復(fù)雜環(huán)境下礦山露天開采爆破施工技術(shù)研究

李萬(wàn)川

摘要：礦山露天開采作為一種常見的采礦方式，其爆破施工技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高效率和安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。礦山露天開采環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)條件多變，加之炸藥的不確定性，使得爆破施工變得異常困難。針對(duì)此問(wèn)題，從爆破施工的流程、參數(shù)、優(yōu)化等方面進(jìn)行深入研究，旨在為礦山露天開采爆破施工提供可行的技術(shù)方案，以保障生產(chǎn)安全和高效率。

關(guān)鍵詞：礦山露天開采；爆破施工；復(fù)雜環(huán)境；技術(shù)研究

0? ?引言

礦山露天開采作為一種常見的采礦方式，具有開采效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于大規(guī)模開采。合理應(yīng)用礦山露天開采的爆破施工技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)高效率和安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。而爆破施工的優(yōu)劣直接影響到礦山的開采效果和經(jīng)濟(jì)效益，因此研究礦山露天開采爆破施工技術(shù)，對(duì)提高礦山生產(chǎn)效率和降低成本具有重要意義。

礦山露天開采環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)條件多變，加之炸藥的不確定性，使得爆破施工變得異常困難。爆炸震動(dòng)會(huì)導(dǎo)致周圍建筑物受到損害、地面塌陷、破碎度不足。如何在確保開采效率和經(jīng)濟(jì)效益的前提下，提高爆破施工的安全性和可靠性，成為礦山露天開采爆破施工技術(shù)研究的核心問(wèn)題。

1? ?礦山露天開采爆破施工技術(shù)研究?jī)?nèi)容

一是爆破施工流程。即通過(guò)對(duì)礦山露天開采爆破施工的流程進(jìn)行分析，以確定其中存在的問(wèn)題及原因。二是參數(shù)分析與優(yōu)化。即以爆破參數(shù)為研究對(duì)象，針對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析和優(yōu)化，如炸藥品種、藥量、單發(fā)能量等。三是爆破施工技術(shù)。即從已有的開采爆破技術(shù)中，挑選最為適用的技術(shù)方案。四是巖石力學(xué)。復(fù)雜環(huán)境下礦山露天開采所涉及的巖石力學(xué)問(wèn)題比較復(fù)雜，需要通過(guò)巖石力學(xué)研究來(lái)判斷爆破施工對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響，并提出相應(yīng)的施工措施。五是環(huán)境保護(hù)。在復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行礦山露天開采，環(huán)境保護(hù)也是非常重要的一個(gè)問(wèn)題。爆破施工對(duì)環(huán)境的破壞較大，需要通過(guò)環(huán)境保護(hù)研究來(lái)提出相應(yīng)的保護(hù)措施，確保施工不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染和破壞。六是安全研究。復(fù)雜環(huán)境下礦山露天開采爆破施工技術(shù)的安全性也是非常關(guān)鍵的一個(gè)問(wèn)題。要根據(jù)爆破原理合理放置，通過(guò)安全研究來(lái)提出相應(yīng)的安全措施，確保施工的安全性和可靠性。某礦山爆破堆結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2? ?爆破施工案例分析

2.1? 道路處理

2.1.1? 臨時(shí)道路建設(shè)

某項(xiàng)目C區(qū)虛渣排土場(chǎng)西側(cè)+2117m水平處需建設(shè)一條臨時(shí)道路，以便液壓挖掘機(jī)和鉆機(jī)通行。選擇采用液壓挖掘機(jī)開展輔助道路施工，并在不大于25%坡度下，將輔助道路鋪墊至C區(qū)上方的+2180m水平處。這條臨時(shí)道路寬度為5m，兩側(cè)設(shè)有安全擋，底寬不小于3m，頂寬不小于2m，高度不小于1.5m，以確保車輛通行安全。

2.1.2? 道路修筑與硬巖處理

由+2180m水平至C區(qū)頂部的道路，需根據(jù)地形沿山脊修筑。采用鉆孔爆破方法對(duì)硬巖進(jìn)行施工，通過(guò)鉆孔爆破，使挖掘機(jī)順利通過(guò)硬巖，方便道路修筑。

