預裂爆破技術在最終邊坡陡幫臺階中的應用

張坤 鄒虎誠

摘 ? 要：在深凹陡幫采剝工藝的露天礦高臺價爆破開采工作當中，經常會運用深孔爆破的方式來進行操作，在爆破完成之后很容易產生后拉裂縫及邊坡不平整等相關問題，并且由于安全平臺的存在，很難通過人工的方式進行處理和修護，對深部作業人員以及相關機械設備都形成了較大的安全隱患，同時也無法準確控制露天采場最終境界的位置。基于此，本文重點針對預裂爆破技術在露天最終邊坡陡幫臺階當中的具體應用展開了分析和研究。

關鍵詞：高臺階 ?預裂爆破 ?安全開采 ?最終境界

中圖分類號：TD164 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）10（b）-0012-02

由于受礦體賦存空間的限制，部分深凹露天礦最終邊坡提前揭露，為確保露天三級礦量保有期合理、均衡，部分露天采坑內運輸坑線也緊鄰最終邊坡設計布置。隨著露天采剝工作深度的不斷延深，在整個工作和服務周期內，高陡邊坡將慢慢受露天采坑的不斷擴展進而會出現已揭露的最終邊坡不穩定因素逐步增加。故此，如何保證整個露天安全開采工作的正常穩定進行，對邊坡防治工作的管理就屬于一項長期性的工作類型。做到使整個邊坡的表面光滑和平整，可有效降低臨時條件所產生的破壞性問題，同時還降低了爆破震動所產生的寬度以及深度大小的影響，對提高整個邊坡的安全性和穩定性有著重要的保障。

1 ?工程概況

本文主要針對我國某地區一處有色金屬礦床進行了分析和研究。該礦組成邊坡的巖性主要有矽卡巖、花崗巖和大理巖等，巖石強度高，巖石質量好，巖體穩固性好，地層總體北傾，產狀10°-20°<20°-50°。礦床賦存于二長花崗巖與碳酸鹽巖接觸的矽卡巖中。探明的主礦體有兩支;礦體產狀1°～22°之間。傾向與地層基本接近，為北東傾。礦體上盤受斷裂帶控制，同時上盤圍巖蝕變嚴重，其余區域無大斷裂直接穿過，圍巖及礦體裂隙均不發育。該礦山對資源的回采利用分為兩期，第一期對近地表礦脈設計采用露天陡幫采剝工藝，第二期對埋藏相對深的設計采用地下開采方式。其中第一期根據礦體圍巖相對穩固，本著減少剝采比，設計采用了陡幫剝離工藝。該礦區露天運輸坑線設計為螺旋坑線布置方式，臺階坡面角65°～70°。在對硬度較大圍巖剝離爆破作業時，設計炸藥單耗較高（0.75m3/m3），造成臺階邊坡不平整，浮石多;在近礦體區域因蝕變嚴重，穩固性差，爆破時炸藥控制不好，也對臺階邊坡穩定性產生影響。為此，該礦在爆破工作中選擇采用預裂爆破技術控制最終邊坡的表面光滑和平整中的應用取得了明顯的效果，有效地提高了整個邊坡的安全性和穩定性[1]。

2 ?控爆方案選擇

預裂爆破：在進行土石方開挖時，在主爆區爆破之前沿設計輪廓先預先爆出一條具有一定寬度的貫穿裂縫。用以緩沖、反射爆破的振動波，控制爆破對保留巖體的破壞影響，使之獲得較平整的開挖輪廓;

光面爆破：通過正確地選擇爆破參數和合理的施工方法，分區分段微差爆破，達到爆破后輪廓線符合設計要求，臨空面平整規則的一種控制爆破技術。

（1）該凹陷露天礦床最高開采深度超過170m，臺階高度12m（并段區域24m），安全平臺寬度3m，清掃平臺寬度8m，剝離作業時使用陡幫工藝操作。在兩種方案當中都選擇的是不耦合裝藥結構，為了有效保證爆破質量，事先進行不耦合裝藥長度測試，通過實驗分析認為不符合裝藥長度不能超過24m，同時過深的裝藥方式很難對整個爆破效果起到良好的保障。因此，并段臺階區域，采用先對上部12m臺階進行預裂爆破施工，在形成預裂半孔壁面后，再對靠近臺階坡底線處進行第二次12m的預裂炮孔進行鉆孔、爆破施工，從而形成24m的并段臺階。如果直接采用24m預裂深孔爆破，會直接造成屏蔽內部的峰值壓力過大，對孔壁的穩定性產生嚴重的影響，進而達不到爆破的最終效果[2]。

