夾山子白云巖礦礦區邊坡治理預裂爆破專項施工設計

趙可凡

摘 要：本文結合酒泉夾山子白云巖礦露天礦山的實際地質情況，通過分析兩種預裂爆破方法，來控制最終（境界）邊坡的長期穩定，避免發生地質災害，使礦山在設計服務年限內最終境界各臺階邊坡坡面上不產生滑坡、滾石，從而保證礦山正常安全生產。

關鍵詞：露天礦山；邊坡；預裂爆破

中圖分類號： TD235.4 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）32-69-2

1 工程概況

酒泉夾山子白云巖礦露天開采礦山、生產規模為15萬t/a。目前有兩個臺階，按照開采設計，到終了狀態時，將形成達30m高邊坡。目前看，該礦東端幫開始出現裂縫，并逐漸發展為連續滑坡周界，并可見坍塌及滾石。經對東端幫滑坡的監測與專家論證，滑坡區域對礦山安全生產造成極大的危害。

據此，礦山對邊坡區域治理進行了設計。設計主要內容是對東端幫境界進行調整，同時對滑坡區域進行治理。因最終邊坡相對高差較大，受巖體破碎、采場爆破震動、永久固定幫在解凍消融后增加滑移變形的影響，最終境界邊坡有可能發生局部，或大面積垮塌造成次生災害。

2 爆破技術方案

2.1 目前采用的預裂爆破方案

2.1.1 采場爆破參數

礦區采用現有設備潛孔鉆，鉆孔直徑為D=150mm。預裂爆破的孔距為主爆孔的2/3，一般為孔徑的8～12倍，爆破參數如下：

a=2m a為預裂孔孔距cm；

k=3.6 k為不偶合系數；

q線=2400g/m

為了減弱爆孔對固定幫的沖擊，在主爆孔和預裂孔之間加一排緩沖孔，其爆破參數值一般為主爆孔的1/2～2/3，取為a×b=2.5×3.5～3.5×5。

2.1.2 采場爆破技術措施

①為了防止緩沖孔與主爆孔爆破時破壞邊幫巖體，影響邊幫的預穩定性，預裂孔長度必須超前緩沖孔與主爆孔爆破時產生的松動和破裂范圍5～10m。預裂孔連線時最好鋪設一條主爆導爆索線，各孔的導爆索均順連在主爆線上，最后將主爆導爆索線順連在起爆雷管后連入爆破總線。

②為了克服孔底的夾制性，在孔底直接加入10～20kg底藥。預裂孔采用連續柱狀裝藥方法。預裂藥帶裝藥應裝均勻，密度不宜太大。

③用導爆索起爆，各孔的炸藥能夠同時起爆，保證炸藥能量能夠充分均衡作用于每個孔。預裂孔與主爆孔一起爆破時超前50～150毫秒，或超前主爆孔數日單獨爆破。

④為了獲得較整齊的預裂壁面，必須確保鉆孔的精度，孔底的鉆孔在垂直預裂面方向偏差不應超過15～20cm，在沿預裂面的方向沿境界線布孔。軟巖預裂帶裝藥高度較高，硬巖預裂帶裝藥高度較低，填塞一般在1.5～3m，根據經驗填塞時預裂孔上口沖擊小，而且產生的飛石少。

⑤預裂孔裝藥時，各藥卷用導爆索串聯連接。為了保證導爆索不受拉伸的影響，應將預裂藥帶和導爆索捆綁在繩索上緩緩放入孔內，下端要接觸到底部加藥（保證底藥能夠起爆）。

2.1.3 爆破方法

預裂爆破的預裂孔一直采用線裝藥方式，采用線裝藥方式時需要大量吊裝繩索（麻繩）、需根據不耦合系數加工藥卷，裝藥過程中需采用竹竿托住藥卷防止藥卷粘貼在孔壁上，加工藥卷與裝藥過程都費時費力。

礦山采用孔底集中裝藥預裂爆破取得明了顯著效果，在預裂爆破裝藥時，特別要注意孔底夾制作用的影響。為克服夾制作用，在孔底適當增加線裝藥密度，增加藥量。在孔底0.5～1.5m范圍內增加藥量，增加線裝藥密度的3～5倍；在孔底1.5～5m范圍內增加藥量，增加線裝藥密度的2～3倍；堅硬的巖石取大值，松軟的巖石取小值。

