露天礦山工程邊坡控制性爆破施工技術(shù)研究

孫野

摘要：分析研究邊坡控制性爆破施工技術(shù)的必要性，詳細(xì)闡述了邊坡控制性爆破施工技術(shù)在爆破參數(shù)、爆破施工流程等方面的設(shè)計(jì)方案。以某露天礦山為例闡述了實(shí)施爆破前的地質(zhì)地貌的勘測(cè)工作，在獲得其地層巖性構(gòu)成情況具體數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，實(shí)施了設(shè)計(jì)方案，并對(duì)爆破過(guò)程進(jìn)行測(cè)試和分析。實(shí)踐證明，采用邊坡控制性爆破施工技術(shù)，進(jìn)行露天礦山工程邊坡控制性爆破施工，可以實(shí)現(xiàn)邊坡不同位置的同步、同規(guī)模爆破，確保施工質(zhì)量的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：露天礦山工程；邊坡施工；控制性爆破；技術(shù)研究

0? ?引言

在礦山工程開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程中，往往需要進(jìn)行大規(guī)模的露天巖體開(kāi)挖[1]。從提高工作效率的角度出發(fā)，為了能夠最大限度地保證工程進(jìn)度和預(yù)期的安全、質(zhì)量目標(biāo)，使得礦山開(kāi)采項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益得到進(jìn)一步提升[2]，爆破施工技術(shù)成為了巖體開(kāi)挖工程應(yīng)用較為普遍的施工方法之一。

1? ?研究邊坡控制性爆破施工技術(shù)的必要性

露天礦山的爆破施工會(huì)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性造成不利影響，不僅會(huì)給礦山開(kāi)采工程帶來(lái)一定的安全隱患[3]，同時(shí)也會(huì)降低礦山開(kāi)采的效率。為了解決這一問(wèn)題，采用適當(dāng)措施對(duì)爆破施工過(guò)程進(jìn)行有效控制極為必要[4]?，F(xiàn)階段微差爆破和不耦合裝藥都是較為常見(jiàn)的控制手段。除此之外，增設(shè)預(yù)裂縫也是較為常見(jiàn)的降低爆破振動(dòng)對(duì)邊坡巖體損傷的方式之一[5]。

但是上述方法在控制精度方面仍存在進(jìn)一步優(yōu)化的空間。為此，我們開(kāi)展了露天礦山工程邊坡控制性爆破施工技術(shù)研究，并通過(guò)測(cè)試的方式分析驗(yàn)證了該項(xiàng)技術(shù)在礦山開(kāi)挖工程中對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生的積極作用。

2? ?邊坡控制性爆破施工技術(shù)設(shè)計(jì)方案

2.1? ?爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)

2.1.1? ?潛孔鉆機(jī)的選用

實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡控制性爆破施工質(zhì)量的有效控制，對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)是極為必要的[6]。在預(yù)裂爆破階段，將CM351型履帶式高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)和T35、T40型履帶式頂錘式潛孔鉆機(jī)設(shè)置為爆破孔及緩沖孔的鉆孔裝置[7]。

2.1.2? ?布設(shè)緩沖孔和填裝炸藥

對(duì)于緩沖孔的設(shè)計(jì)，其間距在2.0m以上，其孔徑以90mm為宜。緩沖孔與預(yù)裂孔的排距也在2.0m以上。采用?70乳化炸藥作為爆破材料，對(duì)緩沖孔進(jìn)行連續(xù)裝藥處理。

結(jié)合礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)的硬度及其振動(dòng)傳導(dǎo)性能，可對(duì)緩沖孔的孔徑進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整[8]。當(dāng)?shù)V山地質(zhì)結(jié)構(gòu)的硬度較高、振動(dòng)傳導(dǎo)性能較低時(shí)，可以適當(dāng)增大緩沖孔的孔徑；當(dāng)?shù)V山地質(zhì)結(jié)構(gòu)的硬度較低、振動(dòng)傳導(dǎo)性能較高時(shí)，可以適當(dāng)縮小緩沖孔的孔徑。通過(guò)這樣的調(diào)整，可最大限度保障邊坡區(qū)域不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)取得相同的爆破效果性。

