臨近最終邊坡控制爆破設(shè)計(jì)方案*

曾德進(jìn)

(1.江西銅業(yè)民爆礦服有限公司，江西 德興市 334200；2.江西國(guó)泰集團(tuán)股份有限公司，江西 南昌 330096；3.江西省爆破工程技術(shù)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(tái)階臨近固定邊坡區(qū)段進(jìn)行靠幫剝離，巖體主要由中偏弱蝕變千枚巖構(gòu)成，爆巖體多屬Ⅱ類巖，硬度系數(shù)f=6～8，極限抗壓強(qiáng)度為60～80 MPa，巖體受多組斷裂構(gòu)造控制，巖體內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育。此外多雨天氣施工時(shí)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(zhì)條件復(fù)雜，圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，邊坡安全防護(hù)難度大。

2 爆破設(shè)計(jì)

臨近最終邊坡的爆破設(shè)計(jì)包括預(yù)裂爆破、預(yù)留緩沖層光面爆破和垂直深孔爆破。強(qiáng)夾制條件下預(yù)裂爆破震動(dòng)強(qiáng)烈。考慮周邊建(構(gòu))筑設(shè)施減震防護(hù)需求，預(yù)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(yù)裂爆破

2.1.1 布孔方式

臺(tái)階高度為15m，最終坡面角為65°。沿?40m臺(tái)階最終境界線預(yù)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(yù)裂孔。如圖1所示，

2.1.2 基本參數(shù)選擇

基本參數(shù)沿用銅廠采區(qū)預(yù)裂爆破經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：孔徑D=140mm，不耦合系數(shù)K=4.38，超深Lc=0.5m，單孔正常裝藥段線密度qL=1003.4g/m，預(yù)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(tái)階預(yù)裂施爆效果看，上述參數(shù)是適用的。

圖1 炮孔布置

2.1.3 孔距

孔距按式（1）計(jì)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(wù)年限長(zhǎng)，孔距不宜太大。參考采區(qū)類似巖性條件下經(jīng)驗(yàn)值，預(yù)裂孔孔距a=1.5m，

2.1.4 炮孔長(zhǎng)度

炮孔長(zhǎng)度由臺(tái)階高度和超深確定：

式中，H為臺(tái)階高度，m；Lc為超鉆深度，m；θ為鉆孔下斜角，°。計(jì)算出預(yù)裂孔長(zhǎng)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(zhǎng)度，m；Lj為減弱裝藥段長(zhǎng)度，m；Lt為炮孔上部不裝藥段長(zhǎng)度，m；Qj為孔底加強(qiáng)裝藥量，g。

取Lt=3.0～5.0m，計(jì)算出單孔藥量為11.0～15.0 kg，取Lt=5.0～5.5m，計(jì)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(zhǎng)度

預(yù)裂孔孔口宜堵塞，藥串放入炮孔到位后，用紙團(tuán)或編織袋等松軟的物質(zhì)蓋在藥柱上，然后用巖粉堵塞炮孔，孔口堵塞長(zhǎng)度為1.5m。

2.1.7 裝藥結(jié)構(gòu)

裝藥共分3段[5?8]：加強(qiáng)裝藥段、正常裝藥段和減弱裝藥段。孔底加強(qiáng)裝藥段長(zhǎng)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(guān)參數(shù)詳見表1。

表1 預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)

2.2 預(yù)留緩沖層光面爆破

鉆孔直徑D取140mm。炮孔傾角與坡度設(shè)計(jì)一致，取65°。臺(tái)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(jì)算：

式中，W光為光面爆破最小抵抗線，m；K為計(jì)算系數(shù)，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(shè)計(jì)思路，本次計(jì)算取K=15，D=0.14，代入公式（4）計(jì)算出W光= 2.1m，取W光=2.0m。

