露天礦邊坡減振降速爆破網路優化設計

馬修勝 李永剛 馬修利

(新疆祥瑞安全生產技術服務中心(有限公司),新疆 烏魯木齊830002)

新疆北山露天煤礦為深凹露天礦,位于奇臺縣境,晝夜溫差大,風化剝蝕嚴重,巖體結構面復雜,節理裂隙發育,影響到地表以下20-30m的淺部基巖層。該礦巖層傾斜方向由北向南,巖層傾角16-190,采用由北向南沿煤層傾斜方向臺階推進的開采方式實現分區縱采,首采區在南部工作幫在降深推進過程中上部臺階逐個到界形成固定幫,通過對南幫+680、+670上部剝離臺階揭露的巖體結構和巖性變化勘驗分析認為,裂隙分布零亂,沒有規律性,巖體的連續性和完整性遭到破壞,表現為不定向發育的非構造裂隙巖體,形成非均質巖體結構邊坡。

1 非均質巖體構造與爆破作用

1.1 在深孔爆破瞬發起爆作用下,爆破振動是影響邊坡穩定的主要因素。對于節理、裂隙發育的到界臺階,炸藥爆炸給巖體的潛在破壞面以附加的動力,使非構造裂隙進一步擴展并產生次生爆破裂隙,巖體結構面增加,巖體結構受到破壞。

1.2 非均質巖體由于賦存有大量節理和裂隙,炸藥爆炸時壓縮應力波峰值隨裝藥表面到炮孔壁的距離增大而急劇下降使爆破作用減小,選用低爆力工業炸藥不耦合分段裝藥可減輕爆破作用對邊坡安全穩定的影響。

1.3 實現在節理、裂隙發育的非均質巖體中的預裂爆破,很大程度上取決于預裂孔爆破參數的選擇和主爆孔、緩沖孔爆破網路的優化設計與毫秒微差時間間隔的選取。若毫秒微差間隔時間過短,爆破微差減振作用不明顯,無法使前、后起爆的深孔產生的地震波相互干擾,從而加重爆破振動危害。

1.4 非均質巖體爆破,會使爆轟波一部分能量沿側向自由面方向用于破碎巖石而減弱或從側向自由面釋放溢出,降低正常破碎的有效壓力和壓力作用時間,造成巖石最容易沿原生裂隙錯動或張開,使沿裂隙面的抗剪強度和垂直于裂隙方向的抗拉強度減少到最小,爆破后易產生巖石大塊。

2 爆破設計方案

2.1 爆破參數

采用預裂控制爆破,設計確定臺階坡面角70°,沿臺階坡面選用90mm的潛孔鉆機打傾斜預裂孔,線裝藥密度1.1 kg/m,藥包裝藥密度960kg/m3,藥包長度0.3 m,藥包重量1.2 kg,不耦合系數1.25。主爆孔和緩沖孔選用150mm的潛孔鉆機打垂直深孔,炸藥單耗0.36 kg/m3,爆破參數可見表1。

表1 爆破參數

2.2 爆破技術要求

2.2.1 設計確定炮區長度40-50m,沿采裝作業的臺階坡面由外向內分別平行布設主爆、緩沖和預裂三排孔,起爆順序為預裂孔-主爆孔-緩沖孔。

2.2.2 以預裂孔瞬發起爆的藥量為主爆孔和緩沖孔分段單位起爆藥量,并依此計算確定分段間隔起爆孔數和實際起爆藥量。

2.2.3 由于節理、裂隙的作用,巖體首先從強度最低的弱面裂開,導爆管雷管由于爆后應力的持續及雷管延時間隔參差不齊,在爆破網路設計中,導爆管雷管每段間隔時間都確定為25ms。

2.3 爆破網路設計

設計采用非電導爆管+導爆索的混爆毫秒微差爆破網路。其中,預裂孔采用導爆索并聯起爆網路,沿臺階坡頂線布設預裂孔,以不大于258kg瞬發起爆藥量為單位起爆藥量,不耦合分段裝藥,實現孔內藥包多點瞬發直接起爆。主爆孔和緩沖孔采用耦合連續集中裝藥,非電導爆管+“四通”爆破網路連接,非電導爆管雷管+乳化炸藥起爆藥+銨油炸藥的分段單位藥量毫秒微差間隔起爆。爆破設計網路可見圖1、2所示,毫秒間隔時間可見表2。

圖1 +680水平爆破網路

表2 毫秒微差間隔時間

2.3.1 9個主爆孔選3段的導爆管雷管進行分段,以3個孔的藥量為單位起爆藥量,間隔50ms分三次微差起爆；

2.3.2 10個緩沖孔每5個孔藥量為單位起爆藥量,間隔50ms分二次微差起爆,排間選用4段的導爆管雷管間隔75ms微差起爆。

圖2 +670水平爆破網路

3 爆破關鍵技術及效果分析

3.1 預裂孔爆破關鍵技術及效果分析

3.1.1 選用較小的預裂孔距,使沿炮孔聯線方向有應力疊加,爆破后巖體中的非構造裂隙沿炮孔聯線發展而形成貫穿預裂縫,預裂縫帶能反射或吸收隨后起爆的主爆孔和緩沖孔的應力波,控制所產生的爆破振動,最大限度地減少對巖壁的破壞和邊坡的清幫工作量。

3.1.2 采用不耦合分段裝藥結構,使炮孔沿藥卷周邊留環狀間隙,降低炮孔壁上沖擊波所帶來的尖峰壓力,采用分段裝藥,沿炮孔軸向留有裝藥間隔,使炮孔在長度方向上的藥量分布更加均勻,減低爆破振動強度對臺階坡面的破壞,爆破質量可見表3。

表3 預裂孔、主爆孔臺階坡面爆破質量對比

3.2 主爆孔和緩沖孔爆破關鍵技術及效果分析

3.2.1 分段單位起爆藥量小于或等于預裂孔瞬發起爆的藥量,在不加大爆破振動強度的同時保證爆破規模,并使炸藥在爆轟中釋放出來的部分能量轉換成的彈性波所引起的地表淺層振動,由于起爆藥量的減少而相對減弱。

3.2.2 采用相同段位連接的炮孔作為起爆單元,使爆轟沿正向自由面和側向自由面分散作用在炮區四周,振波被巖體結構面吸收,起到對預裂孔的臺階坡面爆破作用減弱和緩沖的目的,緩沖孔側向自由面可見表4。

表4 緩沖孔側向自由面

4 結論

4.1 露天礦近距離爆破振動,持續時間較短,通常在0.1 ～1.5 s范圍內,振動頻率高,衰減很快,可看成是脈動或瞬時振動,根據現場爆破實驗,爆破振動對邊坡的影響,與一次起爆孔數和裝藥量有直接關系。

4.2 通過預裂孔導爆索爆破網路設計,采用不耦合分段裝藥,孔內藥包多點瞬發起爆形成的爆破破裂面,可減弱主爆孔和緩沖孔爆破作用對臺階坡面的影響。

4.3 通過主爆孔和緩沖孔非電導爆管爆破網路設計,分段單位藥量毫秒微差間隔起爆,控制相同段數導爆管一次單位起爆藥量和起爆孔數,可分散爆破能量,減小爆破振動對邊坡影響。