（2）由定義而言，預裂一般用于露天爆破，光爆一般用于巷道爆破。且光爆孔秉承多打孔、少裝藥原則爆破，孔徑較預裂爆破要小，一般為50mm。預裂爆破會在開挖線貫穿一條爆破裂縫，已達到緩沖、反射作用，炮孔直徑可在50～200mm之間選擇，本露天采場屬于深孔，所以在炮孔直徑選擇上宜采用孔徑較大的炮孔。

綜上，考慮本露天采場巖石硬度較大、炮孔較深。宜采用大孔徑預裂爆破。

3 ?預裂爆破原理

預裂爆破孔只是保證巖石會沿著預定的軌跡來進行滑落，主要破碎過程來自前排的緩沖孔、主爆孔。控制緩沖孔、主爆孔在爆破時不會對設計開挖輪廓造成破壞，才是預裂孔最主要的作用。在爆破過程當中的主要原理是在炸藥的爆炸瞬間形成較大的沖擊力作用，同時在炮口內部會形成相應的初始裂紋，在高溫高壓以及強大的爆炸性氣體的沖擊作用下，炮孔的內部連心線會形成一種貫通性縫隙，以降低炸藥在爆炸過程當中所產生的沖擊力大小，讓炮孔的周圍不會產生相應的壓碎區域，使得爆破沖擊過程中，巖石會沿著一定的軌跡直接滑落到巖石底部，有效防止了落石對周圍掩體條件產生不良的破壞作用。

3.1 布孔方式、起爆時差與鉆孔形式

爆破區的炮孔分布分為主爆孔、緩沖孔、預裂孔三種形式（見圖1），主爆孔可依照三角形的設置結構來進行滾動設定，預裂孔在整個輪廓線上符合相關的規定要求，然后在前排的緩沖孔、主爆孔當中參數來進行有效的調整，聯網方式以預裂孔先于緩沖孔100ms左右（針對本露天采場巖石硬度得出的經驗值）起爆為原則進行實際聯網;也可以按成排的梅花形炮孔設計結構布設，起爆時差在毫秒管不同段位內選用，起爆時差原則上不是倍數關系，以防后響段位因共振造成提前起爆。

為確保爆破后臺階坡面角達到設計要求的65～70°，對并段臺階區域，炮孔設計傾角不小于70°，因為經過實驗分析得出，在炮孔深度超12～24m這種形式下，炮洞的成孔效率相對較低，同時鉆桿也很容易受小斷裂或不同巖性層位影響產生扭斷等不良問題。

3.2 孔網參數選取

主爆孔的孔網參數設定為4×6m，依照地形的不同來做出適當的調整。預裂孔與緩沖孔抵抗線應為主爆孔排距的一半左右（取2.5m），預裂孔孔距為炮孔直徑的8～12倍（取1.2m），穿孔設備選用KT-15潛孔鉆機進行鉆孔，成孔直徑大小為120mm，炮孔角度為70°。

為實現爆孔所預留下的半孔痕跡明顯，爆區后坡面表面比較平整，該礦山先期對光爆孔采用間隔裝方式，用80mm直徑的乳化藥，在12m臺階高度試驗，先裝4m深的炸藥，充填3m深巖粉，再將3m深的炸藥，充填3m深巖粉，裝藥耦合系數52.89%，裝藥密度值達到1.62kg/m，爆破后效果不是太好，炮孔所沒預留下半孔痕跡，坡面也不平整，主要原因是預裂孔藥量過大，降震效果不明顯;后期采用不耦合不連續裝藥方式，用32mm直徑的乳化藥，在12m臺階高度試驗，先在底部裝9kg加強藥，以抵抗下部的壓制作用，然后再用32mm乳化藥間隔地綁在竹片或PVC管上，孔口充填2.5m深巖粉，裝藥耦合系數8.46%，裝藥密度值達到0.519kg/m，預裂孔先于緩沖孔提前100ms起爆;由于本次爆破線裝藥密度明顯降低，且預裂面先于主爆孔爆破前形成，形成了預裂縫，緩沖和反射了前排爆破能量。所以爆破后效果明顯，爆孔預留下了半孔痕跡，整個后坡面比較平整、光滑。

4 ?結語

該高原露天礦山通過上述預裂爆破技術在陡臺價最終邊坡當中的應用，有效地提高了露天采區終了邊坡坡面角的平整度、光滑度，解決了露天采坑下部運輸坑線不受上部臺階因爆破效果不好，坡面易產生浮石墜落傷人的問題，為后續的開采工作打下了良好的基礎。

參考文獻

[1] 譚榮和，劉福春，楊光毅，等.某露天采選工程（一期）初步設計說明書[Z].長沙有色冶金設計院，2018.

[2] 梁瑞，俞瑞利，周文海，等.基于LS-DYNA模擬的準直眼掏槽爆破技術研究[J].有色金屬工程，2019，9（8）：101-107.