復雜地質環境邊坡爆破方法的研究與應用

王 健，張媛媛，鄭殿輝

（1.河鋼集團礦業公司，河北 唐山 063000；2.河鋼集團司家營研山鐵礦有限公司，河北 唐山 063000）

爆破作業結束后，地質穩定性遭到破壞，結構面極易形成裂隙，在強降雨情況過后，雨水沿裂隙滲入，邊坡極易發生滑坡地質災害，嚴重威脅人員及設備安全，存在較大安全隱患。在2013年夏季汛期一次強降雨過后，發生一次較小的滑坡，滑坡量約為40立方。為此該礦十分重視，立即進行經現場勘查，結合實際情況，改善爆破方案，以此降低因爆破對邊坡穩定性影響。

1 生產現狀分析

1.1 地質現狀

根據工程地質調查及外業鉆探資料顯示，邊坡地質分布的主要地層為：第四系砂土（Q4dl+el）層及頁巖、石英砂巖。現將場地內分布的地層從上至下，分述如下：

1.1.1 素填土（Q4al）

黃褐或灰褐，松散或稍密，稍濕、飽和，主要由粉土、粉細砂粒和塊石組成，為2013年滑坡擾動土，塊石粒徑100m～1000mm不等，呈棱角狀。層厚：2.30m～7.60m，平均5.20m，層底標高：-13.86m～-4.14m，平均-9.20m；層底埋深：2.30m～7.60m，平均5.20m。

1.1.2 粉砂（Q4al）

黃褐色，中密，混粒，稍濕或濕，石英長石質，亞圓狀或次棱角狀；場區普遍分布，厚度：1.40m～2.60m，平均2.00m；層底標高：27.30m～29.30m，平均28.30m；層底埋深：5.30m～6.40m，平均5.85m。

1.1.3 粉質黏土（Q4al）

黃褐色，可塑或硬塑，切面稍有光澤，無搖振反應，韌性、干強度中等，該層受滑坡擾動影響。場區1#孔分布，厚度：1.80m～1.80m，平均1.80m；層底標高：-5.94m～-5.94m，平均-5.94m；層底埋深：5.50m～5.50m，平均5.50m。

1.1.4 粉砂（Q4al）

黃褐色，松散或密實，受滑坡擾動影響部分為松散狀態，飽和狀態下具有輕微或嚴重液化可能，原狀砂土呈密實狀態，混粒，飽和，石英長石質，亞圓狀或次棱角狀，局部夾粉土或粉土薄層。場區普遍分布，厚度：2.20m～11.20m，平均5.55m；層底標高：-16.48m～-15.02m，平均-15.82m；層底埋深：8.30m～15.30m，平均11.82m。

1.1.5 全風化頁巖（Q3el）

黃褐色，主要礦物成分為綠泥石，次要礦物由石英、滑石、云母等，巖芯呈土柱狀。場區普遍分布，厚度：0.60m～0.80m，平均0.70m；層底標高：-38.40m～-31.70m，平均-35.27m；層底埋深：64.30m～71.00m，平均67.57m。

1.1.6 強風化頁巖（Pt）

呈黑綠色，主要礦物成分為綠泥石，次要礦物由石英、滑石、云母等，鱗片纖維變晶結構，薄頁狀或薄片層狀的節理，節理很發育，結構面平直，結合差，易開裂。巖芯為短柱狀或片狀，巖芯手捏呈土狀，干鉆困難，巖體較破碎。

1.1.7 強風化石英砂巖（Q3el）

淺灰色，礦物成份主要是石英、長石。碎屑結構，厚層狀構造，巖體節理裂隙發育，裂隙面附泥質膠結，結構面平直，結合差，易開裂。巖芯手捏呈砂土狀，干鉆困難，巖體較破碎，勘察深度范圍內未穿透，從生產坡道東側的巖壁上測量巖層的產狀為151°～163°∠SW12°～23°。

1.2 爆破生產現狀

經現場勘察，采場布孔主要采取矩形或正方形布孔形式，裝藥主要采取連續裝藥結構造成炸藥集中藥柱短，炮區采用清渣方式爆破，齊發起爆方法。

1.3 問題分析

基于以上數據及現場情況，一是該采場東部及東北部靠界邊坡，地質結構復雜，巖層風化嚴重，穩定性差，極易形成滑坡。二是孔距和排距較大，炸藥集中藥柱短，炮孔爆破能量分布不均勻，齊發起爆等諸多爆破原因造成爆破效果差，同時對邊坡原地質結構影響大，極易形成裂隙，加速滑坡形成。

2 采取措施

2.1 預裂穿孔及改善布孔形式

前期采用預裂爆破對邊坡達到一定保護效果，但由于地質條件影響，爆破后，邊坡產生不規則裂隙。為此，根據邊坡角度及邊坡預留情況，加密預裂穿孔，但不實施預裂爆破，為爆破提供一定自由面，對邊坡起到一定保護作用。

由原來矩形或正方形布孔形式改為梅花樁形布孔。采取大孔徑小抵抗線梅花樁形布孔，可提供最優的能量分布，使放射拉力和推力作用增強，加強了爆生氣體的推力作用，改善礦巖破碎質量。

2.2 不耦合裝藥

不耦合裝藥的主要措施就是采用空氣間隔裝藥結構。根據巖石爆破破壞的應力波反射拉伸破壞假說可知，巖石的破壞形式是拉應力大于巖石的抗拉強度而產生的，巖石是被拉斷的。巖石破碎機理研究表明，巖石的極限破碎強度是隨著爆轟壓力的加載速度的增加而增加即加載的速度越快，巖石的破碎越難，因為爆破的初始脈沖壓力越大，消耗在壓碎區的能量就越大，而作用在破碎區的能量就越小，如果適當地減少爆破的初始脈沖壓力，則可減小消耗在壓碎區的能量；另一方面，根據沖量原理，當爆破脈沖壓力一定時，作用時間越長，爆破脈沖沖量越大，對巖石破碎越有利。

2.3 逐孔起爆

逐孔起爆技術主要是淘汰導爆管雷管，采用數碼電子雷管，提高雷管延時精度。數碼電子雷管是一種可以任意設定并準確實現延期發火時間的新型電雷管。其本質是采用一個微型電子芯片取代普通電雷管中的化學延期藥及電點火元件。因此可精準實現炮區炮孔逐孔起爆，增加炮孔爆破時相互之間的碰撞破碎，實現理想爆破效果。

3 改進結果

經改進后，現場查看及測定得知以下結果：

（1）爆堆前沖、隆起、后排塌落現象明顯，鏟裝作業后得知，爆堆無大塊、根底現象存在，爆破效果理想。作業后裸露出的邊坡無裂隙，地質結構無破壞。

（2）爆破振動經測試符合國家爆破振動要求，爆破振動測試如下：

表1 爆破振動監測匯總表

4 結論

有上述爆破結果得知，經采取對邊坡實施預裂穿孔，改善布孔形式，采取不耦合裝藥，實施逐孔起爆技術等手段，對復雜地質邊坡穩定性起保護作用，且爆破效果較為理想。