10KV高壓電線經(jīng)過,西北向?yàn)榇迩f,200m范圍內(nèi)民房大量集中,最近的民房距離僅50m(后期需要拆遷,爆破時(shí)尚未完成搬遷),且位于爆破開采區(qū)域下方,具體見圖:爆破周圍環(huán)境平面示意圖。
爆破開采區(qū)域礦物特性主要為石灰?guī)r,土夾石,軟弱夾層較多,灰、肉紅色,中~微風(fēng)化,礦石較硬,塊狀、大塊狀,表層有溶蝕現(xiàn)象,部分有溶洞、裂隙。
圖1 爆破周圍環(huán)境平面示意圖
工程難點(diǎn):①該礦山開采工程爆破地質(zhì)條件不良,隱含著節(jié)理、裂隙、斷層、軟弱夾層等結(jié)構(gòu)面,在爆破前很難完全掌握礦體的每個(gè)細(xì)節(jié)。這些結(jié)構(gòu)面與礦石相比屬于薄弱部位,破碎時(shí)需要的炸藥能量較小,而炸藥在炮孔中布置很難顧及每個(gè)薄弱面的存在。因此,炸藥在礦體中爆炸后,爆生氣體會(huì)從這些薄弱部位首先沖出,夾帶著個(gè)別碎塊形成飛石;②工程量較大,爆破周邊環(huán)境復(fù)雜,距離民房最近僅50m。所以如何控制爆破振動(dòng)、爆破飛石和爆后邊坡穩(wěn)定是礦山開采要考慮的重要問題,其次要確保爆破后大塊率控制在合理范圍內(nèi)以便于后續(xù)挖運(yùn)作業(yè)。
由于采用傳統(tǒng)的爆破方法,單段起爆藥量大,爆破振動(dòng)很難控制,勢(shì)必會(huì)對(duì)周邊民房造成一定危害。若減小爆破藥量,就會(huì)增加爆破次數(shù),這樣不僅影響爆破開采進(jìn)度,而且容易造成大塊較多,爆破振動(dòng)累加影響會(huì)對(duì)民房造成一定安全隱患。為控制爆破對(duì)高邊坡穩(wěn)定性的影響,臨近設(shè)計(jì)邊坡,采用緩沖爆破技術(shù)[2],適當(dāng)加密炮孔布置,減小炸藥單耗,通過控制孔網(wǎng)參數(shù)和單孔裝藥量以及單段最大裝藥量,最大限度地減緩主炮孔爆破對(duì)邊坡的影響。
故綜合考慮采用露天深孔逐孔爆破的方式進(jìn)行松動(dòng)爆破,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)地形等條件確定從上而下,由北而南,分臺(tái)階進(jìn)行開挖。
(1)臺(tái)階爆破空間能量相互補(bǔ)償原理[3]。在爆破時(shí),第一個(gè)起爆炮孔為后爆的第二個(gè)炮孔最大限度地提供自由面,先爆炮孔將礦石迅速推出,為后爆炮孔提供足夠多的自由面;使礦石在移動(dòng)過程有足夠的相互作用空間,后爆炮孔能量進(jìn)一步推動(dòng)先爆炮孔,增加礦物間相互碰撞作用,以后炮孔以此類推,從而改善了爆破破碎度及爆堆的松散度,大大地提高了鏟裝的工作效率。
(2)最小抵抗線原理[4]。逐孔起爆時(shí)第一排炮孔按設(shè)計(jì)好的最小抵抗線起爆,每個(gè)炮孔爆破前,前一炮孔與側(cè)向的炮孔已經(jīng)起爆并為該孔提供了最少三個(gè)自由面,減小后排炮孔的夾制作用,同時(shí)可以增加爆破后的應(yīng)力波反射。
(3)有效減弱爆破振動(dòng)。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》[5](GB6722-2014)中薩道夫斯基公式v=K(Q1/3/R)α可知,在一定的地質(zhì)條件下,R、K、α都是一定的,所以要減小爆破振動(dòng),只能減小同時(shí)起爆藥量,逐孔起爆正好利用了這個(gè)原理。
(1)孔徑D:采用履帶式潛孔鉆機(jī)鉆孔,孔徑D為90mm。
(2)臺(tái)階高度H及超深h:由于開挖深度在12m~18m,采用分層爆破,臺(tái)階高度H為6m~9m,超深h為(0.1~0.15)H,取0.8m。
(3)最小抵抗線ω=(25~30)d,取2.5m。
(4)孔距a、排距b:孔距a=(1.0~1.5)ω、排距b=ω取孔距3m、排距2.5m,采用矩形布孔方式;對(duì)于鄰近設(shè)計(jì)邊坡的緩沖孔,其與主炮孔的間距取主炮孔間距的0.7倍。
(5)炸藥單耗q及單孔裝藥量Q:根據(jù)本開采項(xiàng)目礦石結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及以往工程經(jīng)驗(yàn),炸藥選用2#礦石乳化炸藥,炸藥單耗q取0.35kg/m3,單孔裝藥量Q=qabH。
計(jì)算得到不同深度的深孔爆破的單孔裝藥量等參數(shù)如表1:
表1 深孔爆破參數(shù)表
一般認(rèn)為,孔間延時(shí)影響爆破區(qū)礦石的破碎塊度,排間延時(shí)影響爆破區(qū)礦石的位移,在爆破區(qū)內(nèi)礦石可分為孔間延時(shí)和排間延時(shí),認(rèn)為同排孔間最佳延時(shí)[6]在3ms/m~8ms/m、排間最佳延時(shí)在8ms/m~15ms/m內(nèi)選擇時(shí),可達(dá)到較佳爆破效果。根據(jù)雷管種類和工程實(shí)際,本開采項(xiàng)目選用孔間間隔50ms(Ms3),排間間隔110ms(Ms5),孔內(nèi)采用380ms(Ms10)。詳見圖2:起爆網(wǎng)路示意圖。