2.2.2 孔距

孔距a光按式（5）計(jì)算

式中，m為炮孔密集系數(shù)，一般取0.6～0.8。

將m=0.75代入式（5）計(jì)算得：a光=1.5m。

2.2.3 炮孔長(zhǎng)度

炮孔長(zhǎng)度L按式（6）計(jì)算

式中，L為光爆孔長(zhǎng)度，m；α為邊坡鉆孔傾角，°。

計(jì)算得炮孔長(zhǎng)度L=17.0m。

2.2.4 堵塞長(zhǎng)度

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，為了保護(hù)好孔口位置巖石，光面孔的堵塞長(zhǎng)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(zhǎng)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(shù)f=6～8時(shí)，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(shè)計(jì)取小值。

該區(qū)域光面爆破是為了提高邊坡質(zhì)量，故參數(shù)選取應(yīng)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(jì)算q光=0.78 kg/m。

單孔裝藥量Q光=q光×L=13.26 kg。

實(shí)際施工過(guò)程中，孔口2.0m左右須進(jìn)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(yù)留緩沖層光爆炮孔參數(shù)

2.2.6 裝藥結(jié)構(gòu)

裝藥結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)見表3。

2.2.7 起爆方式與爆破規(guī)模

采用導(dǎo)爆索、導(dǎo)爆管雷管組合的延時(shí)爆破網(wǎng)絡(luò)，光爆孔孔內(nèi)用導(dǎo)爆索傳爆，以確保預(yù)裂層同時(shí)起爆。采用導(dǎo)爆索將各個(gè)炮孔地表導(dǎo)爆索往同一方向串聯(lián)起來(lái)，分段起爆時(shí)各段之間采用非電導(dǎo)爆管雷管串聯(lián)接力，以實(shí)現(xiàn)微差起爆。

表3 光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)

2.3 緩沖區(qū)垂直深孔爆破

考慮周邊建(構(gòu))筑設(shè)施有減震防護(hù)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(jié)構(gòu)影響頂部巖體破碎效果，輔助孔裝藥重心適當(dāng)提高，頂部充填高度3.5m。主要爆破參數(shù)見表4。

表4 垂直深孔爆破設(shè)計(jì)參數(shù)

3 爆破安全技術(shù)

3.1 爆破振動(dòng)控制

爆破振動(dòng)安全距離及炸藥用量的計(jì)算按照以下參數(shù)規(guī)定范圍進(jìn)行取值，最大單響藥量：

式中，V為質(zhì)點(diǎn)允許振速，cm/s；K、a為與爆破點(diǎn)到保護(hù)對(duì)象間的地形條件、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，軟巖至硬巖K=200～350、a=1.8～2.0；R為爆源到觀測(cè)點(diǎn)的距離，m。

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

需保護(hù)的建構(gòu)筑物在不同安全距離及允許振動(dòng)速度下的最大允許裝藥量計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 最大藥量計(jì)算明細(xì)表

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，預(yù)留緩沖層光面孔的最大單響炸藥量應(yīng)控制在183.22 kg以下，預(yù)裂孔的最大單響炸藥量應(yīng)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(dǎo)爆管雷管分段。因此，理論上按此設(shè)計(jì)施工，被保護(hù)對(duì)象是安全的。

實(shí)際施工中采取以下措施控制爆破振動(dòng)：

（1）采用少裝藥、間隔微差起爆的方式把質(zhì)點(diǎn)振速控制在允許值以下;

（2）采用清渣爆破的方式改善場(chǎng)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(shí)間適當(dāng)增加；

（4）突出防控重點(diǎn)，做好單體爆破設(shè)計(jì)，精確核實(shí)炮孔到被保護(hù)對(duì)象之間的最小距離；

（5）實(shí)測(cè)爆破質(zhì)點(diǎn)振速，掌握K、a的準(zhǔn)確值，以便來(lái)提高設(shè)計(jì)精度。

3.2 爆破飛石控制

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

4 結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行預(yù)裂爆破方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合分析礦山地質(zhì)條件及所爆巖體的主要力學(xué)性質(zhì)和主要參數(shù)，在理論分析及經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的基礎(chǔ)上，確定爆破方式及相關(guān)參數(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試爆，觀察邊坡預(yù)裂孔出露情況，進(jìn)一步優(yōu)化爆破參數(shù)，以取得邊坡“不欠爆不超爆”的爆破效果，確保露天邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定。