露天爆破中巖根和大塊產(chǎn)生的原因及對策研究

馬三振 代治國 蔡國成 樊濤

摘 要：露天爆破大塊率和根底率是衡量爆破質(zhì)量的2項重要指標(biāo)。但是，因環(huán)境條件、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖性組成、爆破參數(shù)與技術(shù)和施工與管理等因素的影響，往往達不到理想的爆破效果，爆破后難免會產(chǎn)生部分大塊、根底甚至底板大面積抬高等問題。基于此，本文主要探討產(chǎn)生根底及大塊的原因，然后提出針對性的預(yù)防大塊及根底產(chǎn)生的對策。

關(guān)鍵詞：露天爆破；巖根；大塊

中圖分類號：TD235 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）16-0084-03

Causes and Countermeasures of Rock Masses and Blocks in

Open Air Blasting

MA Sanzhen DAI Zhiguo CAI Guocheng FAN Tao

Abstract： The mass rate and base rate of open pit blasting are two important indexes to measure the quality of blasting. However， due to the influence of environmental conditions， geological structure， lithologic composition， blasting parameters and technology， construction and management and other factors， it often fails to reach the ideal blasting effect. After blasting， it is unavoidable to raise a large area of large areas， roots and even the bottom floor. Based on this， this paper mainly discussed the causes and the reasons for the big blocks， and then put forward the corresponding countermeasures to prevent the bulk and the roots.

Keywords： an open-air blasting；rock roots； large blocks

穿孔爆破是露天采場生產(chǎn)的第一道工序。爆破的目的是為采場后期鏟裝、運輸和破碎等工藝環(huán)節(jié)提供最佳的爆堆尺寸和塊度，直接影響礦山生產(chǎn)及技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的完成。評價爆破質(zhì)量的2項重要指標(biāo)是大塊率和根底率。然而，由于環(huán)境條件、巖性變化、地質(zhì)構(gòu)造、爆破技術(shù)、爆破參數(shù)和施工與管理等客觀因素的存在，爆破質(zhì)量無法達到預(yù)期設(shè)想的效果，爆破后會產(chǎn)生部分大塊、根底甚至底板抬高（二層臺）等問題，對后期鏟裝作業(yè)帶來影響，導(dǎo)致現(xiàn)場采裝設(shè)備的磨損[1，2]。某露天金屬礦山采用中深孔臺階式爆破開采，每一臺階高度為10m，穿孔設(shè)備使用的是CS165E潛孔鉆機。炮孔裝藥方式為底部連續(xù)柱狀裝藥，上部采用巖粉進行炮孔充填。經(jīng)過長期爆破施工發(fā)現(xiàn)，特殊地質(zhì)環(huán)境條件下爆破后出現(xiàn)大塊和巖根的可能性很大，通過調(diào)整爆破設(shè)計參數(shù)和施工組織方式可以減少大塊和巖根但不能避免[3-5]。因此，探索預(yù)防大塊及根底產(chǎn)生的對策顯得尤為迫切。

1 爆破過程中產(chǎn)生根底及大塊的現(xiàn)狀

在實際生產(chǎn)中，因地質(zhì)構(gòu)造、巖性變化、環(huán)境條件、爆破參數(shù)與技術(shù)和施工與管理等因素的影響，爆破質(zhì)量無法達到預(yù)期效果，爆破后會不可避免地產(chǎn)生大塊、根底甚至底板抬高（二層臺）等問題，給下一次施工帶來不便，影響鏟裝作業(yè)，導(dǎo)致設(shè)備磨損。某露天金屬礦山采用中深孔臺階式爆破開采，每一臺階高度為10m，穿孔設(shè)備使用的是CS165E潛孔鉆機。炮孔裝藥方式為底部連續(xù)柱狀裝藥，上部采用巖粉進行炮孔充填。長期的爆破施工發(fā)現(xiàn)，特殊地質(zhì)環(huán)境條件下爆破后出現(xiàn)大塊和巖根（見圖1）的可能性較大，通過調(diào)整爆破設(shè)計參數(shù)和施工組織方式可以減少但不能避免。目前，巖根孔裝藥填塞方式采用和主爆區(qū)一樣的方法，但主爆區(qū)炮孔為垂直孔、深度大，巖根孔多為傾斜孔布置且深度較淺。采用同樣的方式進行裝藥與填塞，不僅浪費人力，且效率低、裝填效果差。因此，探索預(yù)防大塊及根底產(chǎn)生的對策顯得尤為迫切。

