多種減振爆破技術(shù)在和尚橋鐵礦的應(yīng)用

李 杰 劉文勝 王建華

（馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)南山礦業(yè)有限公司）

隨著礦產(chǎn)資源不斷的開發(fā)以及城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的礦山都處于城鎮(zhèn)、村莊包圍圈內(nèi)，甚至部分礦山處于城市的包圍之中，馬鋼南山礦業(yè)公司和尚橋鐵礦便是其中之一。和尚橋鐵礦為國(guó)家規(guī)劃礦區(qū)，是馬鋼“十一五”規(guī)劃礦山。該礦位于馬鞍山市向山鎮(zhèn)西南5 km的佳山鄉(xiāng)、向山鎮(zhèn)境內(nèi)，在其周圍分布著多個(gè)村民聚居的村莊及礦山在建的廠區(qū)、辦公生活區(qū)，礦區(qū)警戒線200～600 m范圍內(nèi)有住戶781戶，礦區(qū)爆破環(huán)境十分復(fù)雜。采場(chǎng)最終境界距南山礦業(yè)公司2#泵房150 m，距新建的排巖粗破碎及膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)100 m；采石支河由東向西橫穿礦區(qū)，爆破護(hù)堤工作十分艱巨，以防河水倒灌采場(chǎng)；礦區(qū)距市區(qū)東環(huán)路僅1.3 km，近乎于城市中的礦山，對(duì)爆破振動(dòng)要求非常嚴(yán)格。

為減少爆破振動(dòng)對(duì)周邊居民生活環(huán)境、采石支河河堤及工業(yè)設(shè)施的影響，馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)南山礦業(yè)公司針對(duì)不同區(qū)域環(huán)境特點(diǎn)，開展爆破技術(shù)研究，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，形成多種減振爆破技術(shù)［1-6］，并在日常生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

1 爆破減振機(jī)理分析

1.1 緩沖爆破減振機(jī)理

緩沖爆破是指在靠幫爆破時(shí)，臨近邊幫布置1～2排緩沖孔，最后一排主爆孔不超深，孔距較正常孔降低30%，即半孔（圖1）。半孔平行于最終境界線布置，減小每孔裝藥量，微差時(shí)間早于主爆孔起爆。緩沖孔起爆后，在緩沖孔周邊形成壓縮區(qū)，主爆孔爆破振動(dòng)波傳入該區(qū)域后形成反射，從而降低爆破振動(dòng)波峰。

1.2 孔底軟塞間隔爆破減振機(jī)理

軟塞爆破技術(shù)采用低密度的固體物質(zhì)（一般為泡沫塑料）放置在孔底（圖2），部分能量貯存在軟塞中，降低了爆破初始脈沖壓力峰值，延長(zhǎng)了整個(gè)炮孔的爆破作用時(shí)間，使能量沿炮孔的分布趨于均勻，改變破碎能量的分配狀況，減少爆破粉碎區(qū)，擴(kuò)大爆破破碎區(qū)，從而降低爆破振動(dòng)強(qiáng)度，提高爆破能量利用率，最終改善爆破效果，尤其是孔底爆破效果。

1.3 切割爆破減振機(jī)理

切割爆破類似于預(yù)裂爆破，炮孔布置在最終境界線上，采用不耦合裝藥，孔內(nèi)放置加工好的定向切割爆破炸藥組合裝置。切割爆破的主要目的是防止爆破后破壞境界外巖體，減少周邊爆破振動(dòng)。切割爆破的2個(gè)重要指標(biāo)是合理的孔距和線裝藥密度。線裝藥密度的計(jì)算應(yīng)考慮如下因素。

（1）炮孔壓力必須小于巖石動(dòng)抗壓強(qiáng)度，否則粉碎圈就會(huì)形成。

（2）控制爆破振動(dòng)，減少周圍巖石破碎程度。

切割爆破是在主裝藥爆破起爆前，先起爆切割孔，使沿切割孔的連線上提前形成2～3 cm寬的切割縫。在深孔爆破時(shí)，爆破范圍外的巖石邊坡受到切割縫的良好保護(hù)。切割縫是一個(gè)連續(xù)的面，降振作用比較好。

現(xiàn)場(chǎng)采用馬鞍山礦山研究院發(fā)明的一種用于露天礦山定向切割爆破的炸藥組合裝置（圖3），該炸藥組合裝置安放于露天礦邊坡傾斜切割孔中，可以在保證切割孔定向成縫的前提下，大幅度增大切割孔間距，從而減小穿孔量，降低切割爆破成本。

和尚橋采場(chǎng)主要圍巖為閃長(zhǎng)玢巖，普氏硬度系數(shù)f=8～10，切割爆破不耦合系數(shù)K=4～4.5，炮孔間距m=2.2～2.5 m，線裝藥密度為1.4～1.5 kg/m。

2 減振爆破現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案

根據(jù)和尚橋鐵礦區(qū)域地質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)采場(chǎng)南部第四紀(jì)軟巖、中軟破碎巖靠幫部位采用緩沖爆破方式，中硬巖石部位采用大孔距定向切割+軟塞爆破方案，確保邊坡的穩(wěn)定；對(duì)距膠帶通廊較近部位采用孔底軟塞爆破，降低爆破振動(dòng)對(duì)工業(yè)設(shè)施的影響。