2.1.3? ?布設(shè)預(yù)裂孔和填裝炸藥

對(duì)預(yù)裂孔進(jìn)行設(shè)計(jì)，其間距為0.80m，孔徑為90.0mm。在具體實(shí)施階段，填裝乳化炸藥作為爆破材料，并在孔底放置2倍的加強(qiáng)藥量，裝藥密度在325～425g/m，以確保其爆破性能。在距離孔口1m的位置，充填炮泥或巖粉予以堵塞。其孔徑的調(diào)整原因和調(diào)整方法，與緩沖孔相同。

2.1.4? ?布設(shè)爆破孔和填裝炸藥

在布設(shè)爆破孔時(shí)，其間距和排距分別設(shè)置為4.20m和3.60m。爆破孔的孔徑控制在110.0～120.0mm區(qū)間范圍內(nèi)。在具體實(shí)施階段，采用乳化炸藥作為爆破材料，對(duì)爆破孔進(jìn)行連續(xù)裝藥。為了最大限度保障裝藥的精準(zhǔn)性，降低由于炸藥量的差異出現(xiàn)爆破效果異常的問(wèn)題，炸藥采用人工裝填方式，并利用木棍或竹棍對(duì)炸藥進(jìn)行搗實(shí)處理。采用巖屑或黏土對(duì)爆破孔的封口處進(jìn)行堵塞，以此避免出現(xiàn)炸藥外漏等情況。填裝的炸藥量，執(zhí)行單耗炸藥量0.5～0.6kg/m3的標(biāo)準(zhǔn)。

按照上述方式，對(duì)邊坡爆破施工的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在實(shí)施階段進(jìn)行有效控制，可從根本上改進(jìn)爆破效果、提高施工質(zhì)量。

2.1.5? ?預(yù)計(jì)爆破效果

實(shí)施爆破時(shí)，設(shè)置多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。預(yù)期每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)之間在X、Y、Z三個(gè)方向的振動(dòng)速度的差值不大于0.30m/s；每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)之間在X、Y、Z三個(gè)方向的矢量合速度的差值不大于0.15m/s。

2.2? ?爆破施工流程的設(shè)計(jì)

在對(duì)邊坡的控制性爆破施工參數(shù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，在具體施工過(guò)程中，充分考慮了爆破之后脫落大體積巖體對(duì)露天礦山工程邊坡產(chǎn)生的二次振動(dòng)作用，因此在爆破施工過(guò)程中引入了解小工序。邊坡控制性爆破施工流程如圖1所示。

由圖1可知，邊坡控制性爆破施工流程的具體步驟，共分為8個(gè)階段。

在施工準(zhǔn)備階段，需要準(zhǔn)備施工所需的材料、設(shè)備，對(duì)待爆破的露天礦山環(huán)境進(jìn)行地質(zhì)勘探，為爆破階段各個(gè)爆破點(diǎn)炸藥使用量的設(shè)計(jì)提供可靠基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)布孔和測(cè)量定位兩個(gè)階段，主要是按照前述設(shè)計(jì)方案中的設(shè)置的參數(shù)，確定爆破孔及緩沖孔的鉆孔位置。

在對(duì)巖體進(jìn)行靜態(tài)破碎處理后，利用機(jī)械對(duì)破碎進(jìn)行解小。這樣做的目的是避免造成大規(guī)模的巖石脫落，避免對(duì)周?chē)吰碌姆€(wěn)定性造成破壞。對(duì)于解小的破碎巖體結(jié)構(gòu)，具體的解小標(biāo)準(zhǔn)以邊坡的高度為基準(zhǔn)進(jìn)行控制。當(dāng)邊坡的高度在10.0m以下時(shí)，解小后的巖體結(jié)構(gòu)應(yīng)在20.0m3以下；當(dāng)邊坡的高度在10.0m以上時(shí)，解小后的巖體結(jié)構(gòu)應(yīng)在10.0m3以下。之后再使用挖掘機(jī)將其運(yùn)送至裝料臺(tái)，完成對(duì)邊坡控制性爆破施工之后的處理工作。

