大孔径垂直深孔在边坡控制爆破中的应用

王习文，刘 军，朱成剑

(江西铜业集团公司永平铜矿，江西铅山 334506)

1 引言

永平铜矿露天采矿场位于武夷山北麓江西省铅山县永平镇境内.设计境界南北长约1700m，东西宽约600～900m，设计规模为10000t/d，于1984年建成投产，投产至今已生产近30年。采区最高海拔标高474.7m，154m标高以上为山坡露天，154m标高以下为凹陷露天。采场台阶高12m。现已进入了深凹陷露天开采，最低已开采至北坑-2m，随着露天开采的继续进行，爆破对高陡边坡的潜在危害日益凸显，在临近高陡边坡爆破时，必须采取边坡控制爆破，精心设计爆破参数，优化装药结构，确保边坡的稳定与安全。

2 边坡控制爆破

2.1 基本概念

边坡控制爆破是指沿边坡线按设计边坡高度、坡度采用控制爆破技术进行边坡开挖的方法。边坡控制爆破是维护边坡稳定的重要技术措施，其基本方法有光面爆破和预裂爆破。永平铜矿临近边坡爆破时采用预裂爆破。

2.2 预裂爆破成缝机理

关于预裂爆破的成缝机理有三种解释:应力波干涉理论、以高压气体为主要作用的理论、爆炸应力波和高压气体联合作用理论［1］。第三种理论为大多数人接受。

联合作用理论可以用以下粗略模式来描述:爆炸应力波由炮孔向四周传播，在孔壁及炮孔连线方向出现裂缝，随后在爆炸气体作用下，使原裂缝延伸扩大，最后形成平整的开裂面。该模式将预裂成缝机理分为两个过程，即应力波的作用过程和高压气体的作用过程，第一个过程，应力波的作用:当它从孔壁向四周传开后，产生的切向拉应力超过岩石的抗拉强度而使岩石破裂。最初的裂缝出现在炮孔壁向外的短距离内。如果应力波在两孔之间能够发生叠加，那么，在此区段内，合成拉应力也能使岩石产生裂缝。这些裂缝给预裂面的形成创造有利的导向条件。

爆炸高压气体紧接着应力波作用到孔壁上，它的作用时间比应力波要长的多。孔周围便形成准静态的应力场。相邻炮孔相互作用，并互位应力场中。孔中连线方向产生很大的拉应力，孔壁两侧产生拉应力集中。如果孔的间距很近，则炮孔之间连线两侧全部是拉应力区，并达到足以拉断岩石的程度。

3 爆破方案

边坡控制爆破的目的是:改善爆破效果，首先要不形成根底、岩墙，减少大块;减小临近边坡炮孔爆破时对边坡岩壁的破坏程度;减小爆破地震对已形成边坡的影响［2］。为了达到上述效果，采用预裂爆破和逐孔爆破相结合的方法，主爆孔采用毫秒延期逐孔起爆，临近边坡炮孔实施预裂爆破，即沿设计边坡线打一排孔距减小的预裂孔。预裂孔减小装药量，采用不耦合装药结构。

4 爆破参数

4.1 预裂孔参数

当前国内露天矿山临近边坡深孔爆破，预裂孔直径大多在80～100mm之间［3］，而永平铜矿现有的穿孔设备为孔径250mm牙轮钻机，缺乏小孔径穿孔设备，所以采用孔径250mm的牙轮钻机穿凿预裂孔。经过长期的现场爆破实践和探索，总结出预裂孔爆破参数如下:

(1)孔径D:250mm。

(2)台阶高度H:12m。

(3)孔深L:12m。

(4)不耦合系数:预裂爆破一般均采用不耦合装药，参照国内矿山有关大孔径预裂爆破的有关文献资料，不耦合系数一般为3～5［3］，对坚硬岩石不耦合系数取小值，软岩取大值。永平铜矿预裂孔采用直径32mm乳化炸药药卷组合装药，不耦合系数为3.9～7.8。

