光面爆破在三道莊鉬礦的應用

劉 亮,王洛鋒,柳海峰,張承濤,楊獻厚

(洛陽欒川鉬業集團股份有限公司礦山公司, 河南洛陽市 471542)

光面爆破在三道莊鉬礦的應用

劉 亮,王洛鋒,柳海峰,張承濤,楊獻厚

(洛陽欒川鉬業集團股份有限公司礦山公司, 河南洛陽市 471542)

隨著開采的不斷深入,三道莊露天礦多個臺階臨近最終邊坡,為了保證邊坡穩定性,迫切需要尋找 1種適合該礦山巖性的控制爆破方式。針對邊坡所處巖性,依據多次并段控制爆破試驗結果,最終選擇采用光面爆破。實踐證明,在巖性與巖體結構穩定的情況下,光面爆破優于預裂爆破,爆后巖面穩定,平整度較高。

光面爆破;預裂爆破;邊坡穩定;孔網參數;起爆網絡

1 礦山開采技術條件

三道莊鉬礦是從事露天開采的現代化大型礦山企業,日采礦能力 3萬 t,開采標高 1114～1630.8 m。生產臺階高度 12 m,并段高度 24 m,最終臺階邊坡角 75°。礦體主要賦存于矽卡巖中,巖石為大理巖、硅輝石角巖、石英巖、變細晶正長巖,f=8～14。1426水平以上邊坡風化剝蝕較為嚴重,礦區內地質構造復雜,個別地方節理層理較發育,并有 20多條破碎帶經過。

公司開采規模從 1999年的 5000 t/d擴展到2006年的 30000 t/d,隨著開采規模不斷擴大,臺階下降速度也隨之加快。2008年后,一些臺階臨近設計最終境界,采用一般的爆破方法會使邊幫圍巖受到不同程度的破壞,造成超挖或使圍巖強度和穩定性降低,為以后深部開采帶來安全隱患。而控制爆破能比較有效的控制爆破地震危害的范圍,明顯地降低爆破對邊坡圍巖的破壞程度及危害范圍,確保邊坡的穩定和施工安全。至 2011年 5月,該礦共實施 20余次控制爆破,但缺少總結,且總體效果不好。隨著剝離的不斷深入,邊坡處理在爆破作業中占的比重越來越大,為了保證控制爆破的施工質量,2010年 9月公司成立控制爆破小組,全程記錄總結了多次邊坡控制爆破工程,取得了較好的效果,規范了設計及施工步驟并總結出 1套經驗數據,對以后的邊坡處理提供了較好依據。

2 控制爆破方案選擇

礦山現有境界可分為上部臺階的巖石部位和下部臺階的低品位礦石部位。巖石部位多為層理和節理發育、巖體較破碎的分化半風化石英角巖;礦石部位多為硬度較大完整性較好的無礦化部位。

光面爆破和預裂爆破都是利用爆炸應力波的導向作用及爆生氣體的擴縫作用使爆破裂隙沿設計的開挖邊界形成平整輪廓面的控制爆破方法,都能使開挖面光滑平整,減少預留巖體的破壞程度。其主要差別為光面爆破主爆孔先于光面孔起爆,有 2個自由面,藥量計算依據巖石物理力學性質決定的單耗及孔的作用體積確定;而預裂爆破主爆孔在預裂炮孔之后起爆,僅有 1個自由面,藥量依據巖性決定的線裝藥密度確定。

根據各地段地質巖性情況,精心設計并實施控制爆破試驗 8次,包括 4次光面爆破,4次預裂爆破,達到預期效果 6處,獲得有效數據 1000多個,經分析得到具體指標見表1。

表1 2種控制爆破方法結果對比

由表1可以看出,光面爆破與預裂爆破相比,坡面較完整,半孔殘留率較高,且基本不存在根底、硬墻,優勢較為明顯。采用光面爆破技術,成縫和楔脹有補償空間,因光面爆破是清渣爆破,前方有自由面,相鄰孔間有空孔效應,使炮孔連線方向首先形成裂縫并接著被貫入的爆炸氣體楔脹。另外,由于光面爆破在邊坡上下都有補償空間,所以不會產生根底,且爆炸氣體能量主要用來形成裂縫和向前推進爆堆,對后方邊坡的破壞也減小,所以巖性和巖體結構穩定時的控制爆破應采用光面爆破。

