露天采矿边坡控制性爆破施工技术探析

    吴子雍

    摘? 要:露天采矿是一种常见的采矿模式,随着采矿深度增加,边坡高度相应增加,对稳定性提出了较高要求。在露天采矿中所面临的因素众多,尤其需要对爆破加以重视,这关系到了采矿的可行性与科学性,其中控制性爆破施工技术的有效应用,能够保证爆破过程中各项指标符合基本要求,可提高安全性,减少各类安全事故的发生。该文首先指出露天采矿边坡爆破存在的问题,然后总结了控制性爆破施工的技术要点,最后结合工程案例进行分析,以供参考。

    关键词:露天采矿;边坡;控制性爆破;技术要点

    中图分类号:TP491? ? ? ? 文献标志码:A

    控制性爆破,指的是采用科学的技术措施,对爆炸规模和能量进行控制,确保爆破声响、飞石、倾倒方向、坍塌范围等满足预期目标,从而提高施工安全性。在露天采矿边坡爆破中,调查发现目前存在一些问题,制定科学合理的爆破施工方案,提高边坡稳定性,成为从业人员的关注重点。

    1 露天采矿边坡爆破存在的问题

    1.1 方案设计问题

    边坡稳定性的影响因素,包括岩体强度、走向、完整性、节理发育等,爆破施工中必须考虑在内,将其作为爆破方案的设计依据。然而实际情况中,露天矿山开采期间,地质勘察工作不到位,对边坡岩体的物理力学性质掌握不全面,导致设计方案具有盲目性,从而影响爆破施工的安全性、合理性。

    1.2 钻孔质量问题

    钻孔是爆破施工的一个重要环节,爆破质量的好坏,会受到台阶高度、炮孔长度、边坡角度等因素的影响。结合以往实践,台阶高度过高、炮孔长度较大、边坡角度越小,对钻孔和装药的影响越明显。举例来说,如果边坡岩体存在裂隙、节理等现象,不利于爆破施工操作,容易出现钻孔位移、大块问题。

    1.3 爆破参数问题

    在控制性爆破施工中,主要的爆破参数有钻孔直径、炮孔间距、最小抵抗线等。一旦边坡表面凹凸不平,就会影响爆破参数的设置,继而降低了爆破质量。以盲炮现象为例,常出现在5个部位。1)底部抵抗线过大位置。2)台阶根部位置。3)废孔没有堵塞位置。4)孔网参数偏大位置。5)临空面位置。

    2 露天采矿边坡控制性爆破施工技术要点

    2.1 钻孔直径

    爆破施工期间,为了减小边坡振动,宜选择φ140孔径的单孔装药量,此时对爆破产生的振动具有良好的控制效果。结合实际施工,φ140炮孔的间距、排距较小,爆破完成后的石料大小均匀,有利于机械开挖和车辆运输。在大规模矿山开采中,缓冲、预裂、主爆区钻孔,均可以采用φ140孔径,同时配合使用液压潜孔钻机。

    2.2 孔网参数

    孔网参数设置主要如下。1) 孔距。孔距大小既影响装药量,又影响预裂壁面的质量。以往施工显示,保证2孔之间裂开的前提下,小间距壁面的质量要优于大间距壁面。结合公式A预=(7~10)D,选择适宜倍数,且软岩取大值、硬岩取小值。2) 排距。炮孔排距的设计,主要参考炮孔深度,结合相似岩石位置实验,可以得到缓冲孔和预裂孔、主爆孔之间的排距。3) 钻孔倾角。预裂孔布设在台阶警戒线上,倾角设置为60°;缓冲孔、主炮孔的倾角则设置為90%。4) 孔深。结合采矿区的台阶高度、钻孔超深数据,可以得到预裂孔的孔深、主爆孔的孔深,经计算后得到预裂孔的超深。5) 堵塞。预裂孔的堵塞长度,一般按照台阶高度的10%控制,和孔径大小无关。6) 炸药。在炸药类型上,国内多使用岩石炸药、乳化炸药,在导爆索上间隔绑扎,形成炸药串。在装药密度上,主要参考兰格弗斯经验表,并结合现场实际情况进行调整。