集中裝藥不需要加工預裂袋及竹竿省時省力，遇到水孔是裝乳化炸藥即可，不存在炸藥失效問題，能更好地保證西部固定幫預裂爆破效果，保證預留清掃平臺邊坡坡面的完好。

2.2 擬采用的預裂爆破方案（半孔裝藥預裂爆破）

2.2.1 預裂爆破區范圍

預裂爆破鉆鑿炮孔時，潛孔鉆車沿臺階坡面垂直布置，工作面寬度由根底處理寬度（一般為2m）、沿邊距（2～3m）、鉆車長度（4m）、鉆車距邊坡的安全距離（2m）組成。因此、預裂爆破區寬度為上述之和為10m。

因為邊坡處理正常臺階采用φ140mm的孔徑，考慮對保留巖體的破壞范圍與破壞程度。選擇預裂爆破區的孔徑為φ100mm，布置一排預裂孔、兩排緩沖孔及最前一排根底處理孔（主爆孔），形成預裂爆破區，預裂爆破區炮孔平面布置如圖2-1所示。

第一排主爆孔主要作用是對前面φ140mm大孔遺留的根底進行爆破處理，并為第二排輔助孔形成良好的自由面。第二排輔助孔為緩沖孔爆破提供一個與保護對象相反方向的自由面，有利于減少爆破震動對邊坡的危害。

2.2.2 預裂爆破鉆爆參數

2.2.2.1 主爆孔、輔助孔爆破參數

①孔徑：確定預裂爆破孔徑的原則是：在有條件的情況下，盡量取小值，減少炮孔的直徑。依據礦山大孔徑炮孔進行預裂爆破經驗，現有小型潛孔鉆機移動靈活、小孔徑炮孔不耦合裝藥量小，對保護邊界的爆炸破壞小，確定選取炮孔直徑為100mm。

②孔深（H）與超深（h）：孔深H=12～15m；超深h、取最小抵抗線的1/3～1/2。

③底盤抵抗線：清渣爆破時，底盤抵抗線的經驗公式為：

W1=（25～45）D=3m；

④孔距和排距

炮孔布置方式為三角形布孔，其抵抗線小于孔間距。

孔距（a）按下式計算：

a=mW1=4m

式中，m——炮孔密集。m取1.2。

排距（b），在給定的孔徑條件下，每個孔都有一個合理的負擔面積（S）。即：b==3.0m。

⑤ 單孔裝藥量

臺階爆破：Q=q×V=q×a×b×H=80kg

Q——炸藥量（臺階爆破前排孔裝藥量），kg；q——單位炸藥消耗量，取0.56kg/m3；V——爆破巖石體積（臺階爆破前排孔負擔的巖石體積），m3；H——臺階高度。

2.2.2.2 緩沖孔

為了減小主爆孔對固定幫的沖擊，在輔助孔和預裂孔之間加緩沖孔， 緩沖爆破采用多孔分散裝藥，實現了均勻分布能量，減弱了爆破震動源的強度。其爆破參數值一般為主爆孔的1/2～2/3（經驗值），采用φ=100mm的鉆孔時，緩沖孔a=2m，b=2m。

單孔裝藥量Q=q×V=q×a×b×H=27kg

2.2.2.3 預裂孔

合理的鉆孔間距應使相鄰鉆孔炸藥爆炸后產生的應力波互相影響和疊加，以保證沿炮孔中心連線拉開一條平整的裂縫。預裂爆破時預裂縫形成后的作用是：防止主爆區的破裂縫伸向保留區和減小主爆區對保留區的振動影響。

預裂爆破的預裂孔距、小于主爆孔的2/3，一般為孔徑的7～12倍，排距取主爆孔的1/2，取a=1m，b=1.5m。

計算線裝藥密度指每米鉆孔的實際裝藥量，對f=6～14的礦巖，￠=100mm時，預裂爆破參數如下表2-1

爆破參數應根據現場邊坡的破碎程度，結構面發育情況、經試驗確定。

2.2.2.4 施工過程中采取的其他技術措施

為了防止緩沖孔、輔助孔及主爆孔爆破時破壞邊幫巖體，影響邊幫的穩定性和損壞下一次穿孔，預裂孔的布孔界限應超出主體爆破區，宜向主體爆破區兩側各延伸L=5～10m。預裂孔連線時鋪設一條主爆導爆索線，各孔的導爆索均順連在主爆線上，最后將主爆導爆索線順連在起爆雷管后連入爆破總線。