(5)孔距a:一般取孔距a=(8～12)D，最高为17倍。原则是硬岩孔距大，软岩孔距小［4］。因矿岩坚硬，线装药密度较大，取孔距为2～3m。

(6)装药量:为克服炮孔底部夹制作用，孔底装药 12kg，然后按每延米 4kg、3kg、3kg、2kg、2kg、1kg、1kg、1kg的顺序装药17kg。每孔共装药29kg，装药高度8.5m。平均线装药密度3.41kg/m。

4.2 缓冲孔参数

在我国矿山采用大孔径垂直预裂孔爆破中，较多采用的是主爆孔和预裂孔之间布设一排缓冲孔。其中缓冲孔孔间距是正常主爆孔的1/2～2/3，缓冲孔与主爆孔排间距是正常主爆孔的1/2～2/3，缓冲孔装药量是正常主爆孔的35%～40%，一般采用中间分段间隔装药［5］。结合矿山实践，缓冲孔参数选为:

(1)孔径D:250mm。

(2)孔深L:13.5m。

(3)孔距a=4m。

(4)缓冲孔与预裂孔排间距取3m。

(5)缓冲孔与主爆孔排间距取4m。

(6)装药量与装药结构:采用直径150mm袋装乳化炸药，规格为12kg/袋。每孔装药12袋共144kg，孔底装药84kg，中间空气间隔2m，上部装药60kg。

(7)充填高度5.5m。

4.3 主爆孔参数

永平铜矿根据长期的现场爆破实践经验积累出了不同岩石类别的炮孔参数，主爆孔参数见表1。装药结构示意图见图1。

表1 永平铜矿中深孔爆破参数表

图1 炮孔剖面图

4.4 起爆网络和起爆顺序

为了减少炮孔同时起爆炸药量过大，对边坡造成破坏，主爆孔和缓冲孔采用毫秒导爆管逐孔起爆，预裂孔采用导爆索连接一次起爆，以利于形成预裂面。起爆时首先一次起爆所有预裂孔，然后再按设计顺序逐孔起爆主爆孔，最后起爆缓冲孔。预裂孔超前主爆孔至少50～100ms(硬岩取下限，软岩取上限)，以确保在主爆孔起爆前形成减震预裂带［6］。结合现场爆破实践及雷管段别，采取预裂孔超前主爆孔65ms起爆。起爆网络图见图2。

图2 起爆网络图

5 实施效果

(1)永平铜矿在临近边坡爆破时采用大孔径预裂孔和主爆孔逐孔起爆技术，通过控制预裂孔每孔装药量及装药结构、主爆孔一次爆破量，有效地降低爆破应力峰值，避免了预裂孔周围岩石的过粉碎，使爆破过程中形成了完整的边坡坡面。

(2)预裂孔先主爆孔起爆形成的预裂缝，也有效地阻隔了主爆孔爆破地震波的传播，起到了降低爆破震动的作用，减小了爆破震动对已有边坡的破坏。有效地保证了边坡的稳定与安全，为企业安全生产提供了保障。

(3)由于爆破效果良好，减少了二次边坡清理费用，为企业生产节约了成本。现场边坡控制爆破效果见图3。

图3 爆破效果图

6 结语

通过爆破实践，永平铜矿采用生产钻机进行大孔径的预裂爆破，取得了良好的效果，确保了边坡的安全与稳定，节约了成本，提高了现有设备的利用率。对同类型的矿山具有一定的参考意义。

［1］汪旭光.爆破设计与施工［M］.北京:冶金工业出版社，2011:247-249.

［2］刘赞平，李毅军，岳鑫，等.预裂爆破技术在露天大孔径深孔爆破中的应用［J］.河北冶金，2008(1):16.

［3］毕可程.大孔径预裂爆破技术在高村露天铁矿的实验与应用［J］.现代矿业，2011(7):85.

［4］高尔新，杨仁树.爆破工程［M］.徐州:中国矿业大学出版社，1999:200.

［5］汪旭光.爆破设计与施工［M］.北京:冶金工业出版社，2011:260.

［6］黄铁平.大孔径预裂爆破技术在云浮硫铁矿的应用［J］.化工矿物与加工，2004(11):37.