臨近最終邊坡控制爆破設計方案*

曾德進

(1.江西銅業(yè)民爆礦服有限公司，江西 德興市 334200；2.江西國泰集團股份有限公司，江西 南昌 330096；3.江西省爆破工程技術研究中心，江西 南昌 330012)

1 工程概況

銅廠采區(qū)屬于德興銅礦主采區(qū)，采區(qū)水龍山下部邊坡?40m臺階臨近固定邊坡區(qū)段進行靠幫剝離，巖體主要由中偏弱蝕變千枚巖構成，爆巖體多屬Ⅱ類巖，硬度系數f=6～8，極限抗壓強度為60～80 MPa，巖體受多組斷裂構造控制，巖體內節(jié)理裂隙發(fā)育。此外多雨天氣施工時炮孔集水現(xiàn)象普遍。爆區(qū)周圍條件好，但爆區(qū)工程地質條件復雜，圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，邊坡安全防護難度大。

2 爆破設計

臨近最終邊坡的爆破設計包括預裂爆破、預留緩沖層光面爆破和垂直深孔爆破。強夾制條件下預裂爆破震動強烈。考慮周邊建(構)筑設施減震防護需求，預裂爆破沿用“加密孔、減弱裝藥、多段微差”的工藝模式[1?4]。

2.1 預裂爆破

2.1.1 布孔方式

臺階高度為15m，最終坡面角為65°。沿?40m臺階最終境界線預留緩沖層光面孔，鉆孔下斜角度為65°，然后在其前方2.0m距離布預裂孔。如圖1所示，

2.1.2 基本參數選擇

基本參數沿用銅廠采區(qū)預裂爆破經驗數據：孔徑D=140mm，不耦合系數K=4.38，超深Lc=0.5m，單孔正常裝藥段線密度qL=1003.4g/m，預裂孔底與主爆區(qū)緩沖孔距離≥1.5～2.0m。從采區(qū)以往的上部臺階預裂施爆效果看，上述參數是適用的。

圖1 炮孔布置

2.1.3 孔距

孔距按式（1）計算：

式中，D為炮孔直徑，cm；a=98 cm～168 cm。考慮圍巖松軟、永久邊坡服務年限長，孔距不宜太大。參考采區(qū)類似巖性條件下經驗值，預裂孔孔距a=1.5m，

2.1.4 炮孔長度

炮孔長度由臺階高度和超深確定：

式中，H為臺階高度，m；Lc為超鉆深度，m；θ為鉆孔下斜角，°。計算出預裂孔長度16.5m。

2.1.5 單孔裝藥量

式中，qL為正常裝藥段線密度，g/m；L為炮孔長度，m；Lj為減弱裝藥段長度，m；Lt為炮孔上部不裝藥段長度，m；Qj為孔底加強裝藥量，g。

取Lt=3.0～5.0m，計算出單孔藥量為11.0～15.0 kg，取Lt=5.0～5.5m，計算出單孔藥量11.0～14.0 kg。最終確定每孔裝藥Q=12.0 kg。

2.1.6 孔口堵塞長度

預裂孔孔口宜堵塞，藥串放入炮孔到位后，用紙團或編織袋等松軟的物質蓋在藥柱上，然后用巖粉堵塞炮孔，孔口堵塞長度為1.5m。

2.1.7 裝藥結構

裝藥共分3段[5?8]：加強裝藥段、正常裝藥段和減弱裝藥段。孔底加強裝藥段長度為0.8～1.2m，孔底線裝藥密度取正常線裝藥密度的3倍。正常裝藥段線密度為0.9～1.0 kg/m，減弱裝藥段線密度0.5 kg/m。相關參數詳見表1。

表1 預裂孔裝藥結構相關參數

2.2 預留緩沖層光面爆破

鉆孔直徑D取140mm。炮孔傾角與坡度設計一致，取65°。臺階高度H=15m。炮孔超深h取0.5m。

2.2.1 最小抵抗線

最小抵抗線W光按式（4）計算：

式中，W光為光面爆破最小抵抗線，m；K為計算系數，一般K=15～25，軟巖取大值，硬巖取小值；D為炮孔直徑，m。

按“多孔少藥”的設計思路，本次計算取K=15，D=0.14，代入公式（4）計算出W光= 2.1m，取W光=2.0m。

2.2.2 孔距

孔距a光按式（5）計算

式中，m為炮孔密集系數，一般取0.6～0.8。

將m=0.75代入式（5）計算得：a光=1.5m。

2.2.3 炮孔長度

炮孔長度L按式（6）計算

式中，L為光爆孔長度，m；α為邊坡鉆孔傾角，°。

計算得炮孔長度L=17.0m。

2.2.4 堵塞長度

根據現(xiàn)場施工經驗，為了保護好孔口位置巖石，光面孔的堵塞長度一般取1.5～1.8m，硬巖取小值，軟巖取大值。本次爆破取堵塞長度為2.0m。

2.2.5 單孔裝藥量

線裝藥密度為：

式中，K光為光面爆破炸藥單耗，一般取0.15～0.31 kg/m3，硬度系數f=6～8時，K光=0.26 kg/m3，考慮炸藥能量易楔入圍巖裂隙、造成坡面層破壞，設計取小值。

