不同深度垂直炮孔爆破處理高陡邊坡的技術分析

陳小偉，肖明輝，韓志龍

（1.克州公安局治安管理支隊，新疆阿圖什 845350；2.哈密市公安局治安管理支隊，新疆哈密 839000；3.新疆恒遠爆破工程有限公司，新疆阿圖什 845350）

在露天礦山的邊坡分為臨時邊坡和最終邊坡，最終邊坡因為需要保留許多年，所以對邊坡的平整穩定性要求較高。要求邊坡平整穩定的主要目的是為了減少最終邊坡后續存在的落石滑坡等安全隱患。露天礦山最終邊坡絕大部分都是高陡邊坡，爆破開挖高陡邊坡時主要采用預裂爆破和毫秒延期分段起爆技術，這兩種技術既可確保邊坡平整穩定也可減少爆破振動對邊坡的影響。但在一些特大高陡邊坡或特殊地形情況下，難以沿坡面鉆鑿傾斜炮孔，致使預裂爆破技術難以應用，需要采取其它爆破開挖方式確保永久邊坡平整穩定。

木吉晉新鐵礦針對這種情況，探索采用了在邊坡坡面布置不同深度垂直炮孔，用非預裂爆破方法開挖的高陡邊坡，再結合液壓破碎錘對邊坡進行“刷坡”處理，最后形成的高陡永久邊坡平整穩定，邊坡質量符合要求經濟效果很好。由此可見，分析不同深度的垂直炮孔爆破處理高陡邊坡技術有著一定的現實意義。

1 礦山原設計最終邊坡爆破開挖方式存在的問題及解決方法

1.1 設計最終邊坡爆破開挖方式存在的問題

木吉晉新鐵礦位于新疆克州阿克陶縣，海拔約4000m，鐵礦石儲量豐富，礦石開采和廢石剝離均采用露天深孔臺階爆破，現開采臺階正面寬約200m。礦山原開采設計，每個臺階高10m、平臺寬4m，臺階坡面角70°，最終邊坡坡度53°。最終邊坡開挖采用預裂爆破。原最終邊坡爆破開挖方式及存在問題示意圖如圖1所示。

存在的主要問題：原開采設計20m高度需要兩個平臺，比20m高度需要一個平臺會多產生約8000m3的廢石剝離量，如圖1斷面圖所示的陰影部分為多產生的廢石面積。

1.2 初步優化的開挖方案

在確保安全情況，為了提高采礦經濟效益，礦山初步優化開采設計是將原先兩個平臺合并為一個平臺，原上下兩個10.65m長的最終邊坡變成一個長21.3m的最終邊坡，但帶來施工問題是直接鉆鑿如此長的預裂炮孔，鉆孔技術難度大效率差，而且高度20m的臺階一次爆破爆破到設計平臺，一次鉆孔20m以上，鉆孔效率很低，爆破后爆堆太高鏟裝既不方便也不安全。因此初步優化后的方案是高度20m的臺階仍然分兩次爆破到設計平臺，每次爆破深度10m，其中上半部邊坡仍采取預裂爆破，下半部邊坡采用不同深度垂直炮孔爆破開挖，爆破后用液壓破碎錘對坡面進行“刷坡”處理。初步優化后的開挖方法處理的永久高陡邊坡，經工程驗收邊坡坡面平整穩定，符合設計要求，同時減少廢石開挖量。初步優化后的最終邊坡開挖方式示意圖如圖2所示。

1.3 最終爆破開挖高陡邊坡方案

鑒于采用不同深度的垂直炮孔爆破開挖加液壓破碎錘“刷坡”施工方法處理的下坡面效果很好，木吉晉新鐵礦決定進一步優化礦山高陡邊坡爆破開挖方案，將不同深度的垂直炮孔爆破開挖加液壓破碎錘“刷坡”處理方法推廣到整個坡面，取消上坡面的預裂爆破施工工序。采用這種方案處理后的坡面經工程驗收邊坡坡面平整穩定，符合設計要求，提高爆破施工效率明顯提高。現設計的最終邊坡開挖方式如圖3所示。

2 采用不同深度的垂直炮孔爆破開挖高陡邊坡的技術要點

采用不同深度的垂直炮孔爆破開挖加液壓破碎錘“刷坡”的施工方法處理永久高陡邊坡，與采用預裂爆破方法處理的永久高陡邊坡施工方法相比較具有邊坡質量基本相同、邊坡均平整穩定、爆破效率高的優點，但如不掌握其中技術要點，其邊坡質量會大打折扣，木吉晉新鐵礦針對采用“不同深度的垂直炮孔爆破開挖高陡邊坡的施工方法”進行許多有益探索，并總結出如下技術要點。

2.1 垂直炮孔的布孔方式要點

這種爆破開挖方式要求鉆鑿不同深度垂直炮孔，要點是炮孔位置設計、測量和鉆孔施工均要確保孔底處于與設計坡面平行的面上，中間有一定厚度30～40cm的墊層，避免炮孔孔底松動爆破后出現超挖。

