預裂爆破技術在砂石礦山地質環境恢復治理中的應用

徐成軍，岳 斌

(貴州貴安新聯爆破工程有限公司，貴州 550003)

近年來，由于城市建設規模的不斷增大，建筑砂石材料的需求旺盛，為滿足城市建設，城市周邊形成一批小型露天砂石料場。部分砂石料廠在采礦過程中不按開采方案施工，只注重經濟效益而忽略地質環境的保護。隨著“綠水青山就是金山銀山”理念的不斷踐行，綠色、節能、環保提上前所未有的高度，原來粗獷式開采無法滿足環保要求，且在開采過程中設置的邊坡高度、角度等不符合規范和設計要求，大量小型露天砂石料場關閉或廢棄，產生土地資源破壞、地貌景觀和生態環境破壞及崩塌、滑坡等地質災害隱患等問題，為恢復生態環境，消除地質災害隱患，亟需進行礦山地質環境恢復治理[1,2]。在工程方法上，可采用削坡減載、排水設施、掛網噴播綠化、魚鱗坑綠化和種植喬灌木等[3,4]。采用爆破方法對山體進行削坡減載是礦山地質環境治理項目中的重要手段[5]，結合貴州省某砂石廠礦山環境治理工程，重點討論預裂爆破技術在修整礦山高邊坡工程中的應用。

1 工程概況

1.1 工程地質條件

礦區礦體產于三疊系下統大冶組，砂石礦體呈層狀產出，礦體產狀與地層產狀一致，走向北東，傾向南東，傾角12°～14°，經實地調查，其礦體沿走向及傾向延伸出礦區范圍。

根據區內地層巖性組合特征可劃分為硬質工程地質巖組合松散工程地質巖組，其中硬質工程地質巖組由三疊系下統淺灰、灰白色中厚層泥晶灰巖、白云質灰巖組成，巖石堅硬，力學強度較高；松散工程地質巖組主要由地表殘破積物、沖洪積物及人工采礦廢石渣堆積組成，結構松散，工程地質性質差，易產生不良工程地質問題。

1.2 地質災害隱患

礦區地質災害表現為潛在不穩定斜坡，主要是采礦過程中對山體采石沒有按從上至下臺階式開采而形成的高陡邊坡。采礦活動對山體進行開挖已形成不規則陡壁，西南側礦體開采范圍1 305～1 240 m，整個山體最終垂高達65 m，形成了兩個臺階，第一臺階開采標高1 305～1 250 m，坡面角70°，垂直高差55 m，第二臺階開采標高1 250～1 240 m，坡面角63°，垂直高差10 m。破壞原始坡體，對自然景觀造成嚴重影響。西側礦體開采范圍1 340～1 230 m，整個山體最終邊坡垂直高度達110 m，形成了4個臺階，但每個臺階都已經超過設計高度，地質災害危險大，破壞原始坡體，對自然景觀造成嚴重影響。礦區邊坡都已超過設計高度，局部地段邊坡近乎直立，且巖體節理裂隙發育，易產生崩塌、滑坡、滾石等地質災害，存在較大安全隱患，礦區治理前邊坡現狀如圖1所示。

2 治理方案

2.1 總體治理方案

由于滑坡體和工業場地對自然景觀造成不同程度的破壞，為改善生態環境，防止礦山自然環境惡化，減少對自然植被的破壞，對礦山高陡邊坡和工業場地進行復綠。對各處邊坡由上而下臺階式進行整理后，局部進行客土改良，臺階斜坡播撒草籽，臺階平臺種植適宜當地生長的攀援植物，種植間距1 m。工業場地平整覆土后種植適宜當地生長的喬木和灌木。

2.2 邊坡削坡方案

由于礦山現有采面坡度較陡，采面西南側部分巖體比較松散，必須將山體進行分層降坡處理，處理過程中有部分礦體削坡要延伸至礦界外。

設計采用挖掘機清理+深孔松動爆破聯合方案，先用挖掘機將礦山滾石清理干凈，大塊滾石采用破碎錘二次破碎；然后在一期1 325 m標高布置炮孔，進行深孔松動爆破，減少炸藥裝藥量，增大炮孔堵塞長度，炮孔深度17 m左右。