該區(qū)域光面爆破是為了提高邊坡質量，故參數選取應該趨于保守，本次爆破，K光=0.26，a光=1.5，W光=2.0。

代入公式（7）計算q光=0.78 kg/m。

單孔裝藥量Q光=q光×L=13.26 kg。

實際施工過程中，孔口2.0m左右須進行堵塞，炮孔底部為了抵抗巖石的夾制作用，通常底部1m左右線裝藥密度增加1倍。

表2 預留緩沖層光爆炮孔參數

2.2.6 裝藥結構

裝藥結構相關參數見表3。

2.2.7 起爆方式與爆破規(guī)模

采用導爆索、導爆管雷管組合的延時爆破網絡，光爆孔孔內用導爆索傳爆，以確保預裂層同時起爆。采用導爆索將各個炮孔地表導爆索往同一方向串聯(lián)起來，分段起爆時各段之間采用非電導爆管雷管串聯(lián)接力，以實現(xiàn)微差起爆。

表3 光面爆破裝藥結構相關參數

2.3 緩沖區(qū)垂直深孔爆破

考慮周邊建(構)筑設施有減震防護需求，深孔爆破沿用“加密孔、減弱裝藥、多段微差”的工藝模式。潛孔鉆爆區(qū)典型剖面布置主爆孔、緩沖孔、輔助孔各一排。主爆孔連續(xù)裝藥、緩沖孔中部間隔裝藥。考慮水平片理結構影響頂部巖體破碎效果，輔助孔裝藥重心適當提高，頂部充填高度3.5m。主要爆破參數見表4。

表4 垂直深孔爆破設計參數

3 爆破安全技術

3.1 爆破振動控制

爆破振動安全距離及炸藥用量的計算按照以下參數規(guī)定范圍進行取值，最大單響藥量：

式中，V為質點允許振速，cm/s；K、a為與爆破點到保護對象間的地形條件、地質條件有關的系數和衰減指數，軟巖至硬巖K=200～350、a=1.8～2.0；R為爆源到觀測點的距離，m。

參數選取K=200，a=1.5；參考《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2014)抗震標準，選取允許振速為10.0 cm/s。

需保護的建構筑物在不同安全距離及允許振動速度下的最大允許裝藥量計算結果見表5。

表5 最大藥量計算明細表

根據上述計算結果，預留緩沖層光面孔的最大單響炸藥量應控制在183.22 kg以下，預裂孔的最大單響炸藥量應控制在222.37 kg以下，輔助孔和深孔的最大單響炸藥量在最大允許單響藥量以下。施工中采取分段起爆，用非電毫秒導爆管雷管分段。因此，理論上按此設計施工，被保護對象是安全的。

實際施工中采取以下措施控制爆破振動：

（1）采用少裝藥、間隔微差起爆的方式把質點振速控制在允許值以下;

（2）采用清渣爆破的方式改善場地條件，能起到有效減震的作用；

（3）縮小爆破規(guī)模、合理控制每面炮炸藥用量，杜絕單孔超量裝藥，前后響微差時間適當增加；

（4）突出防控重點，做好單體爆破設計，精確核實炮孔到被保護對象之間的最小距離；

（5）實測爆破質點振速，掌握K、a的準確值，以便來提高設計精度。

3.2 爆破飛石控制

根據《爆破安全規(guī)程》要求，露天爆破飛石對人員的安全距離不小于300m，對設備不小于200m，山坡露天順風方向增加50% 。

4 結語

在進行預裂爆破方案設計時，應綜合分析礦山地質條件及所爆巖體的主要力學性質和主要參數，在理論分析及經驗公式計算的基礎上，確定爆破方式及相關參數，通過現(xiàn)場試爆，觀察邊坡預裂孔出露情況，進一步優(yōu)化爆破參數，以取得邊坡“不欠爆不超爆”的爆破效果，確保露天邊坡的長期穩(wěn)定。