2.1 緩沖減振爆破現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

緩沖爆破現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)共進(jìn)行3次，采用高風(fēng)壓潛孔鉆鉆孔，緩沖孔距5 m，距最終境界線、主爆孔排距5 m，單孔藥量10 kg，提前主爆孔50 ms起爆。

試驗(yàn)結(jié)果表明，緩沖爆破對(duì)于軟巖地段減振效果明顯，與常規(guī)深孔爆破相比，減振率可達(dá)15%以上，同時(shí)解決了第四紀(jì)軟巖部位預(yù)裂爆破效果不佳問題。

2.2 孔底軟塞減振爆破現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為驗(yàn)證軟塞爆破在露天深孔爆破中降低爆破振動(dòng)的作用，在孔底加填了長(zhǎng)度0.7～1.0 m的軟塞，干孔裝藥時(shí)直接放入孔中，水孔時(shí)軟塞內(nèi)裝入碎石，再使軟塞慢慢沉入孔底。

在采場(chǎng)進(jìn)行了4次軟塞減振爆破試驗(yàn)，爆破采用澳瑞凱高精度導(dǎo)爆管雷管逐孔起爆，爆破礦巖量為6.71萬(wàn)m3，最小抵抗線W=8～12 m，炸藥單耗q=0.35～0.45 kg/m3，并進(jìn)行了爆破振動(dòng)測(cè)試，結(jié)果如下。

（1）軟塞爆破效果良好，爆堆松散，表面大塊減少，未見根底，爆堆形狀控制較好，提高了鏟裝效率。

（2）爆破時(shí)，孔底軟塞墊層降低了爆炸沖擊波對(duì)孔壁及孔底平面的沖擊，能大大降低爆破地震強(qiáng)度，通過(guò)對(duì)4次試驗(yàn)爆破振動(dòng)測(cè)試結(jié)果分析，在爆距25 m處爆破振動(dòng)降低14.2%～18.2%。

（3）單孔順序起爆可降低最大段藥量，進(jìn)而減少爆破振動(dòng)。當(dāng)最大段藥量為260 kg時(shí)，距爆心92 m處實(shí)測(cè)振速為4.29 cm/s，與薩道夫斯基公式計(jì)算值相比，降振率達(dá)到了25.41%。

2.3 切割減振爆破現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

切割爆破現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與測(cè)試工作共做了8次，總孔數(shù)165個(gè)，切割孔孔徑為165 mm，切割線總長(zhǎng)度383 m，其他參數(shù)詳見表1。

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現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況表明，切割爆破的減振效果比較顯著，平均降振率達(dá)到46.21%。其中，爆距100 m的平均降振率為52.46%，爆距200 m為39.96%。切割加軟塞綜合爆破比單純切割爆破近區(qū)平均降振率均有所增大，尤其是垂直方向降振效果較為明顯。爆破挖掘后半孔率大于55%（圖4）。

3 減振爆破技術(shù)應(yīng)用

和尚橋鐵礦減振爆破技術(shù)研究于2017年4月開始啟動(dòng)，前期主要是采用緩沖爆破技術(shù)處理南部0 m水平以上臺(tái)階靠幫爆破，2018年2月份和尚橋鐵礦和馬鞍山礦山研究院爆破公司共同完成了孔底軟塞和切割兩種減振爆破措施現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)測(cè)試，確定爆破設(shè)計(jì)參數(shù)，并在采場(chǎng)爆破中推廣應(yīng)用。

目前采場(chǎng)南部新建粗破碎系統(tǒng)部位以上5個(gè)臺(tái)階已全部靠至最終境界，邊坡長(zhǎng)度1 470 m，共進(jìn)行緩沖爆破10次，大孔距定向切割+軟塞爆破12次，完成爆破量25萬(wàn)m3，鄰近采場(chǎng)地表水體未受到擾動(dòng)，采場(chǎng)邊坡基本穩(wěn)定。采用孔底軟塞爆破20次，爆破量25萬(wàn)m3，其中距新建粗破碎系統(tǒng)僅100 m的-24～39 m北南、東西2條運(yùn)輸公路的爆破中，由于降低了爆破振動(dòng)，粗破碎系統(tǒng)及膠帶通廊未受到影響，取得較好的減振效果。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）和尚橋鐵礦采用多種爆破減振技術(shù)，解決了工程建設(shè)與生產(chǎn)的矛盾，確保了新建排巖系統(tǒng)工程項(xiàng)目按期建成。采場(chǎng)南部粗破碎及膠帶通廊系統(tǒng)上部邊坡采用緩沖爆破和定向切割爆破技術(shù)，降低爆破振動(dòng)15%～46%，保證了南幫臨近水體高陡邊坡的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。

（2）采用馬鞍山礦山研究院研發(fā)的露天礦山定向切割爆破炸藥組合裝置，在保證切割孔定向成縫的前提下，大幅度增大切割孔間距，比一般預(yù)裂爆破孔距擴(kuò)大46%～67%，減小了穿孔量，降低切割爆破成本，并獲得了良好的切割爆破效果。