進(jìn)行鉆孔爆破時(shí)，需掌握爆炸點(diǎn)準(zhǔn)確位置和爆炸能量控制，避免對(duì)周圍環(huán)境和設(shè)備造成損害。采用交替循環(huán)甩渣的方式，清除修筑道路區(qū)域，確保道路平整且寬度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。平整完成后，即可開始修筑道路。

2.1.3? ?道路標(biāo)高調(diào)整

為了將道路修筑至C區(qū)頂部，通過(guò)鉆孔爆破沿臺(tái)階高度向下的方式進(jìn)行施工。施工過(guò)程中，嚴(yán)格控制道路坡度，確保車輛通行安全。針對(duì)C區(qū)頂部地形特殊性進(jìn)行平整處理，保障后續(xù)施工順利進(jìn)行。

鑒于C區(qū)地質(zhì)環(huán)境特殊性，采取穿孔、爆破倒堆下排的方法進(jìn)行標(biāo)高處理，達(dá)到平整目的。將整體高度降至設(shè)計(jì)剝離高度位置，使其形成大面積剝離平臺(tái)。然后對(duì)道路標(biāo)高進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整。

2.2? ?爆破方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.2.1? ?爆破方案設(shè)計(jì)考慮因素

針對(duì)C區(qū)地形起伏較大的特點(diǎn)，爆破方案需充分考慮地形條件，根據(jù)鉆孔水平和垂直方向的分布情況，合理布置淺孔、深孔的位置和數(shù)量。

對(duì)于深孔臺(tái)階的爆破設(shè)計(jì)，采取微差爆破技術(shù)可以有效地控制爆炸產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊波，達(dá)到減少對(duì)周圍環(huán)境和建筑物的影響的目的。

對(duì)于裝藥結(jié)構(gòu)方面，連續(xù)耦合裝藥可以提高爆破效果和控制爆炸產(chǎn)生的振動(dòng)。對(duì)巖性變化較大的特殊地段和特殊環(huán)境下，采用分層裝藥以適應(yīng)不同巖性，提高爆破效果，并減少對(duì)周圍環(huán)境的影響。需要強(qiáng)調(diào)的是，在實(shí)施爆破方案時(shí)，需有專業(yè)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和調(diào)整，以確保安全。

2.2.2? ?火區(qū)與非火區(qū)爆破裝藥選擇

火區(qū)爆破和非火區(qū)爆破的裝藥選擇有所不同。火區(qū)爆破需考慮火源及周圍環(huán)境的安全性。鑒于粉狀乳化炸藥爆炸過(guò)程中火苗持續(xù)時(shí)間極短，在爆炸氣泡形成后即被熄滅，減少了火源的形成，因此采用粉狀乳化炸藥。

而非火區(qū)爆破則主要采用現(xiàn)場(chǎng)混裝銨油炸藥，原因在于這種炸藥的靈活性較強(qiáng)，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配、靈敏度調(diào)整等需求。在水孔裝藥和起爆藥包方面，一般使用專門的可濕性裝藥和起爆藥包，以保證在水環(huán)境中爆破可靠性。而對(duì)于改炮部分，采用各種規(guī)格的成品乳化炸藥，以提高改炮效果，保證改炮成功率。

此外，在前排部分不規(guī)則區(qū)域，為避免抵抗線過(guò)大，可以使用鉆傾斜孔或加密孔的方法來(lái)改善爆破效果。需要注意的是，爆破方案的設(shè)計(jì)和實(shí)施需有專業(yè)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和調(diào)整，以確保安全和效果達(dá)到最優(yōu)。

2.2.3? ?淺孔臺(tái)階爆破調(diào)整

在進(jìn)行淺孔臺(tái)階爆破時(shí)，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。其中一個(gè)重要的目標(biāo)是要提高爆堆的延伸距離，同時(shí)減少挖掘機(jī)甩棄量。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，爆破網(wǎng)絡(luò)通常采用一種特殊的起爆方式——導(dǎo)爆管-導(dǎo)爆索排間微差起爆網(wǎng)路。裝藥結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

