復合型準預裂爆破在露天終了邊坡中的應用研究*

陳岳會，楊郜輝，馬沁春，李建東

（鶴慶北衙礦業有限公司，云南 大理 671507）

某露天礦出露的地層有二疊系上統峨眉山組（Pe）、三疊系下統青天堡組（Tiq）、三疊系中統北衙組（Tb）、第四系更新統蛇山組（Qns）、更新統“Qp”及全新統“Q”。其中三疊系中統北衙組（Tb） 按其巖性特征，自下而上劃分為T.b'-T，b五個巖性段，T，b地層出露不全，頂部直接與Q，s、Q’不整合接觸。圍巖主要由石英正長斑巖、矽卡巖、角礫巖、大理巖、灰巖、白云巖等組成，屬于中等堅固和堅固狀態，f=1～10，巖石的抗壓強度為 （50～65） MPa。

目前礦山西部邊幫已臨近終了，采取并段臺階施工，臨時臺階高10 m，終了臺階高15 m，終了坡面角60°，終了境界范圍長1 300 m、寬900 m，最高標高1 945 m、坑底1 540 m，垂直高差405 m。該區域巖體結構主要由石英正長斑巖、矽卡巖、角礫巖、大理巖、灰巖、白云巖等組成，屬于中等堅固和堅固狀態，f=2～9，巖石的抗壓強度為（50～60） MPa。爆破施工主要采用JK590潛孔鉆機鉆孔孔徑（110～165） mm，鉆孔速度0.5 r/min穿孔，作業面采用逐孔起爆，終了邊坡采用預裂爆破，炸藥為2#巖石乳化炸藥（φ90）。其爆破參數和爆破網絡圖如下，詳見表1爆破參數表，圖1逐孔爆破網絡示意、圖2預裂爆破網絡示意圖。

圖1 逐孔爆破網絡示意圖Fig.1 Schematic diagram of hole-by-hole blasting network

圖2 預裂爆破網絡示意圖Fig.2 Schematic diagram of presplitting blasting network

表1 爆破參數表Tab.1 Blasting parameters

結合礦山近期終了邊坡爆破施工情況看，整體爆破效果不太理想，存在以下幾方面問題：①預裂孔深度較深且密集，導致穿孔量大、耗時間長；②預裂孔的藥卷均采用竹片進行綁扎，如圖3所示，既耗費人力也耗費物材（竹片），同時由于孔深大需綁扎的藥卷長，給裝藥增添了一定的難度；③采用預裂爆破塊度大，且易產生大量的根底，如圖4所示。

圖3 預裂孔藥卷綁扎結構圖Fig.3 Structure diagram of presplitting hole charge rolling binding

圖4 預裂爆破鏟裝后現場圖Fig.4 On-site diagram of presplitting blasting loading

綜上，為了更好的管理礦山邊坡，提高爆破質量及工作效率，需對現有預裂爆破技術進行優化和改進。結合目前國內礦山預裂爆破的應用[1-10]，綜合礦山已有穿孔設備、爆破研究能力及相關爆破經驗參數，提出開展復合型準預裂爆破方法研究。

復合型準預裂爆破是把預裂爆破和常規爆破進行組合的一種形式，跟常規預裂爆破的布孔和起爆方式是一致的，見圖5預裂爆破布孔示意圖、圖6預裂爆破起網絡圖。不同處主要體現在預裂孔的孔深和裝藥結構上，孔深采用深淺結合的方式進行，深孔正常打孔，淺孔為正常孔深的1/2；裝藥結構上深孔上半段按常規預裂爆破的結構裝藥，下段按一般爆破的結構進行裝藥。詳見圖7常規預裂爆破預裂孔裝藥結構圖和圖8復合型準預裂爆預裂孔裝藥結構圖。

圖5 常規預裂爆破布孔示意圖Fig.5 Schematic diagram of conventional presplitting blasting hole arrangement

圖6 常規預裂爆破起爆網絡圖Fig.6 Diagram of detonation network of conventional presplitting blasting

圖7 常規預裂爆破預裂孔裝藥結構圖Fig.7 Charge structure diagram of re-cracked holes for conventional presplitting blasting

圖8 復合型準預裂爆預裂孔裝藥結構圖Fig.8 Charge structure diagram of pre-cracked holes for compound quasi-presplit blasting

1 試驗區工程概況

選試驗點為露天礦西部1 895 m平臺，該平臺已臨近終了，目前臺階參數為高15 m，邊坡角60°，邊坡巖石結構主要為灰質角礫巖、石英正長斑巖、灰巖等，硬度系數f≈3～7，巖石的抗壓強度為（50～60） MPa。為了進一步改進型爆破效果，現結合以往爆破施工情況，采用復合型準預裂爆破進行試驗研究。

2 爆破實驗研究

2.1 鉆孔設備的選型

目前礦山擁有JK590潛孔鉆機鉆孔，鉆孔直徑為（110～165） mm，結合以往爆破經驗，現有設備可滿足本次試驗研究鉆孔的需要；根據復合型準預裂爆破試驗的孔徑設計，主炮孔、緩沖孔選用165 mm孔徑鉆桿，預裂孔選用110 mm孔徑鉆桿。