2 產(chǎn)生根底及大塊的原因

2.1 巖石可爆性差

巖石可爆性指巖石抵抗炸藥爆破破碎的難易程度的性能。其是巖石物理力學(xué)性質(zhì)和地質(zhì)結(jié)構(gòu)對炸藥、爆破參數(shù)和工藝等因素在爆破過程中的綜合表現(xiàn)，影響后續(xù)的爆破效果。影響巖石爆破性的內(nèi)在因素是巖石本身的物理力學(xué)性質(zhì)，外在因素是炸藥性質(zhì)、爆破工藝等。前者取決于巖石的地質(zhì)生成條件、礦物成分、結(jié)構(gòu)和后期的地質(zhì)構(gòu)造，表現(xiàn)為巖石密度、孔隙性、碎脹性、彈性、塑性、脆性和巖石強度等物理力學(xué)性質(zhì)；后者則取決于炸藥類型、藥包形式和重量、裝藥結(jié)構(gòu)、起爆方式和間隔時間、最小抵抗線與自由面的大小、數(shù)量、方向及自由面與藥包的相對位置等。巖石本身的物理力學(xué)性質(zhì)是最主要的影響因素。炸藥爆炸對巖石的爆破作用主要有兩個方面：一是克服巖石顆粒之間的內(nèi)聚力，使巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)破裂，產(chǎn)生新鮮斷裂面；二是使巖石原生的、次生的裂隙擴張而破壞。前者取決于巖石本身的堅固程度；后者則受巖石裂隙性所控制。因此，巖石的堅固性和巖石的裂隙性是影響巖石爆破性最根本的影響因素。

2.2 局部巖石存在差異

同一區(qū)域分布2種以上礦巖，礦巖交互出現(xiàn)，可爆性存在差異，但孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計未根據(jù)巖石差異變化，造成可爆性差的區(qū)域炮孔裝藥不足，使得抵抗線不均勻，爆破作用方向發(fā)生變化，爆破后對巖石的爆破作用不夠，從而留下大塊及根底。

2.3 孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計不當(dāng)

露天采場臺階的坡面一般是凹凸不平的。根底的產(chǎn)生取決于底盤抵抗線Wd，礦巖破碎程度取決于平均抵抗線Wa，爆破安全性取決于最小抵抗線Wm。進行爆破設(shè)計時，前排孔設(shè)計要遵循Wd、Wm和Wa三個指標(biāo)相對均衡的原則。進行后排孔設(shè)計時，要注意孔網(wǎng)參數(shù)不能過大或過小，保證孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計的合理性。

2.4 裝藥結(jié)構(gòu)不合理

炮孔裝藥高度小是臺階上部產(chǎn)生大塊的主要原因。實踐發(fā)現(xiàn)，炮孔采用連續(xù)柱狀裝藥結(jié)構(gòu)，斜孔爆破效果優(yōu)于直孔爆破。因此，可以調(diào)整炮孔裝藥結(jié)構(gòu)，使炮孔分上下兩段進行藥柱裝填，中間采用空氣或惰性物質(zhì)進行間隔處理，在保持炸藥單耗不發(fā)生改變的情況下，提高裝藥高度，增大上部爆炸能量，達到減少大塊產(chǎn)生的目的。

2.5 炮孔成孔差

穿孔質(zhì)量不能達到設(shè)計要求，個別炮孔孔位有偏差，導(dǎo)致孔網(wǎng)參數(shù)不均衡。此外，爆區(qū)炮孔超深變化大，導(dǎo)致爆破效果差。炮孔成孔后，孔口防護措施不到位，由于外界作用導(dǎo)致孔口巖渣掉落至孔內(nèi)及孔壁發(fā)生塌落使炮孔深度減小，導(dǎo)致炮孔抵抗線發(fā)生變化，使得爆破后巖體破碎不均衡，產(chǎn)生大塊和根底。

