大型露天礦臨近固定邊坡爆破設計

金文法

(江西銅業集團公司德興銅礦,江西德興 334224)

大型露天礦臨近固定邊坡爆破設計

金文法

(江西銅業集團公司德興銅礦,江西德興 334224)

以德興銅礦臨近固定邊坡爆破實踐為例,詳細說明了臨近固定邊坡爆破的各種措施及其參數的選擇,并對爆破后的效果進行了總結。

露天礦;預裂爆破;輔助孔;緩沖孔

大型露天礦隨著服務年限的加長,開采的不斷深入,會不斷地形成高陡邊坡,因而邊坡的穩定性也成為大型露天礦安全生產的一個重要因素。德興銅礦的爆破技術人員通過幾十年來的不斷學習、摸索和實踐,形成了一套行之有效的臨近固定邊坡的爆破設計和施工方法,下面以德興銅礦西源嶺 335m水平臨近固定邊坡的爆破設計為例,加以詳細說明。

1 爆破區域

圖1 爆破區域圖

如圖 1所示,爆破區域位于西源嶺 335m水平,東北面臨近固定邊坡,其上方 350-410邊坡斷層、節理與裂隙很發育,破碎帶多,邊坡不穩定。該水平設計臺階并段 (不留設平臺),廢石區,好爆。

設計爆破區域寬從 45m到 56m,最低標高330.637m,最高標高 334.616m(局部抬高),平均標高在332m左右。

圖1是爆破區域圖。

2 爆破參數(含布孔參數)

2.1 順延境界線的預裂爆破

預裂爆破在工程爆破中屬輪廓爆破的范疇,是用于控制超挖、維護邊坡穩定的一個行之有效的辦法。預裂爆破是在主爆孔之前起爆布置在開挖邊線(本設計為境界線,又稱眉線)的一排預裂孔,爆破的結果是在相鄰孔之間形成裂縫,整個預裂孔的布孔平面形成一個斷裂面,使主爆孔爆破后的裂隙不再深入保留區,主爆孔爆破后,沿預裂面形成一個超挖很少或沒有超挖的光滑坡面。預裂爆破參數如下:

(1)孔深:根據臺階高度 15m、坡面角 70°的施工要求,預裂孔孔深 h1=h/sin70°=16(m),為防止超深引起對坡底的破壞,本次預裂孔設計不超深。

(2)不耦合系數(即炮孔直徑 d1與藥卷直徑 d2比值)[1]:一般為 2～4,采用鉆頭直徑為 150 mm的邊坡鉆打預裂孔,形成的炮孔直徑為 d1=150mm,選用藥卷為 OR ICA預裂爆破專用炸藥,直徑為 d2 =55 mm,計算得不耦合系數(=d1/d2)為 2.73。

(3)線裝藥密度:根據該地段礦巖 f系數、巖性和 II類巖線裝藥密度經驗值 (類似地段的線裝藥密度),選為 0.9kg/m3,單孔裝藥量 (=16.5×0.9),實際按 16kg給定。

(4)堵塞長度:一般按經驗公式L2=(1～1.2)a1計算(式中 a1為預裂孔孔距:150mm),保證堵塞長度在1.5m以上。

2.2 主爆孔爆破

預裂爆破完畢后,布設主爆孔,孔位圖見圖 2。為發揮預裂孔爆破后形成的預裂縫的作用,防止不合理孔深的主爆孔與預裂孔貫穿,設計以預裂孔為基準布設輔助孔和緩沖孔各一排 (孔深有變化,下面會做詳細說明),之后再布設正常的全深孔。

根據《最終邊坡管理規定》的臨近邊坡孔數和每面炮的總裝藥量,設計各面炮的孔位圖如下 (實際布孔時會根據自由面情況作局部調整,但各面炮的主爆孔孔數和總裝藥量嚴格遵循《最終邊坡管理規定》)。