圖2 起爆網(wǎng)路示意圖
根據(jù)薩道夫斯基公式計(jì)算質(zhì)點(diǎn)的爆破振動(dòng)速度:
式中:v為爆破安全允許質(zhì)點(diǎn)振速,cm/s;Q為最大段別裝藥量,kg;R為爆源中心與保護(hù)目標(biāo)的距離,m;k、α為與爆破點(diǎn)至保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)系數(shù)和衰減指數(shù)。
本工程中Q=38kg,對(duì)中硬巖石取k=150、α=1.7、R=50m,經(jīng)計(jì)算得v=1.57cm/s。露天深孔爆破f在10Hz~60Hz之間,對(duì)于一般民用建筑物,10Hz<f≤50時(shí),安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度在2.0~2.5之間,所以本開采工程滿足爆破振動(dòng)安全要求。爆破前在爆破區(qū)域和保護(hù)房屋之間鉆鑿一定數(shù)量的減振炮孔(不裝藥),用于緩沖、釋放爆破振動(dòng)波的多余能量。同時(shí)為了避免不必要的糾紛,在每次爆破作業(yè)時(shí)進(jìn)行了爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)。測(cè)得數(shù)據(jù)最大振速v=1.32cm/s。
為防止爆破飛石對(duì)高壓線和房屋的破壞,合理選擇最小抵抗線方向,避開保護(hù)對(duì)象;鉆孔時(shí)出現(xiàn)裂隙、溶洞時(shí)做好記錄并標(biāo)記,裝藥時(shí)改變裝藥結(jié)構(gòu),采用間隔裝藥等措施保證結(jié)構(gòu)面對(duì)爆破的影響;保證良好的堵塞質(zhì)量和合理的堵塞長(zhǎng)度;離房屋較近時(shí)減小孔排距,加密炮孔多打孔少裝藥,適當(dāng)增加堵塞長(zhǎng)度,炮孔孔口采用土袋壓實(shí)防護(hù)。
圖3 爆破效果圖
在爆破時(shí)合理布置邊界孔的抵抗線,采用逐孔起爆網(wǎng)路,可以減小爆堆寬度,有利于爆堆集中。對(duì)于邊坡孔,預(yù)留0.3m左右的保護(hù)層,孔底采用空氣間隔裝藥,最大限度地減少了主爆孔對(duì)邊坡體的直接沖擊和破壞,爆后形成的邊坡面較平整,為邊坡穩(wěn)定創(chuàng)造了有利條件。
爆破采用分層開挖,上層進(jìn)行5次爆破,下層進(jìn)行6次爆破,每次炸藥使用量約3000kg,完成石方爆破工程量約9.6萬(wàn)m3。采用逐孔起爆和緩沖爆破技術(shù)以及深淺孔結(jié)合并加以適當(dāng)?shù)氖┕ぜ记?、防護(hù)措施,本次開采石方爆破取得了良好的爆破效果、按質(zhì)按量完成了業(yè)主方的要求。爆破振動(dòng)、飛石、滾石都得到了有效控制,對(duì)周邊民房沒有造成損害。爆破后,由于土夾石的存在,有部分大塊,由于采用了深淺孔結(jié)合的布孔方式,最大化的利用破碎能量,并實(shí)現(xiàn)破碎能量的均衡分布,使爆破后的塊度相對(duì)更均勻,改善了爆破效果,一定程度上減少了“軟弱夾層”的地質(zhì)構(gòu)造頂部易產(chǎn)生大塊的問題,少部分塊度較大礦石輔助以機(jī)械破碎能將成本和進(jìn)度控制在合理范圍內(nèi),滿足挖運(yùn)要求。爆破后形成的邊坡穩(wěn)定,便于機(jī)械修整,爆破效果得到業(yè)主和周邊群眾一致好評(píng)。
由于露天礦山開采作業(yè)時(shí)礦體爆破充分考慮了地形、地質(zhì)條件的影響,通過合理的參數(shù)設(shè)計(jì)和防護(hù)措施,爆破振動(dòng)、爆破飛石和滾石等有害效應(yīng)都得到了有效控制,破碎礦體全部坍塌在安全允許范圍以內(nèi);同時(shí),臨近設(shè)計(jì)邊坡采用緩沖爆破技術(shù),爆后形成了穩(wěn)定的邊坡。土夾石、裂隙、溶洞等軟弱結(jié)構(gòu)面的存在給爆破施工帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn),從鉆孔開始嚴(yán)格設(shè)計(jì),精心施工,采取必要的防護(hù)措施可以安全高效地完成爆破作業(yè)。逐孔起爆技術(shù)在生產(chǎn)建設(shè)中發(fā)揮了日益重要的作用,呈現(xiàn)了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。周圍有重點(diǎn)建(構(gòu))筑物需要保護(hù)或?qū)吰路€(wěn)定性要求較高的爆破開挖中可以考慮應(yīng)用。采用綜合措施可將爆破有害效應(yīng)控制在安全允許范圍內(nèi)。