2.6 其他原因

2.6.1 巖體中裂隙發(fā)育程度及巖層間節(jié)理方向的影響。露天爆破由于受上部臺階超鉆作用、前部臺階爆破后沖及鄰近爆破的震動作用，爆破后的巖體大部分為塊狀結(jié)構(gòu)，因此，爆破后產(chǎn)生的巖體一般是沿著原來的裂隙和節(jié)理發(fā)生破碎的，臺階上部巖體這種現(xiàn)象最為明顯。研究表明，帶有新鮮破裂面的大塊僅占大塊總數(shù)的3%～5%。當(dāng)臺階坡面與巖層走向為斜交或是垂直時，巖層裂隙對爆破后大塊、根底產(chǎn)生的影響更明顯。

2.6.2 地質(zhì)斷層的影響。斷層是普遍存在的。斷層的存在，第一，使單孔負擔(dān)面積發(fā)生變化，改變了抵抗線的大小；第二，對裝藥孔而言，其能起到泄能的作用，從而導(dǎo)致巖體破碎不理想，電鏟挖掘困難，易于形成擋墻、根底等問題。

3 預(yù)防大塊及根底產(chǎn)生的對策

3.1 采用大孔距、小抵抗線的爆破方法

采用大孔距、小抵抗線的方法對降低大塊及根底具有顯著的效果，其原理主要表現(xiàn)在3方面。第一，大孔距、小抵抗線的爆破方式能使爆破產(chǎn)生的反射拉力作用大大增強，對巖石破碎程度與裂隙網(wǎng)絡(luò)形成具有重要作用。第二，大孔距、小抵抗線的爆破方法能使爆炸氣體的推力作用大大增強，爆炸產(chǎn)生的爆炸氣體在向裂隙延伸的過程中，抵抗線越小，氣體膨脹能就越小，作用于巖石破碎的爆炸能就越大，爆破大塊率就越小。第三，炸藥在炮孔中爆炸產(chǎn)生的爆炸能使巖石以炮孔為中心，形成放射狀裂隙。當(dāng)處于大孔距小抵抗線狀態(tài)下時，爆炸產(chǎn)生的反射能量增強，有利于長裂隙的形成與發(fā)展，同時較大的孔距減弱了應(yīng)力釋放，徑向裂隙得到充分發(fā)育。

3.2 采用微差爆破

在露天爆破中，采用微差爆破可以形成新的自由面，應(yīng)力波疊加可以增強巖石的破碎作用。爆破自由面越多，爆破的效果越好，爆破大塊率就越小。前一排炮孔爆破時，爆炸能將巖石推向開挖方向，從而為之后的排炮孔形成新的自由面，減輕爆破阻力，以此類推，形成良好的爆破效果。

3.3 選擇合理的炸藥單耗和裝藥結(jié)構(gòu)

炸藥單耗是控制爆破效果的重要參數(shù)，當(dāng)炸藥單耗較小時，爆炸能量較小，對巖石的破碎作用較小，容易形成爆破后塊度大、留根底的現(xiàn)象；當(dāng)炸藥單耗較大時，產(chǎn)生的爆炸能量較大，作用范圍也大，容易造成飛石等危險。裝藥結(jié)構(gòu)可采用間隔裝藥結(jié)構(gòu)，把炸藥分成數(shù)段進行裝填，使炸藥的爆炸能量均勻地作用于巖石中。

現(xiàn)場施工時，巖根及大塊的產(chǎn)生不僅會影響后續(xù)鏟裝效率，而且會給下次臺階爆破帶來影響。所以，要做好地質(zhì)勘探工作，根據(jù)不同區(qū)域巖石特性進行爆破設(shè)計，減少爆破后根底的產(chǎn)生，從而達到最優(yōu)的爆破效果。

參考文獻：

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