2.1.1 垂直炮孔的布置原則

選取合適的孔網參數，同時要確保孔底要在設計的坡面及臺階上，爆破后邊坡和平臺平整要符合設計要求。考慮到露天礦山高陡邊坡臺階高度通常8～12m，坡面角通常在55°左右，作業面范圍較窄，采用孔徑?100mm潛孔鉆機鉆孔，通常只需布置2～3排炮孔，如圖4所示。

2.1.2 坡面垂直炮孔設計深度及實際布孔深度

由圖4可以得知，垂直炮孔1～3排設計深度分別是：

式中：θ——坡面角，（°）；

h——超深，m；

c——預留保護層厚度，m；

a1、a2、a3——孔間距，m。

現場布孔，如使用全站儀等光學儀器對每個炮孔進行測量計算，耗時長、工作量大，如果使用RTK進行測量，則簡便高效。由于露天礦山的地形地貌復雜，爆區地形很難是平坦的，實際布孔深度是設計炮孔深度加上現場孔位與平臺設計高程的差值t。如使用RTK，這時現場孔位與該平臺設計高程差值t，即為炮孔位置RTK天線高度（T1）與該平臺RTK天線高度（T2）的差值，這時炮孔布置深度公式為：

式中：T1——炮孔位置RTK天線高度；

T2——該平臺RTK天線高度。

2.2 爆破參數要不斷優化

高陡邊坡爆破參數必須根據爆破圍巖結構特性做針對性的優化設計，才能保證高陡邊坡處理效果。根據木吉晉新鐵礦不同深度垂直炮孔爆破處理高陡邊坡施工經驗，各爆破參數設計上需注意以下幾方面：一是鉆孔機具的孔徑選擇不宜大于120mm，否則，孔間距、排距取值就會變大，邊坡坡面平整度就會變差。二是孔深的設計既要考慮到超深又要考慮到保護層的厚度，同時鉆孔施工精度要高。三是設計的填塞長度要略大于最小抵抗線，可降低裝藥重心，增加炮孔孔底間貫通力度，可有效提高高陡邊坡坡面平整度，減少爆后液壓破碎錘“刷坡”的工作量。四是孔間距排距的設計。因為采用不同深度的垂直炮孔，為保證足夠的填塞深度，各排炮孔間距排距顯然是不同的，孔間距排距設計上原則是“排距大致相同，間距相應調整”，第一排炮孔間距小于第二排炮孔間距，第二排炮孔間距小于第三排炮孔間距。五是起爆網路宜采取同排多孔齊爆，這樣可增加炮孔孔底間爆破應力疊加，有助于炮孔孔底間貫通，進而提高高陡邊坡坡面平整度，但齊爆藥量不可過大，防止爆破振動過大對邊坡的破壞。

3 木吉晉新鐵礦不同深度爆破開挖高陡邊坡設計參數

3.1 高陡邊坡平臺參數

經過不斷優化，最終木吉晉新鐵礦處理永久性高陡邊坡確定為采用不同深度的垂直炮孔爆破開挖加液壓破碎錘“刷坡”的施工方案確。其平臺參數如下：露天礦臺階高度為20m，平臺邊坡設計坡角為65°，預留保護層厚度0.4m，最終形成邊坡坡度56.5°

3.2 高陡邊坡爆破參數

木吉晉新鐵礦高陡邊坡及主爆孔爆破參數如下：①每次爆破進尺深度10m；②鉆機孔徑100mm；③炸藥單耗（袋裝膨化硝銨）0.4kg/m3；其它爆破參數見表1。

表1 高陡邊坡爆破參數表

3.3 爆破網路

爆破網路使用導爆管雷管毫秒延期爆破，孔內使用MS10雷管，孔外使用MS3雷管，為了提高高陡邊坡坡面平整度，高陡邊坡上的不同深度兩炮孔及緊鄰的一個主炮孔，這三個炮孔同段齊爆，提高孔底貫通力。

4 應用效果分析

（1）采用不同深度的垂直炮孔爆破開挖高陡邊坡，起爆后現場檢查發現，高陡邊坡的巖層破碎現象明顯,巖石的塊度不大，適宜后期挖裝處理。后期采用液壓破碎錘進行“刷坡”修整，形成的坡面平整穩定與常用的預裂爆破技術施工質量基本相同，符合工程要求。

（2）綜合效益：每20m的平臺可節省爆破、挖裝、運載費用24萬余元，還可以節省廢石占用棄渣場的空間，經濟效益綜合效益都很可觀。

5 結語

對于一些不宜采用預裂爆破處理的永久性高陡邊坡，可在坡面布置不同深度垂直炮孔進行爆破處理，爆破施工中根據爆破圍巖結構特性不斷優化孔深、孔距、排距、填塞長度、裝藥量等爆破參數，爆破后形成永久性高陡邊坡的坡面角度、平整度基本符合要求，再采用液壓碎錘對坡面進行“刷坡”處理，處理后的永久性高陡邊坡平整穩定，施工質量完全符合永久性高陡邊坡質量要求，經濟效益明顯提高。