3 光面爆破實例

3.1 爆區簡介

本次爆破位于 1306臺階中東部,爆區面積 820 m2,地層主要為變細晶正長巖,無明顯破碎帶揭露,區域內巖層節理和層理不發育,巖層不破碎,東部局部裂隙發育,西部近鄰滑落區。

3.2 孔網參數

考慮到單排前排抵抗線較大、多排后沖不容易控制,爆區布設緩沖孔和光爆孔各一排,見圖1。

圖1 光面孔剖面

根據礦山實際,選用孔徑 D=140 mm的鉆機。最小抵抗線w=(15～25)D=2.5 m。孔距 a=(0.6～0.8)w=1.5 m。為減少緩沖孔對光面孔的影響,所有孔角度為 75°。

此次爆破共施工光面孔 78個,緩沖孔 33個,成孔率為 100%,合格率為 98.2%。

3.3 裝藥量計算

根據地形特點,剖取典型孔剖面,根據剖面計算特征孔單孔藥量,附近孔藥量依據特征孔確定。單孔裝藥量依據體積公式:

其中,q為炸藥單耗,q=0.15～0.25 kg/m3,硬巖取大值,軟巖取小值。這里取 q=0.2 kg/m3。

3.4 裝藥結構與充填

光面孔采用不耦合裝藥,導爆索綁藥卷形式,如圖2所示,采用 32 mm藥卷雙捆形式,不耦合系數k=2.2。為克服炮孔底部的阻力,在底部 1～2 m的區段,單耗是正常的 2～4倍,而在接近孔口的區段,線裝藥密度是正常的 1/2～1/3。緩沖孔藥量采用間隔裝藥形式,考慮到底部抵抗線大,藥量自下而上裝藥比例為 2∶1∶1,如圖3所示。充填前,先用木棍將編織袋塞在設計充填高度上,再密實充填。

圖2 光面孔裝藥結構

圖3 緩沖孔裝藥結構

3.5 起爆網絡

采用澳瑞凱非電毫秒延期雷管加導爆索復式閉合起爆網絡起爆,緩沖孔及光面孔采用逐排起爆網絡。緩沖孔及光面孔孔間采用導爆索連接,時間間隔 130 ms,排與排之間采用澳瑞凱地表管和 400 ms地下導爆管傳爆。為確保光面孔爆破質量,光面孔除導爆索正常傳爆外,每個孔內增加一發 400 ms地下管引爆。

3.6 爆破效果評價

經過鏟裝后,經過仔細核對,準爆率 100%,共有殘留半孔 72個,半孔殘留率 92.3%,超過目前光面爆破評價質量標準。邊坡圍巖穩定,沒有產生圍巖破壞現象,孔壁沒有產生爆破裂紋。西北部光面孔做到了平整、光滑、美觀效果,且沒有產生根底。東南部雖整體效果可以,但是由于穿孔質量不高,存在光面孔前后錯位 20 cm以上及左右幾乎相交的情況,邊界輪廓面不是很清晰,個別地方還出現了根底,增加了處理費用。

4 結 論

(1)在巖性和巖體結構穩定的邊坡爆破中,光面爆破優于預裂爆破,成型較規整,巖面穩定可靠,超、欠挖量少,施工安全。

(2)控制爆破中,穿孔質量對爆破效果的影響很大,須切實把好穿孔質量關,采取措施減少開口誤差、對中誤差、軌跡誤差帶來的影響,做到“準、平、直、齊 ”。

(3)在巖體結構較破碎的地方,可以采用小藥量的預裂爆破再刷幫形成輪廓面或在兩光面孔間加不裝藥的導向孔來解決。

(4)光面爆破一次爆破的排數在 2～4排效果最好,爆破網絡盡量采用雙保險閉合回路。

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2011-05-14)

劉 亮(1983-),男,山東泰安人,助理工程師,現從事礦山爆破工作,Email:yangqiang513@126.com。