按照上述所示的方式，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡爆破施工質(zhì)量的穩(wěn)定控制，最大限度保障爆破效果與預(yù)期目標(biāo)一致。

3? ?設(shè)計(jì)方案的實(shí)施和檢測(cè)分析

根據(jù)前述邊坡控制性爆破施工技術(shù)設(shè)計(jì)方案，以某露天礦山為例，在進(jìn)行地質(zhì)地貌勘測(cè)和分析的基礎(chǔ)上，采用實(shí)施了該設(shè)計(jì)方案，然后進(jìn)行了爆破檢測(cè)和分析。

3.1? ?地質(zhì)地貌的勘測(cè)

3.1.1? ?地質(zhì)勘測(cè)

經(jīng)勘測(cè)發(fā)現(xiàn)，該露天礦山的地質(zhì)為構(gòu)造侵蝕、剝蝕中的丘陵地貌，尤其是巖溶地貌特征最為突出。從前期地質(zhì)勘察的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，山體溶洞結(jié)構(gòu)發(fā)育較為明顯，而山體外層是溶洞結(jié)構(gòu)最主要的集中區(qū)域，這是影響爆破施工最主要的因素之一。

在受風(fēng)化及溶洞的影響作用下，山體表面有大量衍生的豎直和水平次生裂隙，使得巖體外部的強(qiáng)度相對(duì)偏低。在爆破施工過(guò)程中，因受到振動(dòng)而發(fā)生塌落的概率相對(duì)較大。

3.1.2? ?地貌勘測(cè)

在地質(zhì)勘測(cè)和分析的基礎(chǔ)上，對(duì)該礦山的地貌進(jìn)行勘測(cè)與分析。該礦山與現(xiàn)有高速公路緊鄰，山體呈現(xiàn)陡峭趨勢(shì)。爆破施工區(qū)域的地面標(biāo)高在+141～+158m區(qū)間范圍內(nèi)，具有一定的起伏，且地表起伏范圍相對(duì)較大。在礦山周邊環(huán)境中，農(nóng)作物、灌木等植被比較豐富。

3.1.3? ?勘測(cè)結(jié)果

經(jīng)過(guò)對(duì)該露天礦山地質(zhì)地貌的勘測(cè)，獲得了其地層巖性構(gòu)成情況的具體數(shù)據(jù)，如表1所示。

3.2? ?測(cè)試與分析

根據(jù)表1所示該露天礦山地層巖性構(gòu)成情況的具體數(shù)據(jù)，運(yùn)用邊坡控制性爆破施工技術(shù)開(kāi)展爆破施工，通過(guò)具體的測(cè)試結(jié)果，分析和驗(yàn)證邊坡控制性爆破施工技術(shù)的控制效果。

3.2.1? ?測(cè)試方法

在爆破區(qū)域設(shè)置了10個(gè)測(cè)試點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的編號(hào)分別為1-1～1-10，在此基礎(chǔ)上，對(duì)X、Y、Z向振動(dòng)速度進(jìn)行矢量合成，確定爆破振動(dòng)矢量合速度，以此分析該項(xiàng)技術(shù)的控制效果。

3.2.2? ?測(cè)試結(jié)果

按照上述測(cè)試方法對(duì)爆破區(qū)域的10個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)試并進(jìn)行了記錄，得出的測(cè)試結(jié)果如表2所示。

3.2.3? ?分析測(cè)試結(jié)果

根據(jù)表2所示的測(cè)試結(jié)果，對(duì)邊坡控制性爆破施工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析。從表2可知，X方向的振動(dòng)速度基本穩(wěn)定在0.45～0.75m/s區(qū)間范圍內(nèi)。最大值位于1-8測(cè)試點(diǎn)，其與最小值1-9測(cè)試點(diǎn)的差值為0.315m/s；Y方向的振動(dòng)速度基本穩(wěn)定在0.48～0.77m/s