    2.3 装药结构

    采用不耦合装药模式,一方面可以减少孔壁与爆破药柱之间的接触,减轻爆破对边坡造成的影响;另一方面相邻孔壁岩石受到的振动小,不会形成明显的裂隙。在具体施工中,可采用轴向空气间隔分段装药技术,利用胶带在导火索上进行绑扎。随着孔洞深度增加,岩体的初始应力加大,此时要控制孔底的夹制作用,将炸药铺设在孔底1 cm~2 cm以上。

    2.4 质量控制

    2.4.1 精度控制

    依据《爆破安全工程》,要求预裂孔布设在一个布孔面上,孔洞的倾斜误差在1%以内。对此,施工中可使用自动纠偏的钻孔设备,或使用GPS系统、测量工具等进行复核,步骤有3个。1)摆正开口位置,调整钻架斜度,辅助使用斜尺、重锤等控制钻孔状态。2)钻进0.5 m、1 m、2 m后,停钻并调整斜度。3)缓慢持续加压,根据岩体性质、钻进速度确定钻孔压力。

    2.4.2 炸药安放

    在钻孔内安放炸药时,应该和导火索绑扎牢固,避免出现滑落现象。如果使用竹片进行装药,将竹片放置在岩体一侧;堵塞时优先选用编织袋,确保堵塞密实。

    2.4.3 减震措施

    预裂孔爆破时,产生的震动效应比正常台阶要大,减震措施如下:假设正常台阶的爆破允许单响药量为Q1,预裂爆破的单响药量控制在Q1的33%~50%,并对预裂孔顺序分区,采用25 ms延迟起爆法。

    2.4.4 预裂评价

    评价预裂爆破效果,一般依据半孔径率、裂缝宽度2个指标,以后者为例,良好的裂缝是5 mm~10 mm。如果边坡是硬岩体,预裂爆破后顶部岩石应保持完好;如果边坡是软岩,预裂爆破后不应出现漏斗等严重破坏。

    3 工程案例分析

    3.1 工程概况

    以国内某铜金矿山为例,矿山属于云英闪长斑岩、青盘岩化粉砂岩,节理发育,硬度属于中硬—较硬型。该矿床边坡主要是青盘岩化粉砂岩,密度为270 g/cm3,抗压强度为240 MPa,纵波波速为5 615 m/s,动弹性模量为71.5 GPa。考虑到开采作业面小,为了保证施工安全性,决定采用控制性爆破方案。

    3.2 爆破参数设计

    3.2.1 主爆孔

    计算得出孔距为7 m,排距为6.3 m,单孔装药量为250 kg,孔深、超深为14 m、2 m,填塞长度为7 m~8 m。

    3.2.2 缓冲孔

    计算得出孔距为5 m,抵抗线为5 m,单孔装药量为150 kg,超深为1 m,和预裂孔之间相距2 m。

    3.2.3 预裂孔

    计算得出孔距为2 m,超深为0.5 m,装药密度为1.25 kg/m,一次爆破数量为60个以内。

    3.3 爆破资料分析

    3.3.1 炸药单耗

    计算爆破漏斗时,孔内炸药分为集中药包、延长药包2种情况,并结合以往爆破数据。结果显示:采用集中药包方式,爆破漏斗偏大;采用延长药包,爆破漏斗和实际情况接近。先爆孔造成的自由面,决定了最小抵抗线,适当增加炸药单耗,可以减小后排孔的沖击力,对围岩产生保护作用。

    3.3.2 起爆方式

    总装药量和最大单段药量之间成正比,只有充分释放爆破能力,才能满足现场开采需求。对此,分别模拟逐排起爆、4孔起爆、斜线起爆3种起爆方式,结果显示:斜线起爆时,对于边坡的后冲力小,且将单段药量控制在600 kg,能获得良好的爆破效果。

    3.3.3 爆破参数

    缓冲爆破时,重点控制缓冲孔、预裂孔之间的距离,本工程按照2m控制比较合理。针对原预裂孔钻机作业效率低的问题,重新引入新型钻孔设备,并且进行参数计算和验证,得到干孔、水孔状态时的装药结构,作为爆破参数的重要依据。

    4 结语

    露天采矿是一种常见的采矿作业形式,边坡爆破施工中存在的问题主要是方案设计、钻孔质量和爆破参数等。该文从钻孔直径、孔网参数、装药结构和质量控制4个方面,介绍了控制性爆破施工技术要点,并结合工程案例进行分析。希望为类似工程提供经验借鉴,提高施工安全性。

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