控制性爆破在露天礦規格石料開采中的應用

【摘要】本文以浙江省溫州市大型礦山石料開采工程的實施為例，介紹了在石料開采過程中，通過設計、優化爆破技術參數、改變裝藥結構等方法提高爆堆中多種規格石料含量的方法，同時介紹了在施工控制過程中需著重控制的幾個要點，以供同類工程參考和借鑒。

【關鍵詞】露天礦；規格石料；爆破；開采

1、概況

本爆破工程位于洞頭縣城區北西方向霓嶼鄉，礦山平面形狀為多邊形，開采區域面積為1.04 km2，頂部高程為283.6m，底部設計開采高程為+10m，礦區石料儲量為9242.2萬m3。屬于工程建設性礦山，施工內容包括強風化石料剝離、石料開采、土石方外運等。合同石方供應量為8275萬噸，強風化石料剝離工程量為208萬噸。供應石料種類主要包括：拋石料、多規格大塊石、石渣、級配碎石。

2、重點和難點

本工程為工程建設性礦山，石料開采全部用于海堤施工標段堤身及內外側防護，施工過程中主要存在以下幾個重點和難點：

2.1 礦山周邊作業環境復雜。

礦區周邊情況復雜，分布有七個村莊，人口集中，房屋建筑林立；作業區北側分布有廢棄軍事設施和縣級文物保護點“靈潭摩崖石刻”；南側140米處有從東向西走向的35KV高壓輸電線路、10KV農用線路及電信、通訊線路等；礦區界6點以東170m有一座教堂。爆破作業區周邊環境復雜，爆破作業質量要求高。

2.2 礦山地質條件復雜。

礦山巖性為灰色流紋質晶屑凝灰巖。表層巖石中原來部分結構已破壞，其中長石礦物成分已明顯變化，節理、裂隙較發育，呈碎裂鑲嵌結構。從已形成的邊坡面觀察礦體內部斷裂、褶皺構造發育明顯，礦體形態復雜，礦體空間形態呈不規則楔形。

2.3 工程量大，強度高，石料需求種類集中。

本工程合同開采總量為8275萬噸，高峰期石料供應強度達到10萬噸/日，月高峰強度達到235萬噸。石料供應過程中，前期以拋石料（混合料）為主，后期供應石料以塊石為主，石料供應種類及強度分布不均勻，其中規格塊石供應需求多集中于每年4～6月份（臺風期來臨之前）以及防波堤施工后期防護階段。規格塊石供高峰期達到單日石料供應總量的40%。因此，如何按計劃實現石料供應強度，保證工程安全度汛、實現節點目標是本工程的重點。

3、規格石料開采總體策劃

礦山作業區周邊情況、地質條件復雜，要求在開采過程中要密切關注爆破振動、飛石對周邊建筑物、文物的危害，降低爆破作業對周邊村民正常生活的影響，在礦山開采初期進行爆破漏斗試驗，結合爆破點至計算保護對象間的地形、地質條件測算出爆破施工安全校核有關的系數k和衰減指數α值，作為爆破參數設計安全校核的基準參數。通過控制單段最大起爆藥量控制爆破振動對周邊建筑物的影響，結合礦區以往爆破作業效果項目部擬采用以下手段解決規格石料開采難題：

（1）爆破施工中采用崩塌爆破技術，破壞巖體底部支撐，依靠上部巖體重力作用和炸藥釋放能量形成的裂隙分割、破碎巖體。同時適當加大堵塞長度，改變單孔裝藥高度降低超大塊石料含量。

（2）采用全孔不均勻不耦合裝藥結構。爆破設計時，孔內裝藥采用下部裝藥密度大，上部裝藥密度小，孔口采用石屑堵塞密實，上部是控制規格石料開采含量的重點。

（3）合理設計起爆網絡。在起爆網絡設計中，采用排間依次起爆，單排鄰近的2～3個爆破孔同時起爆，目的是引導爆炸能量形成平行推力，致使開裂后的巖體整體向前傾倒，減少破裂后巖塊之間的相互碰撞。

（4）關注爆破設計中第一排炮孔抵抗線的選擇，在條件允許時，適當減少第一排炮孔的抵抗線，方便爆破能量可以及時釋放，減弱爆破能量對炮孔后部巖體的作用，同時為后排炮孔創造良好的爆破臨空面，降低擠壓爆破效果，從而降低料堆中規格石料的含量。

4、施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

石料開采工藝可按：作業區浮碴清理→臺階及施工道路布置→爆破參數設計→測量放樣及布孔→鉆孔→清孔及炮孔驗收→爆破器材檢查→裝填炸藥、雷管并堵塞炮孔→爆破網絡連接→人員、設備清場及爆破警戒→起爆→爆后檢查→解除警戒→清除爆堆危石→石碴清運→開挖基礎面檢查及總結。

4.2 重點工藝的操作要點

（1）臺階及施工道路布置

開采區臺階高度與永久邊坡高度相同均為15m。施工道路布置包括鉆孔設備、炸藥運輸車輛以及爆堆出渣道路。礦山開采采用自上而下的開采方式，頂部開采平臺通過修筑簡易支線道路滿足鉆孔設備、炸藥運輸以及爆破人員使用需求，道路寬度6m～8m，縱坡比控制在8%以內。常態開采作業面均由開采平臺與主線道路連通，可以滿足現場石料運輸、炸藥運輸以及鉆孔設備使用需求。