區(qū)間范圍內(nèi)，最大值1-5測(cè)試點(diǎn)與最小值1-2測(cè)試點(diǎn)的差值為0.292m/s；Z方向的振動(dòng)速度基本穩(wěn)定在0.44～0.70m/s區(qū)間范圍內(nèi)，最大值1-6測(cè)試點(diǎn)與最小值1-5測(cè)試點(diǎn)的差值為0.266m/s。從上述分析可知，施行邊坡控制性爆破施工技術(shù)，在X、Y、Z三個(gè)方向的振動(dòng)速度之差穩(wěn)定在0.30 m/s的范圍以?xún)?nèi)，符合設(shè)計(jì)方案的預(yù)期。

在分析X、Y、Z三個(gè)方向振動(dòng)速度的基礎(chǔ)上，對(duì)其矢量合速度進(jìn)行分析。從表2可知，X、Y、Z三個(gè)方向的矢量合速度始終穩(wěn)定在0.60～0.74m/s區(qū)間范圍內(nèi)，最大值1-8測(cè)試點(diǎn)與最小值1-2測(cè)試點(diǎn)的差值為0.136m/s，該差值小于設(shè)計(jì)方案0.15m/s的預(yù)期。

由此可以得出結(jié)論：采用邊坡控制性爆破施工技術(shù)進(jìn)行露天礦山工程邊坡爆破施工，可以實(shí)現(xiàn)邊坡不同位置的同步、同規(guī)模爆破，可以確保施工質(zhì)量。

4? ?結(jié)束語(yǔ)

在礦山開(kāi)采過(guò)程中，爆破是必不可少的施工內(nèi)容之一。如何保障爆破的精準(zhǔn)性，成為備受關(guān)注的施工技術(shù)。

本文提出的露天礦山工程邊坡控制性爆破施工技術(shù)，充分考慮了炸藥量及其作用范圍，以及礦山地質(zhì)構(gòu)成屬性特征等因素，對(duì)邊坡不同位置實(shí)現(xiàn)同步、同規(guī)模爆破，保障了爆破振動(dòng)傳播的基本一致。

通過(guò)對(duì)露天礦山工程邊坡控制性爆破施工技術(shù)的設(shè)計(jì)與研究，希望能夠?yàn)榈V山爆破施工提供有價(jià)值的參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐小再，劉桐，何濤，等.基于數(shù)值模擬的漿砌塊石大橋爆

破拆除優(yōu)化研究[J].煤礦爆破，2023，41（2）：20-27.

[2] 張伍，張忠杰，肖傳玉，等.橫通道爆破施工條件下水平耦

聯(lián)隧道動(dòng)力響應(yīng)研究[J/OL].人民長(zhǎng)江，2023，06（12）： 1-10.

[3] 王超.毫秒延期爆破技術(shù)在喀斯特巖溶地區(qū)特大高邊坡施

工中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)（中英文），2023，52（11）： 66-70.

[4] 段寶福，于昭文，徐偉善，等. PE管道的爆破振動(dòng)響應(yīng)規(guī)

律及灰色關(guān)聯(lián)度分析[J/OL].工程爆破，2022，3（6）：1-11.

[5] 李尚.一種新型環(huán)保高效炸礁施工工藝—水下CO2氣體膨

脹裂巖施工簡(jiǎn)介[J].珠江水運(yùn)，2023（9）：23-25.

[6] 周祥洋，汪日生，胡盼強(qiáng)，等.麗水機(jī)場(chǎng)配套工程臨近高速

公路復(fù)雜環(huán)境控制爆破技術(shù)實(shí)踐[J].建筑安全，2023，38（5）：

36-40.

[7] 楊景峰，冀玉豪，康蘭方，等.引水隧洞爆破開(kāi)挖對(duì)臨近隧

道振動(dòng)的影響及控制[J].河南城建學(xué)院學(xué)報(bào)，2023，32（2）：1-8.

[8] 劉家明，張俊儒，王智勇，等.硬質(zhì)地層下近接隧道爆破振

動(dòng)影響分區(qū)及動(dòng)力響應(yīng)研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2023，60（2）：

125-137.