邊坡控制爆破技術(shù)在綠色礦山建設(shè)中的應(yīng)用

張玉淋

(福建省天玉方圓礦業(yè)有限公司, 福建 龍巖市 364000)

綠色礦山建設(shè)是全面貫徹中國共產(chǎn)黨十九大生態(tài)文明建設(shè)精神,認真落實習(xí)近平生態(tài)文明思想的重要舉措。綠色礦山成為我國礦山發(fā)展的主旋律,守護青山綠水,建設(shè)綠色礦山,就是補益生態(tài)的金山銀山,“綠水青山就是金山銀山”的理念已成為全社會的共識。

露天礦山終了邊坡爆破施工對于邊坡穩(wěn)定性、邊坡復(fù)綠等有重大影響,實施邊坡控制爆破技術(shù)能夠減小爆破對終了邊坡的破壞作用,避免產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害,減少邊坡危石,為后期綠色礦山建設(shè)中邊坡掛網(wǎng)復(fù)綠提供較為完整的邊坡面。因此,對終了邊坡實施控制爆破具有重大意義,是露天礦山開展綠色礦山建設(shè)的必要舉措。

1 工程概況

福建省龍巖市某采石場開展綠色礦山建設(shè),＋665 m平臺綠化帶和排水溝已建設(shè)完畢,但綠化帶外緣距該平臺爆破開挖邊界線還有厚度為3～5 m不等的礦體(見圖1),且未到達預(yù)留爆體的邊坡線。若采用深孔臺階松動爆破,勢必會將已建好的綠化帶和排水溝破壞。礦山要求在保護終了邊坡、保護＋665 m平臺綠化帶和排水溝設(shè)施的前提下,回采平臺外部3～5 m厚的礦體,且礦山無法提供預(yù)裂爆破所需的導(dǎo)爆索。

圖1 +665 m平臺示意

礦山以花崗巖為主,致密堅硬,抗壓強度較高,穩(wěn)固性較好。但礦體頂面覆蓋的浮土和強風(fēng)化巖的強度及穩(wěn)固性隨巖土體的含水情況有較大變化,旱季較高。礦區(qū)工程地質(zhì)條件簡單-中等,巖石裂隙含水性弱,地下水貧乏,礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡單。

2 控制爆破技術(shù)設(shè)計

2.1 總體設(shè)計

設(shè)計原則:

(1)遵守國家安全生產(chǎn)法律法規(guī),執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范;

(2)嚴格控制炸藥爆炸對邊坡的破壞作用;

(3)嚴格控制單段爆破藥量和起爆順序;

(4)控制爆破飛石與爆破振動;

(5)確保爆破效果與裝巖效率。

根據(jù)現(xiàn)場實際勘查并結(jié)合爆區(qū)周邊環(huán)境、巖石性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造及水文條件,擬采用孔徑D=90 mm的炮孔、直徑d=32 mm炸藥、工業(yè)電子雷管起爆網(wǎng)路的深孔臺階控制爆破方法。控制爆破孔布置在距離綠化帶外邊緣1.5 m處(見圖2)。

圖2 炮孔布置(單位:m)

2.2 炮孔布置

孔網(wǎng)參數(shù)的選取對爆破效果產(chǎn)生直接影響,科學(xué)合理地確定孔網(wǎng)參數(shù)是保障爆破效果、減少爆破有害效應(yīng)、實現(xiàn)爆破預(yù)期性控制的有效措施。本工程爆破參數(shù)的選取主要考慮減少對終了邊坡的破壞、保護＋665 m平臺的綠化和水溝設(shè)施的條件下,盡量保證礦石的爆破效果,控制大塊率,降低礦石的二次破碎和鏟裝成本。

2.3 裝藥結(jié)構(gòu)與單孔藥量

根據(jù)薩達夫斯基爆破振動強度公式可知,最大單段藥量決定了爆破振動強度大小,因此如何在確保爆破效果的前提下控制爆破振動強度是難點之一。

由于該礦山無法提供導(dǎo)爆索,因此只能采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),將藥卷連續(xù)綁在PVC管上,PVC管在受保護的邊坡一側(cè),藥卷在爆破自由面一側(cè)。為提高藥卷之間的傳爆性能,將藥卷兩端的包裝袋切除。為避免爆破根底,底部3 m范圍作為加強段,單節(jié)綁2～3根藥卷,在距孔底3 m以上炮孔段(長9 m),單節(jié)只綁1根藥卷,孔口段4 m用炮泥填塞,爆破參數(shù)見表1。

表1 爆破參數(shù)

礦體厚度在4 m以內(nèi)的區(qū)域只布置單排炮孔,根據(jù)抵抗線大小,底部3 m加強段單節(jié)綁2～3根藥卷(0.3 kg/根,0.33 m/根)(見圖3)。在礦體厚度超過4 m的區(qū)域布置2排炮孔,前排孔作為主爆孔,后排孔作為控制爆破孔,后排孔底部3 m加強段單節(jié)綁2根藥卷(見圖4)。控制爆破孔間距為2.0 m,主爆孔間距為3.5 m。

圖3 裝藥結(jié)構(gòu)Ⅰ(單位:m)

圖4 裝藥結(jié)構(gòu)Ⅱ(單位:m)