圖2 孔位圖

2.2.1 輔助孔和緩沖孔

(1)布孔方式和布孔參數。預裂孔布設并爆破完畢后,以預裂孔為基準向采區方向布設輔助孔和緩沖孔各一排,以形成期望的坡面角(70°),并保證坡底不受破壞。如圖 3輔助孔和緩沖孔剖面圖。

從保證爆破效果的角度考慮,輔助孔孔深以 6m最為合理,如不足 6m,爆破后會在臺階邊緣遺留傘巖,影響邊坡美觀,且容易發生掉塊,造成安全隱患;超過 6m會與預裂孔貫通,導致漏藥,爆破失效,輔助孔孔距為 4m,距離境界線(即已爆預裂孔)4m。

從保護坡底不受破壞的角度考慮,緩沖孔孔深以 15m最為合理,不足 15m,爆破后會產生根底;超過 15m會破壞坡底,緩沖孔距為 7m,與輔助孔的距離為4m。

圖 3 輔助孔和緩沖孔剖面圖

(2)裝藥量。6m深輔助孔爆破以克服眉線傘巖為目的,一般裝藥量為 50kg,充填高度 5.3m;15m深緩沖孔以克服根底為目的,一般裝藥量為 500kg,但本次設計考慮到降低爆破震動對邊坡的危害,設計采用間隔裝藥方式,一般為 455 kg,充填高度6.8m(后面會給出計算依據)。

(3)裝藥結構。為維護邊坡穩定和控制臨近邊坡一側炮孔最大一響藥量,緩沖孔采用間隔裝藥,孔內底部裝 320kg乳化炸藥和澳瑞凱第 15段(375ms)非電導爆管雷管配合;孔內上部裝 135kg乳化炸藥和澳瑞凱第 16段 (400ms)非電導爆管雷管配合。中間用橡膠公司生產的爆破節能器 (或稱炮孔隔離塞)隔斷并用巖粉充填 1.5m,計算充填高度為 6.8m,示意圖見圖 4。

圖 4 間隔裝藥結構圖

2.2.2 全深孔爆破設計

(1)布孔方式。從能量分布的觀點看,以三角形布孔最為理想,所以本次采用三角形布孔。

(2)爆破參數選擇。

①底盤抵抗線W1,由牙輪鉆機鉆孔作業的安全條件[2]:

W1=Hctgα+B

B為鉆機臺階邊緣作業的最小安全平臺寬度,取Bmin=2m,計算得W1為9m;前排孔臺階剖面圖見圖5。

圖 5 前排孔臺階剖面圖

②單耗:根據該地段巖性,確定炸藥單耗(BDS)為 0.833kg/m3。

③孔距 a與排距 b:該地段相對好爆,按照選定的炸藥單耗孔網設計為 (7×8)m2,即 a=8m,b= 7m。

④孔深根據《2008年 7月份月末現狀圖》提供的頂板標高確定,超深按 2.5m算。

⑤每孔裝藥量,單排孔爆破或多排孔爆破的第一排孔的每孔裝藥量Q1按以下公式計算:

Q1=qaW1H

式中:q為炸藥單耗,根據巖石 f系數(此處為 II類巖)定為 0.833kg/m3;a為孔距,8m;W1為底盤抵抗線,9m;H為臺階高度,15m。

多排孔爆破時,從第二排孔起,以后各排孔的每孔裝藥量Q2按以下公式計算:

Q2=qa bH

式中:q為炸藥單耗,0.833kg/m3;a為孔距, 8m;b為排距,7m;H為臺階高度,15m。

計算得每面炮總藥量在 25t左右。

⑥裝藥結構:采用連續裝藥結構。

⑦充填高度:一般充填高度不小于底盤抵抗線的 0.75倍,根據每孔設計裝藥量運用公式:L=HQ/68(L為充填高度,H為孔深,Q為每孔裝藥量,式中數字 68為炮孔每米裝藥量,單位 kg/m)計算得: 17.5m深炮孔充填 7.2m,符合爆破設計與安全要求。

