預(yù)裂爆破在北蕉石灰石礦的應(yīng)用

王維良 趙斌斌 周咸領(lǐng) 許 貝

（浙江恒榮建設(shè)工程有限公司）

北蕉石灰石礦經(jīng)過前期的開采，礦區(qū)已經(jīng)形成+375、+390、+405、+440 m 4個臺階，坡面存在坡面較多不穩(wěn)定巖石，易發(fā)生落石、坍塌等安全隱患，爆破對邊坡的安全穩(wěn)定問題日益凸顯。

臨近邊坡采用直徑40 mm的炮孔進行弱松動控制爆破，高陡邊坡能達到施工效果［1］，但不能滿足礦山基建期進度要求。采取預(yù)裂爆破或光面爆破進行施工，在邊坡段施工中取得較好的效果［2-5］。露天礦臨近高邊坡控制爆破技術(shù)選擇高精度澳瑞凱雷管可減少爆破對高邊坡的破壞［6］。多數(shù)高陡邊坡采取自上而下深孔爆破爆破方式開采，臨近邊坡段采取控制爆破方式是可行的。

1 工程概況

北蕉石灰石礦為江山南方水泥有限公司石灰質(zhì)原料的自備礦山，生產(chǎn)規(guī)模為240萬t/a。采場邊坡參數(shù)：終了臺階高度為15 m，終了臺階坡面角為60°，終了臺階平臺寬度：+375、+360、+345 m均為5 m，其余根據(jù)礦體的賦存狀態(tài)而定（5～220 m不等）。

周邊環(huán)境礦區(qū)周邊環(huán)境較好，礦山南側(cè)500 m以外為大陳鄉(xiāng)紅星村，礦山西北側(cè)500 m以外為大陳鄉(xiāng)早田坂村，距爆區(qū)西側(cè)約168 m有一礦山臨時管理用房，南西側(cè)有一條采礦場至46省道1.5 km運礦道路。在爆破危險區(qū)內(nèi)無公共設(shè)施需進行特殊保護，但是，礦山爆破如果一次爆破量過大或一段起爆藥量過大時，所產(chǎn)生的爆破震動會對村莊民房產(chǎn)生一定影響，出現(xiàn)過村民阻工情況。為了最大限度的確保周邊村民民房的安全，設(shè)計和評估單次爆破最大藥量小于3 000 kg，最大單響藥量為85 kg。

2 爆破方案比選

（1）方案1。采取深孔爆破技術(shù)在臨近變坡段進行分層爆破。優(yōu)點：可以減少爆破對邊坡的破壞和控制有害效應(yīng)；缺點：施工麻煩，經(jīng)過前期實踐表明邊坡段達不到預(yù)期效果（如圖1）。

（2）方案2。采用導(dǎo)爆索進行預(yù)裂爆破進行施工。優(yōu)點：臺階平整度較好；缺點：控制其產(chǎn)生的噪聲較難，施工工序麻煩。

（3）方案3。用PVC管進行預(yù)裂爆破進行施工。優(yōu)點：施工進度較快，爆破產(chǎn)生的噪音較小，臺階平整度能有效控制；缺點：線裝藥密度難以控制。

為了避免因噪音和振動再次導(dǎo)致附近村民阻工并綜合以上方案，決定采取方案3進行試爆，其臺階平整度能有效控制，施工進度較快，擾民最小。

所以爆破作業(yè)盡量控制最高一段藥量，每次爆破量不超過3 t，同時采用預(yù)裂爆破技術(shù)施工，以40 m為一段分段施工以降低爆破震動速度和噪聲傳播。

3 爆破參數(shù)設(shè)計

在給定孔徑的情況下最小抵抗線W可根據(jù)以下公式計算［7］：

式中，K為系數(shù)，K=30～40；φ為炮孔直徑，mm。

本工程W取3.5 m。

3.1 主爆孔爆破參數(shù)

布孔方式為梅花形（如圖2）；臺階高度H=15 m；鉆孔直徑D=90 mm；鉆孔傾角為80°（如圖3）；最小抵抗線W=3.5 m；孔間距a=4 m；排距b=3.5 m；鉆孔超深1.5 m；孔深L=17 m（計算值16.75 m）；采用2號巖石乳化炸藥（2 000 g）；裝藥結(jié)構(gòu)（如圖4）為連續(xù)裝藥（裝藥高度為11.7 m）；堵孔l=4 m（4 m位置塞蛇皮袋后進行堵孔）；炸藥單耗q=0.33 kg/m3；單孔藥量Q=70 kg。

3.2 緩沖孔爆破參數(shù)

臺階高度H=15 m；鉆孔直徑D=90 mm；鉆孔傾角為60°；孔間距a=2.5 m；排距b=2.8 m；鉆孔超深1.5 m；孔深L=19 m（計算值19.05 m）；采用2號巖石乳化炸藥（2 000 g）；裝藥結(jié)構(gòu)為間隔裝藥；堵孔長度l=3.5 m；炸藥單耗q=0.33 kg/m3；單孔藥量Q=35 kg。

緩沖孔底部吊裝5 m乳化炸藥，中間用PVC管間隔4 m，在吊裝2 m乳化炸藥，在3.5 m位置塞蛇皮袋1個，堵孔3.5 m。

3.3 輔助孔爆破參數(shù)

第一排輔助孔鉆孔直徑D=90 mm；鉆孔傾角為75°；孔間距a=3 m；排距b=3.5 m；孔深L=10 m；采用2號巖石乳化炸藥；裝藥結(jié)構(gòu)為連續(xù)裝藥（裝藥高度5 m）；堵孔l=4 m（4 m位置塞蛇皮袋后進行堵孔）；炸藥單耗q=0.32 kg/m3；單孔藥量Q=30 kg。