（2）爆破參數設計

爆破參數設計是規格石料開采中的關鍵工序，爆破參數設計須結合外露巖體發育程度、巖石堅固系數、爆破作業周邊環境等各項指標和以往爆破參數作業效果進行設計。

爆破參數設計中采用了全孔分段不耦合裝藥技術，即采用在炮孔內上部不耦合系數大、下部不耦系數小的全孔不耦合裝藥結構。本工程爆破孔徑以110mm為主，設計中下部按加強拋擲爆破設計，孔內藥卷直徑為φ90，不耦合系數為1.27；上部按松動爆破設計，孔內藥卷直徑為φ70，不耦合系數為1.64，具體裝藥結構見圖1《全孔分段不耦合裝藥結構圖》，按此結構裝藥時，孔內上部裝藥線密度僅為下部線裝藥密度的77%。

根據各個爆破區域的巖石性質采用不同的孔網參數，每個爆區的孔網參數依據前炮的爆破效果不斷調整、優化。料場露天臺階爆破孔徑以φ115mm為主，根據孔徑、孔深不同，孔網參數有以下幾種：5m×3.5m、5m×4m、5.5m×3.5m、5.5m×3.8m。局部巖石性質有變化，孔網參數作相應調整。孔底超深按1m進行控制。

為了檢驗全孔分段不耦合裝藥爆破設計參數的爆破效果，在不同的爆破區塊對耦合裝藥、全孔分段不耦合裝藥進行了多次現場工藝參數效果對比試驗，試驗參數統計見表一《爆破工藝參數設計成果統計表》。

（3）鉆孔、炮孔驗收

料場規格石料開采孔位按長方形布置，孔徑為115mm，孔傾斜度為85°。鉆孔作業按由遠及近、由內至外的順序進行，成孔后的炮孔應及時堵塞加蓋予以保護，避免鉆機移位時，石渣掉入炮孔內。鉆孔設備采用阿特拉斯Atlas-T45進行施工，鉆孔過程中安排專人配合清理鉆孔周邊0.5m范圍內的浮碴，防止小塊石落入堵塞炮孔。

炮孔檢查在裝藥前進行，驗收的內容包括：孔位、孔徑、孔深、孔傾斜率和總孔數。裝藥前須逐一檢查炮孔參數是否符合設計要求，對檢查過程中發現的孔位、孔深偏差大于±0.2m的現場要求重新鉆孔?？變A斜率誤差超過2%的孔位作報廢處理，重新鉆孔。對孔內的積水、積碴可以用高風壓進行吹孔。

（4）起爆網絡設計、連接

起爆網絡采用非電毫秒導爆管，通過四通器連接而形成起爆網絡，孔位微差間隔時間取25ms～75ms之間，采用孔內、孔外延時復式起爆網路。在起爆網絡設計中，采用排間依次起爆，單排鄰近的2～3個爆破孔同時起爆。另外，起爆網絡設計時，MS1～MS7段雷管以跳段方式使用，避免相鄰段別的雷管，間隔時間短或雷管生產誤差，造成同時起爆，降低了孔間延時起爆減弱爆破振動的效果。后排雷管比前排雷管延遲100～150ms起爆，通常采用MS5段雷管延時。

起爆網絡所使用的爆破器材必須與設計一致，確保雷管的起爆時間與設計相符。起爆網絡連接后，檢查節點是否牢固，能否傳遞爆轟波。雷管的聚能穴方向應與傳爆方向相反，同時導爆管應均勻分布于雷管周邊，并用膠布緊密包扎。

（5）開挖基礎面檢查及總結

起爆后經爆破員檢查確認無盲炮、危石等危險因素后，發出解除警報，項目部及時組織挖掘和運輸等設備進行出碴作業。出碴過程中對爆堆塊石分類統計出重量，分析各類規格石料所占比例。同時，對爆堆基礎面進行檢查，是否存在巖坎、孤島等巖體，分析爆破設計參數的合理性，為后續相同區域爆破參數設計提供指導性意見。

5、爆破效果分析

從試驗結果來看，采用耦合裝藥、全孔分段不耦合裝藥結構施工，基礎面均未產生巖坎、孤島等影響后續開采的現象。相對于耦合裝藥結構，全孔分段不耦合裝藥結構有效提高了爆堆中規格石料的含量，爆堆中800kg的規格石料集中在料堆表層，同時超大塊石含量略有增加，細粉石料集中在料集下部。爆堆清理后臨空面上部巖體裂縫稀疏，存有少量孤石，下部巖面裂縫密集，巖面呈現粉碎狀。從巖壁破損情況看出，全孔分段不耦合裝藥結構巖體下部受爆炸沖擊波最大，上部對巖體損傷較小，粉碎巖體主要集中在下部。采用全孔分段不耦合裝藥結構，大大減小了炮孔周邊粉碎圈半徑，增加了爆生氣體的利用率，改善了爆破效果。從經濟成本方面分析，采用分段不耦合裝藥結構一定程度上降低了每立方石料開采中炸藥的使用量，但同時也增加了超大塊石的含量，增加了二次破碎機械臺班的投入。

6、結束語

本文結合凝灰巖礦山石料開采施工過程和成果，總結、歸納出提高規格石料開采的方法和施工注意事項，為今后同類巖石性質礦山開采積累了寶貴經驗。

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