設計采用分期降坡，一期確定為礦區西側，二期確定為礦區西南側，邊坡設計如圖2、圖3所示。現挖掘機上山便道已修至一期第一臺階，在坡項最高點1 325 m標高處布置炮孔，炮孔拋擲方向為西北向。待將1 310 m臺階以上標高臺階形成后，再在1 295 m標高臺階布置炮孔，作業推進方向由東北至西南推進，其他分層臺階推進方向與該臺階一致。

設計采用自上而下分層開采，總共需分層開采的臺階為：1 325 m臺階，1 310 m臺階，1 295 m臺階，1 280 m臺階，1 265 m臺階，1 250 m臺階。設計臺階分層高度取15 m，分層臺階坡面為65°。待一期開采完畢后將降坡面調整至二期，開采方式與一期相同。總設計削坡方量約為8萬m3。

3 爆破方案

3.1 爆破施工環境

礦區東北、西南側均有民房，東北側民房距離隱患整改范圍最近處距離為198 m,西南側民房距離隱患整改范圍最近處距離為234 m；礦區東側有一鄉村公路通過，距離隱患整改范圍最近處約152 m，爆破前對公路兩端設卡，爆破完畢后才可讓行人、車輛通過；在爆破時控制爆破拋擲方向，并控制爆破藥量。防止無關人員進入排險區域造成爆破及滾石傷害事故。

3.2 爆破參數

預裂爆破技術的應用能有效減弱爆破振動對靠幫邊坡的影響[6]。為減小爆破振動對邊坡的影響，采用預裂爆破技術對邊坡進行保護，炮孔分為預裂孔、緩沖孔、主爆孔，各炮孔參數根據巖體特征及現場實際，通過理論計算結合施工經驗調整確定[7]。預裂孔沿設計邊坡輪廓線鉆孔，主爆孔為垂直鉆孔，炮孔布置如圖4、圖5所示。

鉆孔設備選用阿特拉斯潛孔鉆機，其鉆孔直徑D=90～115 mm。預裂孔距參照瑞典蘭格弗爾斯給出的公式a=(8～12)D[4]，取1.5 m；填塞長度l=(12～20)D[4]，取2.0 m；線裝藥密度取0.6～0.8 kg/m；裝藥結構采用空氣間隔不耦合裝藥，不耦合系數以2～5為宜[7]，預裂孔直徑115 mm，選用32 mm乳化炸藥，不耦合系數為3.6，由于炮孔底部夾制作用大，將孔底段裝藥密度增大2～3倍；預裂孔采用導爆索捆綁藥卷同時起爆，超前主炮孔起爆的間隔時間不少于100 ms，緩沖孔與主爆區采用毫秒延時起爆方式進行起爆[8]。

緩沖孔1為90 mm直徑傾斜鉆孔，與設計邊坡角度相同，選用32 mm乳化炸藥裝藥，減少線裝藥量；緩沖孔2為90 mm直徑垂直鉆孔，選用70 mm乳化炸藥裝藥，主爆孔為115 mm直徑垂直鉆孔，選用70 mm乳化炸藥裝藥，實施過程中根據工作面寬度適當調整鉆孔參數，具體爆破參數設計如表1所示。

表1 爆破參數設計表

4 效果分析

該礦為閉坑小型露天砂石礦山，在環境恢復治理過程中采用預裂爆破技術進行終了邊坡控制爆破，由于原礦山開采形成不規則陡壁，各個臺階削坡的工程量自上而下逐漸減小，在下部臺階全部采用傾斜鉆孔，完成預裂爆破作業邊坡面積約7 000 m2，終了邊坡形成較完整的輪廓面，邊坡角度與設計基本一致，邊坡穩定性良好，未出現超欠挖現象[9]。為后期的礦山覆土及綠化施工創造了有利條件，滿足該礦地質環境恢復治理工程需要。

5 結 語

礦山地質環境恢復治理工程中，確保邊坡穩定是至關重要的工作內容，將預裂爆破技術應用到其中，有效削弱爆破振動對設計終了邊坡的損傷，起到保護邊坡完整性的重要作用。同時由于礦山臺階高陡，削坡尺寸不一，采用傾斜鉆孔與垂直鉆孔組合的預裂爆破方案，能夠實現在設計邊坡位置一次爆破到位，避免了施工過程中二次修整邊坡的安全風險，提高了工作效率，由此可見預裂爆破技術對礦山進行地質環境恢復治理是非常有效的手段。