導(dǎo)爆管是一種管狀爆炸物，用來(lái)分布火藥的能量，使爆炸波的能量能夠沿著管壁傳播。而導(dǎo)爆索則是一種強(qiáng)度高、耐火耐激的導(dǎo)火索，用來(lái)傳遞火源，控制整個(gè)爆破過(guò)程。通過(guò)將導(dǎo)爆管和導(dǎo)爆索組合在一起，可以形成一個(gè)微差起爆網(wǎng)路，從而實(shí)現(xiàn)更加精確的起爆控制。

具體作業(yè)過(guò)程中，先將導(dǎo)爆管嵌入巖石中，再將導(dǎo)爆索緊密地勾連在一起，從而形成一個(gè)網(wǎng)格狀的爆破網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)適當(dāng)調(diào)整每個(gè)導(dǎo)爆管的長(zhǎng)度和位置，以及導(dǎo)爆索的數(shù)量和長(zhǎng)度，就可以控制整個(gè)爆破過(guò)程，實(shí)現(xiàn)更加精確的控制。需要注意的是，在淺孔臺(tái)階爆破過(guò)程中，需針對(duì)具體情況進(jìn)行其他方面的調(diào)整，比如選擇適當(dāng)?shù)谋ㄎ锪稀⒃O(shè)置合理的裝藥量、優(yōu)化爆破網(wǎng)絡(luò)等等。每一項(xiàng)調(diào)整都需要根據(jù)具體條件和需求進(jìn)行，以確保安全性和爆破效果最佳。爆破點(diǎn)位如圖3所示。

2.3? ?火區(qū)爆破技術(shù)要求

2.3.1? ?火區(qū)爆破溫度管理要求

在火區(qū)爆破裝藥過(guò)程中，溫度是一個(gè)非常關(guān)鍵的安全參數(shù)。一旦孔內(nèi)溫度超過(guò)50℃，就會(huì)被定為高溫區(qū)。這意味著裝藥爆破的作業(yè)必須立刻停止，必須對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行降溫處理。對(duì)此可采用注水降溫的方法，根據(jù)從外向內(nèi)、先低溫后高溫的原則，采用沿裂隙注水或注水孔注水方式，循序漸進(jìn)逐漸靠近火源中心，實(shí)行分離、孤立，然后逐步消除孔溫異常。當(dāng)溫度降至49℃以下且10min內(nèi)不反彈時(shí)，就可以按溫度異常區(qū)進(jìn)行管理。

2.3.2? ?溫度測(cè)量與監(jiān)控要求

在進(jìn)行火區(qū)爆破作業(yè)時(shí)，對(duì)于溫度的監(jiān)控和控制是非常重要的，這有利于避免火源和爆炸源的可能性，從而確保現(xiàn)場(chǎng)人員和設(shè)備的安全。

為了確保溫度的準(zhǔn)確測(cè)量，需要由三方聯(lián)合對(duì)計(jì)劃爆破區(qū)域的每個(gè)炮孔進(jìn)行測(cè)溫，以最高值為準(zhǔn)。測(cè)溫可以采用紅外線或熱敏電阻兩種測(cè)溫儀器，在部分區(qū)域需要同時(shí)使用兩種測(cè)溫儀器，最終以溫度高者為準(zhǔn)。

2.3.3? ?溫度異常區(qū)爆破作業(yè)要求

在溫度異常區(qū)進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，由于氣候和地質(zhì)條件的不確定性和不穩(wěn)定性，提高安全意識(shí)和正確的作業(yè)方法顯得尤為重要。此類溫度異常區(qū)通常天氣和地形突然變化，如強(qiáng)風(fēng)、暴雨、冰雪覆蓋以及懸崖峭壁等，因此在選擇爆破現(xiàn)場(chǎng)前，必須進(jìn)行充分的勘察和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果制定詳細(xì)的安全管理方案。