(1)裝藥結(jié)構(gòu)Ⅰ單孔藥量計算。底部加強段藥量:3根/節(jié)×0.3 kg/根×9節(jié)=8.1 kg;中部正常段藥量:1根/節(jié)×0.3 kg/根×24節(jié)=7.2 kg;單孔藥量Q1=15.3 kg。

(2)裝藥結(jié)構(gòu)Ⅱ單孔藥量計算。底部加強段藥量:2根/節(jié)×0.3 kg/根×9節(jié)=5.4 kg;中部正常段藥量:1根/節(jié)×0.3 kg/根×24節(jié)=7.2 kg;單孔藥量Q2=15.3 kg。

2.4 起爆網(wǎng)絡(luò)

控制炸藥爆炸對邊坡的破壞作用,并得到穩(wěn)定、完整的終了邊坡,是本次爆破的重點,因此,要以高精度毫秒延期雷管引爆炸藥,精確控制每個炮孔的起爆時間,把炸藥量在時間上和空間上進行合理分配,控制最大單段藥量,確保爆破效果的同時也控制爆破危害。

本工程設(shè)計的起爆順序:控制爆破孔→主爆孔。借鑒大量爆破工程經(jīng)驗,雷管間的延期時間設(shè)置為15～75 ms能得到較為理想的爆破效果。本工程控制爆破孔以每6個孔作為一組齊發(fā)起爆,每組之間延時20 ms,主爆孔與控制爆破孔的排間延時為200 ms,主爆孔的孔間延時為15 ms。在距孔底1 m和距孔口5 m處各布置一發(fā)電子雷管同時引爆,起爆網(wǎng)絡(luò)如圖5所示。

圖5 起爆網(wǎng)絡(luò)

2.5 爆破效果

該采石場采用上述的控制爆破技術(shù)進行爆破,達到了預(yù)期的爆破效果。

(1)半孔率達90%以上,坡面較平整,邊坡頂部填塞段平整度較一般,填塞段以下的坡面上無浮石、危石;

(2)終了平臺無拉裂現(xiàn)象,需要保護的平臺綠化帶完好無損;

(3)爆堆較集中,爆堆毛石松散度均勻,裝巖效率高;

(4)大塊率低,無邊坡根底,二次破碎量少;

(5)爆破后沖效應(yīng)控制良好,爆破振動小。

爆破后終了邊坡完全滿足掛網(wǎng)、復(fù)綠等綠色礦山邊坡治理需要。因爆破效果理想,掛網(wǎng)、復(fù)綠等終了平臺的保護和終了邊坡治理工程難度小、效率高、成本低。

3 技術(shù)原理與特點

本次控制爆破技術(shù)原理與預(yù)裂爆破原理大體相同,是在爆破器材受限制的條件下,在預(yù)裂爆破技術(shù)基礎(chǔ)上的創(chuàng)新。本次控制爆破是在距離受保護的綠化帶1.5 m安全距離外鉆鑿一排孔距與最小抵抗線相匹配的控制爆破孔,在缺乏導(dǎo)爆索的條件下,采用不耦合連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),控制爆破孔先于主爆孔起爆,爆炸應(yīng)力波在炮孔間沿徑向傳播,在此作用下,控制爆破孔之間形成徑向裂縫,后在高壓爆炸氣體的作用下裂隙進一步擴大,以緩沖、反射主爆孔的爆破振動波控制其對終了邊坡的破壞影響,從而在設(shè)計開挖輪廓面上形成一個相對平整的邊坡面,爆破后的邊坡面不受明顯破壞。

本次控制爆破技術(shù)是建立在預(yù)裂爆破技術(shù)基礎(chǔ)上的,因缺乏預(yù)裂爆破所需的導(dǎo)爆索,無法采用導(dǎo)爆索傳爆、間隔裝藥結(jié)構(gòu)的技術(shù),而采用炸藥傳爆、連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),并將藥卷兩端的包裝切除,提高炸藥的傳爆性能,避免產(chǎn)生盲炮或傳爆中斷。

通常預(yù)裂爆破施工需要采用竹片,而此次控制爆破用PVC管替代竹片,背朝受保護邊坡,將炸藥一根一根地綁在PVC管上,除固定炸藥的作用外,在炸藥起爆時對受保護邊坡起到了一定的保護作用。此外PVC管獲取容易,成本較低,應(yīng)用在控制爆破中也提高了綁定炸藥的效率,節(jié)約了人工。

4 總結(jié)

隨著爆破行業(yè)技術(shù)的不斷革新,邊坡控制爆破技術(shù)也與時俱進,不斷在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上創(chuàng)新與改進,推進爆破行業(yè)技術(shù)的進一步提升,為國家的建設(shè)發(fā)展提供技術(shù)支撐。本文研究的控制爆破技術(shù)爆破效果理想,接近于預(yù)裂爆破效果,坡面平整、半孔率高,完全滿足綠色礦山建設(shè)中終了平臺的保護和終了邊坡治理的工程需要。在缺乏導(dǎo)爆索或考慮不使用導(dǎo)爆索的條件下,為達到理想的終了邊坡效果,此控制爆破技術(shù)可以作為參考。由于綠色礦山建設(shè)需要一定的資金投入,部分中小型礦山、私企礦山的綠色礦山建設(shè)積極性相對較低,而工程控制爆破技術(shù)成本比預(yù)裂爆破和光面爆破低,能為礦山節(jié)約綠色礦山建設(shè)成本,可以作為綠色礦山建設(shè)工程的優(yōu)選方案之一。