第二排輔助孔鉆孔直徑D=90 mm；鉆孔傾角為70°；孔間距a=2 m；排距b=3.5 m；孔深L=5 m；采用2號巖石乳化炸藥；裝藥結(jié)構(gòu)為連續(xù)裝藥；堵孔為l=3.5 m；炸藥單耗q=0.32 kg/m3；單孔藥量Q=9 kg。

3.4 預(yù)裂孔爆破參數(shù)

臺階高度H=15 m；鉆孔直徑D=90 mm；鉆孔傾角為60°；孔間距a=1.3 m；距離緩沖孔2.0 m；鉆孔超深h=1.5 m；孔深L=19 m（計算值19.05 m）；采用2號巖石乳化炸藥（200 g）；不耦合系數(shù)2.81，裝藥結(jié)構(gòu)為連續(xù)裝藥。孔底吊裝2支φ70 mm（2 000 g）乳化炸藥，中部13.5 m在外徑φ50 mm PVC管內(nèi)連續(xù)裝φ32 mm乳化炸藥，填塞2 m，單孔藥量Q=18.8 kg。

預(yù)裂爆破注意事項：

（1）鉆孔。鉆孔角度應(yīng)嚴格按照進行，鉆孔質(zhì)量直接影響到最終的準預(yù)裂效果，要嚴格控制布孔、穿孔質(zhì)量。

（2）裝藥。因為未使用導(dǎo)爆索，在PVC管內(nèi)裝藥一定要保證裝藥質(zhì)量，以免引起盲炮。

（3）填塞。預(yù)裂孔內(nèi)PVC管裝藥到位后，用蛇皮袋堵在設(shè)計位置然后進行填塞。炮孔布置見圖2。

3.5 炮孔布置及爆破網(wǎng)路

一般預(yù)裂爆破宜采用炸藥卷和導(dǎo)爆索制成藥串進行間隔裝藥，也可用預(yù)裂爆破專用炸藥卷進行連續(xù)裝藥。考慮到導(dǎo)爆索的爆破噪聲較大，在本工程中不采用導(dǎo)爆索，本工程采用在預(yù)裂孔底部裝入4 kg70乳化炸藥后再在孔內(nèi)插入外徑為50 mm的PVC管，在PVC管內(nèi)連續(xù)裝藥，內(nèi)置2發(fā)高精度非電雷管。

為減少震動，預(yù)裂孔分3孔一響，采用25 ms高精度非電雷管間隔，先于第一排主爆孔90 ms起爆，主爆孔間用25 ms非電雷管連接，排間采取65 ms非電雷管連接，輔助孔緩沖孔采取1孔或2孔一響網(wǎng)絡(luò)連接。孔內(nèi)雷管均使用延時600 ms澳瑞凱高精度非電雷管。網(wǎng)路連接較為復(fù)雜，網(wǎng)路連接好后進行檢查，同時孔外延時雷管用石粉壓住后用蛇皮袋在蓋控好，防止起爆過程中破壞起爆網(wǎng)路。炮孔剖面和裝藥結(jié)構(gòu)分別見圖3、圖4。

3.6 安全驗算

（1）爆破飛石距離估算。露天深孔爆破時可能產(chǎn)生的最遠飛石距離由瑞典德湯尼克公式求之：

式中，RF為爆破時可能產(chǎn)生的最遠飛石距離，m；d為孔深直徑，cm。

計算得RF≤141 m，該距離小于本爆區(qū)距離周邊建（構(gòu)）筑物的最短距離（168 m），本工程實際安全警戒范圍為200 m，因此爆破產(chǎn)生的飛石不會對爆區(qū)周圍的人員和建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生危害。

（2）爆破振速的校核。爆破振動引起周圍某測點的振速v一般使用薩氏公式計算：

式中，K為爆破條件場地系數(shù)，本工程K取200；α為爆破振動波傳遞衰減指數(shù)，本工程α取1.7；Q為爆破最大段藥量，kg，本次爆破為70 kg；R為爆破中心至保護對象某測點的距離，m，本次爆破為168 m。

經(jīng)計算v=0.37 cm/s遠小于保護物最大允許振動速度設(shè)計值1.5 cm/s，可確保安全。

4 爆破效果

臨近邊坡段控制爆破施工中所有預(yù)裂爆破部位沿炮孔連線方向切開，堅硬的孔口無破壞，無溶洞位置半孔率達到70%以上，坡面應(yīng)平整且穩(wěn)定無隱患，無溶洞巖石邊不平整處最間隙未超過15 cm，確保高邊坡安全。

5 結(jié)論

（1）本工程預(yù)裂孔孔內(nèi)插入φ50 mm的PVC管，在PVC管內(nèi)連續(xù)裝藥，內(nèi)置2發(fā)高精度非電雷管，可方便施工和減少爆破過程中產(chǎn)生的噪音。

（2）采取高精度非電延時雷管組成起爆網(wǎng)路是合理的。

（3）預(yù)裂孔線密度取1.0 kg/m，基本達到預(yù)期目的，從孔本身破壞的程度來看，藥量明顯偏大，但達到邊坡穩(wěn)定目的。

（4）本項目是主要是從方便施工角度去探討和實踐。采取PVC管連續(xù)裝藥代替導(dǎo)爆索進行控制爆破，對在人口密集位置或者公路邊坡快速搶險工程具有參考價值。