2.2 爆破參數

2.2.1 主炮孔

1）孔深，參照臺階參數穿孔，垂直孔，孔深15 m；

式中，Wm—底盤抵抗線經驗值，mm；

E為鉆孔偏差，一般取2%；

D為炮孔直徑，mm；

即底盤抵抗線W＝43×0.165-0.02=7.07，取7m；

2） 排距b＝1～1.2W，即排距b＝1×7＝7，取7m；

3） 孔距a＝1.1～1.4W，即孔距a＝1.2×7＝8.4，取8 m；

4） 超深 h＝ （0.15～0.35） W，即超深 h＝0.3×7＝2.1，取2 m；

5） 填塞長度 L＝（0.7～1.0） W，即填塞長度L＝1×7＝7，取 7 m；

式中，H為裝藥高度，m；H為打孔深度17 m；填塞長度（7～10） m；q為炸藥單耗，kg/m3；根據試驗點巖石堅固系數 f≈3～7，q 取 （0.3～0.7）kg/m3，綜合以往經驗取0.4 kg/m3；

即單孔裝藥量Q＝0.4×7×8×10＝224 kg。

2.2.2 緩沖孔

因預裂孔為傾斜孔，為避免炮孔的貫穿而影響爆破效果，緩沖孔只打一定深度，垂直孔，孔深參照以往經驗，H0＝4.5m；排距：距主炮孔的距離減少1/2～1/3，根據以往經驗a0＝5 m；距預裂孔一般以后沖不破壞保護巖石的最小距離作為排距，取（1/2～2/3） b，根據以往經驗b0＝4 m；孔距：取（1/2～2/3） a，根據以往經驗 a0＝5 m；填塞長度：取（8～10） D，根據以往經驗L0＝1.5 m；單孔裝藥量參照以往經驗Q0＝qa0b0H1，即單孔裝藥量Q0＝0.4×5×4×（4.5-1.5）＝24 kg。

2.2.3 預裂孔

預裂孔為傾斜孔，孔深參照臺階參數進行取值，取 17 m；孔距 a1＝（7～12）D，即孔距 a1＝10×0.165=1.65，取1.5 m；裝藥不耦合系數2～5，因礦山預裂爆破炸藥使用2#巖石乳化炸藥，藥卷直徑為32 mm，每節藥卷質量為200 g，長度為20 cm，根據經驗耦合系數K＝3.5；線裝藥密度：

式中，б為巖石的極限抗壓強度，kg/cm2；根據巖石抗壓強度為（50～60）MPa，結合以往經驗，取55 MPa，550 kg/cm2；a1鉆孔間距，m；即線裝藥密度△t＝0.36×5500.53×1.50.67=1.33，取 1.3 kg/m；單孔裝藥量，因本次研究的預裂孔是分兩段進行裝藥，所以單孔裝藥量計算如下：

式中，r為炮孔半徑，mm；K為裝藥不耦合系數；

即單孔裝藥量 Q1＝100×3.14×0.552×1.3/3.52=9.99，取 10 kg。

孔距，因下段為間隔孔，所以 a2＝2×a1＝3 m；排距按以往經驗b2＝4 m；

裝藥深度按打孔深度的1/2計，H2＝17/2＝8.5 m；炸藥單耗降低1/3，取值q2＝0.3 kg/m3；即單孔裝藥量Q1＝0.3×3×4×8.5＝30.6 kg。

2.2.4 炮孔布設及起爆網絡

1）炮孔布設。根據上述爆破參數的取值，綜合1 895 m臺階現場情況，繪制復合型準預裂爆破炮孔布置圖，見圖9、圖10；

圖9 復合型準預裂爆破布孔圖Fig.9 Hole arrangement diagram of compound quasi-presplit blasting

圖10 復合型準預裂爆破布孔剖面圖Fig.10 Profile map of compound quasi-presplit blasting

2）裝藥結構及起爆網絡。根據復合型準預裂爆破的形式，裝藥結構按照圖8進行；為保證起爆的同步性和預裂效果，預裂孔先起爆，孔內采用導爆索起爆條狀乳化炸藥，主爆孔和緩沖孔采用毫秒導爆管雷管起爆，分別使用ms3、ms5、ms7。起爆網絡圖詳見11。

圖11 復合型準預裂爆破起爆網絡圖Fig.11 detonation network diagram of compound quasi-presplit blasting

3 爆破效果

從本次復合型準預裂爆破試驗研究情況來看，總體效果比較理想，主要體現在：預裂孔因采用深淺結合的形式進行布設打孔，打孔量整體減少了1/3；預裂孔裝藥結構的改變，從綁藥到裝藥的難易程度講，①由于所需綁扎藥卷量減半，人力和竹片的消耗縮減1/2，綁扎時間減少1/2；②由于藥卷采用竹片綁扎，曲變度小，孔深減半裝藥難度變得相對容易，跟以往常規預裂爆破對比，預裂孔每孔裝藥時間縮減約2 min；爆后效果，現場人為感觀爆破震動較小，爆堆的形狀良好，大塊率少，且邊坡線較為平直，見圖12所示；爆堆鏟裝完成后，現場查看評估，巖壁基本完好，孔痕率達60%，根底基本不存在，見圖13。

圖12 爆破后邊坡效果圖Fig.12 Side slope effect picture after blasting

圖13 爆破鏟裝后邊坡效果圖Fig.13 Side slope effect picture after blasting shovel loading

5 結語

復合型準預裂爆破試驗研究所選取的爆破參數合理，爆破基本達到預期的果，可應用于礦山終了邊坡的爆破施工。

1） 相對常規預裂爆預裂孔打孔量破減少一半、綁扎藥卷人力和竹片的消耗減少一半、每孔裝藥時間縮減約2 min，爆后邊坡線較為平直、大塊率少、巖壁基本完好，孔痕率達60%，不存在根底；

2）爆破試驗結果參數選取合理，可運用于礦山終了邊坡的爆破施工，同時也可為同類型礦山邊坡爆破施工提供一定的參考。