王建勝 周 蒙 李小龍 黃漢波 刁鵬飛 冷 波

（1.河北鋼鐵集團灤縣司家營鐵礦有限公司；2.河北鋼鐵集團司家營研山鐵礦有限公司）

露天礦山高陡邊坡開采要求降低爆破振動對邊坡及附近構筑物的影響，保證爆破后邊坡穩(wěn)定。司家營北區(qū)分公司為河北鋼鐵集團礦業(yè)公司下屬特大型礦山企業(yè)，其中，露天礦采剝總量超過8 000萬t/a，選用KY-310型牙輪鉆機穿孔、WK-20B型電鏟采裝。隨著司家營礦山開采的不斷深入，西邊坡大面積被揭露出來，西邊坡設計坡角為75°，單個臺階高度為15 m，并段臺階高度為30 m，屬于高陡邊坡，且西邊坡距離最近居民區(qū)僅300 m左右，所以對爆破效果有極高的要求。司家營礦山采場西邊坡巖石成縫機理較好，適合采用大孔徑預裂爆破，大孔徑預裂炮孔周圍巖石中易形成徑向裂紋，爆破時易在設定方向上形成裂紋，從而在該方向上達到優(yōu)先起裂、擴展、貫通，同時，利用司家營礦區(qū)在數(shù)碼電子雷管不同孔徑邊坡預裂爆破中的研究成果［1-4］，以期提高預裂爆破效果［5］。

1 預裂爆破方案設計

結合邊坡地質(zhì)地理條件和巖石基本性質(zhì)，預裂爆破選取直徑165 mm潛孔鉆機穿孔，穿孔效率高，可以裝入大直徑藥卷以提高作業(yè)效率，同時采用具有很好的延時精確性和可檢測性的數(shù)碼電子雷管，通過優(yōu)化爆破參數(shù)，不斷進行試驗，確定出最適合司家營礦區(qū)的高陡邊坡預裂爆破參數(shù)。

1.1 預裂孔參數(shù)設計

1.1.1 預裂孔間距

通常情況下，預裂炮孔間距一般根據(jù)巖石的極限抗拉和極限抗壓強度來確定，也與鉆機的鉆孔直徑和巖石的泊松比有關，預裂孔間距計算公式為

式中，a為炮孔間距，cm；σy為巖石的極限抗壓強度，kPa；σl為巖石的極限抗拉強度，kPa；μ為巖石的泊松比；d為炮孔直徑，cm。

1.1.2 不耦合系數(shù)

不耦合系數(shù)一般根據(jù)巖石的極限抗拉強度來確定，但是因為礦區(qū)距離居民區(qū)較近而需要降振的特殊情況，再結合礦區(qū)生產(chǎn)量較大的實際生產(chǎn)要求，鉆孔直徑d已經(jīng)提前確定好，所以不耦合系數(shù)直接按照鉆孔直徑與藥包直徑的比值來計算：

式中，k為不耦合系數(shù)；d為炮孔直徑，cm；dy為藥卷直徑，cm。

1.1.3 線裝藥密度

線裝藥密度是指炮孔每米平均裝藥量［6］。在實際裝藥過程中將裝藥段分成3段：加強段、正常段、減弱段，分別按照整個裝藥長度Ly的0.2倍、0.5倍、0.3倍來計算。在保證孔壁巖體不被壓碎的條件下，按下列公式計算：

式中，Δ為最佳裝藥密度，g/cm3；σy為巖石的極限抗壓強度，kPa；Q為炸藥的爆熱，kJ/kg。

1.1.4 預裂孔堵塞長度

根據(jù)十幾年邊坡預裂爆破填塞經(jīng)驗和礦區(qū)不準導爆索在地表使用的要求，為了保證預裂炮孔不出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象，一般預裂孔填塞長度Ld取1.5倍炮孔直徑［8］。預裂炮孔裝藥結構見圖1，預裂孔參數(shù)見表1。

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1.2 邊坡緩沖孔參數(shù)設計

在高陡邊坡預裂爆破中，緩沖孔的設計尤為重要，緩沖孔參數(shù)見表2。

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1.3 邊坡主炮孔參數(shù)設計

緩沖孔前排炮孔均為主炮孔，主炮孔為垂直孔，深度和臺階高度相等，均不設超深［7］。為了保證預裂爆破效果，主炮孔最佳預設2排且主炮孔前排均為清渣。主炮孔參數(shù)見表3。邊坡預裂爆破炮孔設計見圖2。

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1.4 爆破網(wǎng)絡

利用數(shù)碼電子雷管對爆破網(wǎng)路進行設計，能保證所有炮孔均按照提前設定的時間進行起爆，確保高陡邊坡預裂爆破的效果［8］。爆破網(wǎng)絡見圖3。

2 爆破振動分析

爆破地點選擇西幫-187 m和-202 m臺階，原則上保持相同設計與作業(yè)條件，確保在地質(zhì)條件及距離等其他方面最大限度保持一致，使結果具備可比性；爆破測點選擇東法寶村、后法寶村2個對居民影響較大的地點，采用TC-4850N型爆破測振儀進行遠程數(shù)據(jù)采集［9］。具體實測數(shù)據(jù)見表4、表5。

通過以上數(shù)據(jù)可以看出，目前西幫-187 m常規(guī)爆破測點質(zhì)點振動速度為0.194 5～0.590 7 cm/s，預裂爆破測點質(zhì)點振動速度為0.056 2～0.175 6 cm/s，均滿足《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014）爆破振動安全允許標準土窯洞、土坯房、毛石房屋的要求，后法寶預裂爆破比常規(guī)爆破平均降震70%，東法寶平均降震67%。西幫-202 m常規(guī)爆破測點質(zhì)點振動速度為0.332 6～0.446 7 cm/s，預裂爆破測點質(zhì)點振動速度為0.064 6～0.282 3 cm/s，均滿足《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014）爆破振動安全允許標準土窯洞、土坯房、毛石房屋的要求，后法寶預裂爆破比常規(guī)爆破平均降震70%，東法寶平均降震62%。在主炮孔數(shù)量相近的情況下，設置20個預裂炮孔的預裂爆區(qū)，爆破震動數(shù)據(jù)明顯小于未設置預裂炮孔的常規(guī)爆破，所以采用預裂爆破可有效控制爆破震動。

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3 結論

結合司家營礦區(qū)的地質(zhì)地形條件，對司家營高陡邊坡采用預裂爆破技術并成功應用，質(zhì)點振速明顯降低，嚴格控制了巖石移動方向，使炸藥能力得到了充足利用，把需崩落巖石推離邊坡，使礦巖得到了更好地破碎，降低了大塊率，改善了爆破效果，留巖體也更加穩(wěn)定，取得了較好的成果，為類似高陡邊坡爆破施工提供一定的借鑒經(jīng)驗。