3 起爆網絡

根據該地段巖性和 335-410邊坡的穩定性情況,地表網絡使用大段別豪秒延期雷管延時,即控制排和控制列分別用 65ms和 100ms的非電導爆管雷管搭配。以下做出第 1面炮的地表網絡示意圖,其余各面炮按控制排 65ms,控制列 100 ms嚴格執行,并實行逐孔起爆。

圖 6 爆破網絡示意圖(第 1面炮)

4 爆破安全

主要是控制爆破振動,爆破振動控制以控制單面炮爆破規模和控制最大一響藥量為主要措施。臨近固定邊坡地段主炮孔(含緩沖孔)控制在 40個以內,并適當延長地表網絡延期時間,相鄰炮孔地表網絡延期時差控制在 20ms以上,防止爆破振動疊加。

距離邊坡最近的炮孔爆破引起質點的振動速度按薩道夫斯基公式計算如下[3]:

v=K1K2(Q1/3/R)a

式中:v為爆破引起的質點振動速度,cm/s;Q為單響藥量,輔助孔 50kg,緩沖孔 455kg,主炮孔700kg;R為藥柱中心到 350邊坡 (坡底)的最近距離,輔助孔、緩沖孔與主炮孔到 350邊坡 (坡底)的最近距離分別為 8.23m、16.13m與 20.98m。其確定依據見圖 7。K1為系數 1,此為預裂爆破減振系數,一般 K1=0.4～0.7,此處取 0.4;K2為系數 2,此為與爆破點地形、地質條件有關的系數,取 K2=229.38;a為爆破振動衰減指數,取 a=2.1。各項取 值代入公式計算結果見表 1。

圖 7 320-335臺階剖面圖

表 1 爆破振動計算結果表

通過以上計算,335水平的輔助孔、緩沖孔、最近一排主炮孔爆破引起的質點振動速度均在19cm/s以下,按《基巖破壞特征與實際質點振速的關系》分析:爆破時坡面一些不穩定的巖石會滾落(19cm/s時土巖破壞特征),另一方面,該地段邊坡軟弱面多,不排除爆破時局部破碎帶會垮塌。

5 爆后效果及總結

德興銅礦在2009年8月西源嶺335m水平臨近固定邊坡的區域實施爆破,爆破當時,335臺階以上邊坡穩定,未出現垮塌現象;爆破后,經電鏟開挖掉所有礦巖后,預裂孔半孔率達到 89.5%,335水平邊坡保護完好,只是邊坡坡面上有少許傘巖,經處理后邊坡坡面平整,坡面角度為 69.2～70.4°,爆破效果良好。

通過以上爆破實踐,德興銅礦在臨近固定邊坡的區域的爆破主要采用了以下措施對邊坡進行保護:

(1)在實施主炮孔爆破前,沿露天礦境界線實施預裂爆破,提前形成預裂面。

(2)在主炮孔爆破時,在主炮孔與固定邊坡之間加打輔助孔和緩沖孔,在主炮孔之后起爆,以減少主炮孔對預裂面的破壞。

(3)在緩沖孔中實施間隔裝藥,以減少緩沖孔對預裂面和邊坡的破壞。

REFERENCES

[1] 黎劍強.爆破工程施工安全技術標準實用手冊[K].安徽:安徽文化音像出版社,2004.

[2] 顧毅成.爆破工程施工與安全[M].北京:冶金工業出版社, 2004.

[3] 楊仕春.工程爆破實用手冊[K].北京:工業出版社,2003.

Design of Blasting Engineering near the Fixed Slope of Large-scale Open-pitM ine

J IN Wen-fa
(Dexing CopperMine of JCC,Dexing,Jiangxi,China 334224)

Take the blasting engineering near the fixed slope ofDexing CopperMine as a case,this article introduces the various methods and parameters selection for the blasting engineering near the fixed slope and sums up the effects of the blasting engineering.

Open-pitMine;Presplit blasting;Subsidiary holes;Shock mitigation holes

book=19,ebook=113

TD854.2

B

1009-3842(2010)02-0019-04

2010-01-04

金文法(1967-),男,江西波陽人,采礦工程師,從事采礦管理工作。Email:jinwenfa@163.com