具體作業(yè)時(shí)，需要依據(jù)實(shí)際情況選擇不同顏色、不同長(zhǎng)度的導(dǎo)爆索，以避免錯(cuò)誤連接導(dǎo)致爆炸事故。導(dǎo)爆管的選擇也要考慮尺寸和密度的變化因素，可根據(jù)目標(biāo)巖石、地層物質(zhì)類型和指示設(shè)備精度要求進(jìn)行定制。同時(shí)在整個(gè)爆破過(guò)程中，必須明確分工并制定快速應(yīng)急措施，以迅速解決突發(fā)事件。

3? ?爆破施工流程分析

3.1? ?爆破施工流程

礦山露天開采爆破施工的流程包括：方案制定、布藥、鉆孔、裝藥、起爆、清理等步驟。在每一步驟中，都需要運(yùn)用石化、工程力學(xué)、礦山測(cè)量等多學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用，才能夠確保施工效率和安全性。

3.2? ?常見問(wèn)題

在礦山露天開采的爆破施工過(guò)程中，常存在以下問(wèn)題：爆破產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲對(duì)周圍環(huán)境造成影響，可能會(huì)帶來(lái)生產(chǎn)和環(huán)保隱患。地質(zhì)條件復(fù)雜，導(dǎo)致爆破效果難以預(yù)判，經(jīng)常出現(xiàn)爆破后尺寸不足等現(xiàn)象。施工現(xiàn)場(chǎng)工人作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，存在高溫、潮濕、缺氧等情況。

4? ?爆破參數(shù)分析與優(yōu)化

4.1? ?爆破參數(shù)概述

炸藥品種、藥量、單發(fā)能量等參數(shù)是影響礦山露天開采爆破施工的重要因素。其中，藥量的大小直接影響到爆破效果，而合理分藥量配有利于保證爆破效果和安全性。炸藥品種和單發(fā)能量則更多是根據(jù)爆破地質(zhì)條件的不同而選擇的。

4.2? ?參數(shù)優(yōu)化

通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)不同參數(shù)下的爆破效果進(jìn)行分析和優(yōu)化，以達(dá)到提高爆破施工安全性和效率的目的。

為了進(jìn)一步提高在溫度異常區(qū)進(jìn)行爆破作業(yè)的安全性和效率，在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估基礎(chǔ)上，可以采用實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)不同參數(shù)下的爆破效果進(jìn)行分析和優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可以選取一定數(shù)量的樣本，針對(duì)不同的爆破參數(shù)（如孔徑、孔深、裝藥量等）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和控制變量，然后通過(guò)數(shù)據(jù)分析和模型優(yōu)化，確定最優(yōu)參數(shù)組合，以提高爆破效果和降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

例如，針對(duì)不同溫度、風(fēng)速和潮濕度等因素，可以設(shè)計(jì)一系列實(shí)驗(yàn)，測(cè)試不同巖石粉狀乳化炸藥的爆炸速度和威力，并通過(guò)多元回歸分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定在不同溫度和潮濕度下最佳孔徑和藥量組合，以實(shí)現(xiàn)最佳爆破效果。同樣，可以進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)，測(cè)試不同孔深對(duì)地層物質(zhì)的炸裂效果，并找出最佳孔深范圍，以減小孔深誤差對(duì)爆破效果產(chǎn)生的影響。爆破孔誤差如圖4所示。

總之，通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析，可以為爆破施工提供科學(xué)依據(jù)和優(yōu)化方案，從而在保證安全的前提下，盡可能地提高爆破效率和降低成本。

5? ?結(jié)束語(yǔ)

礦山露天開采環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)條件多變，加之炸藥的不確定性，使得爆破施工變得異常困難。針對(duì)礦山露天開采爆破施工的問(wèn)題，本文進(jìn)行了深入的研究，分析了爆破施工流程、參數(shù)、優(yōu)化等方面，并提出了爆破模擬技術(shù)、GPS定位技術(shù)等多種技術(shù)對(duì)其進(jìn)行解決。在礦山露天開采爆破施工中，可以考慮以上技術(shù)手段的應(yīng)用，以確保礦山生產(chǎn)安全和高效率。

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