2.2.3 半孔裝藥預裂爆破技術

因孔底集中裝藥對孔底裝藥段的巖體邊坡破壞是很難避免的，礦巖破碎、結構面發育時，不能形成完整的輪廓面。

為了避免沿全孔線裝藥時，加工藥卷與裝藥過程都費時費力的現象，又把炸藥相對分散、不像孔底集中裝藥爆破時，造成孔底巖體的集中破壞。半孔裝藥預裂爆破技術就是在炮孔下半段線裝藥、而上半部不裝藥的預裂爆破方案。這種預裂爆破是把預裂孔內的炸藥集中裝在孔底的下半段，孔底下半部集中線裝藥密度大于全孔預裂爆破線裝藥密度，裝藥量相同，爆破效果等同。為了克服孔底的夾制性，在孔底直接加入2～5kg底藥，實際裝二節φ70mm藥卷，質量3kg。

預裂孔采用連續柱狀裝藥方法，采用定制的直徑為φ32mm，長5m的連續藥卷裝藥，其線裝藥密度為1kg/m。

2.2.4 預裂爆破施工作業

預裂爆破鉆孔質量的好壞取決于：鉆孔機械性能、施工中控制鉆孔角度和工人操作技術水平。

①鉆孔。在預裂和光面爆破中，為了獲得較整齊的預裂壁面，采用不耦合裝藥結構。必須確保鉆孔的精度，孔底的鉆孔在垂直預裂面方向偏差不應超過15～20cm，在沿預裂面的方向沿境界線布孔。

②裝藥、填塞。每個預裂藥包（購買時已加工好的長藥卷）沿全長捆扎一根導爆索，為了保證導爆索不受拉伸的影響，應將預裂藥包和導爆索捆綁在繩索上緩緩放入孔內，每個下端要接觸到底部藥包（保證底藥能夠起爆），如沒有把握可用雷管直接起爆底部藥包。

取相同的孔網參數時半孔集中裝藥量大于等于全孔平均線裝藥量，施工時先把全孔總裝藥量，平均集中裝于炮孔下半部。具體裝藥中用藥卷直徑為φ32mm的2#巖石乳化炸藥、裝入直徑為φ100mm的炮孔中，其不耦合系數為3、滿足設計要求。

軟巖預裂帶裝藥高度較高，硬巖預裂帶裝藥高度較底，填塞一般在1.5～3m，根據經驗填塞時預裂孔上口沖擊小，而且產生的飛石少。

導爆索網路可用于深孔爆破預裂和光面爆破，采用導爆索起爆，各孔的炸藥能夠同時起爆，保證炸藥能量能夠充分均衡作用于每個孔。

③預裂孔爆破。當預裂孔與主爆區炮孔一次起爆時，預裂孔應在主爆孔爆破前引爆，其時間差應不小于75～110ms，或超前主爆孔數日單獨爆破。具體施工中為了很好地形成預裂縫，一次爆破失敗可以重新補孔爆破成縫，確保爆破形成預裂縫的質量，同時減少預裂孔爆破成縫作業過程產生的爆破震動，造成緩沖孔堵塞，建議施工時應在靠近邊坡位置留10m寬的保護區，先完成預裂孔鉆孔爆破，確保形成很好的預裂縫后，再進行緩沖孔后的炮孔施工爆破。

④緩沖孔爆破。緩沖孔位于預裂孔和主爆孔之間，緩沖孔的特點是孔網參數（即孔間距與排間距）略小于主爆孔，且孔底不設超深。孔中采用填塞物介質或空氣間隔的分段裝藥形式。

3 結束語

本文結合夾山子白云巖礦礦區的地質現狀，結合作者的設計施工經驗，詳細闡述了兩種預裂爆破技術的原理和應用情況，希望對工程技術人員的邊坡預裂爆破設計施工起到指導和借鑒的作用。

參 考 文 獻

[1] 翁春林，葉加冕.工程爆破[M].北京：冶金工業出版社，2014：139-141.

[2] 楊小林，劉紅巖，王金星.露天邊坡預裂爆破參數設計[J].焦作工學院學報（自然科學版），2002，21（2）：11-122.