红云滩西矿预裂爆破浅谈

陈冲 肖斌

摘 要：红云滩西矿自2007年露天开采以来，为保护边坡稳定，形成阶梯式开采，一直采取预裂爆破方式控边坡成型。经过不断的尝试改进，取得了良好的效果，边坡成型良好、稳定，半孔率达到95%以上。以下就些许经验，抛砖引玉与大家共同交流。

关键词：红云滩西矿；预裂爆破

1 预裂爆破基本原理

预裂爆破的基本原理是综合利用缓冲原理、等能原理、断裂力学机理和应力叠加原理，结合爆破现场实际情况，通过合理的设计其爆破孔网参数、装药参数及装药结构和起爆网路达到其主要技术要求。所谓缓冲原理就是优选合适的炸药和装药结构，以缓和爆轰压力对岩石孔壁的冲击作用，减少或避免粉碎区和次生裂缝的产生，使爆炸能量得到合理分配和利用。其方法一是选用爆速低、猛度小和威力大的炸药（根据实际情况，本矿山选用膨化硝铵炸药）；二是采用具有合理的不耦合系数及装药结构形式的不耦合装药。

等能原理是指选择合适的装药量，使每个炮孔产生的爆炸能与每个孔担负的预裂面积所需要的能量相等，没有多余的能量造成其他破坏性裂隙，即预裂爆破的药量恰好等于分离岩体并形成一定的断裂面积所需要的药量。

应力叠加原理，即为了控制裂隙面仅沿炮孔中心连线形成。应用应力叠加理论需要沿预裂面布置一排适当加密的炮孔，并同时起爆，在炮孔连线上形成应力叠加，使叠加后的拉应力大于岩石的抗拉强度，而其他方向的爆破拉力低于岩石的强度，裂隙仅沿炮孔中心连线形成。

断裂力学机理：由于岩石是一种各向异性的多裂隙脆性材料，岩体内存在着某些自然裂纹，在高压爆生气体作用下，孔间拉应力使原有裂纹呈张开型。如果其应力强度因子大于岩石的断裂韧性，裂纹将扩展；如果应力强度因子大于大于岩石的断裂韧性，裂纹将高速扩展；如果应力强度因子小于岩石的断裂韧性，裂纹将停止扩展。

总上所述，预裂爆破的力学理论是岩体爆破成缝机理的基础，在岩体爆破成缝过程中，应力波和爆生气体共同作用的结果形成了贯通裂缝，其中，爆生气体起着决定作用。预裂爆破裂隙形成的全过程大体可分为开裂、扩展和止裂3个阶段：在成排孔预裂爆破时，爆生气体以较高的压力峰值瞬间作用于炮孔壁上并使孔壁四周产生许多径向微裂纹，其大小和方向是随机的；随后在压力作用下继续扩展；由于相邻炮孔的存在，改变了炮孔壁附近环向应力分布，造成炮孔间连心线方向上的拉应力集中，由于岩体的抗拉强度最小，最易发生拉断或剪断破坏。所以，岩体在爆生气体的准静态压力作用下，在炮孔间连线方向形成的集中拉应力首先大于岩体的动态抗拉强度，从而产生开裂裂缝。岩体在炮孔壁处产生开裂缝以后，改变了内部应力分布，此时，爆生气体尚未楔入裂缝内。然而，由于开裂缝的存在，使得裂缝尖端区域内的应力强度因子大于岩体的动态断裂韧性，导致岩体在炮孔连线方向上造成张开型断裂破坏。随着裂缝向相邻炮孔方向的扩展，爆生气体开始逐渐楔入裂缝内，进一步改变了岩体的受力状态。由于爆生气体的作用持续了一段时间，而且岩体内空腔体积增大，加之气体的泄漏等，作用于炮孔壁上的压力已有明显的降低。当裂缝扩展到一定长度和孔壁压力降到一定值时，在此条件下，若裂缝尖端区域内的应力强度因子小于岩体动态平面应变断裂韧性值，就会发生裂缝。

2 预裂爆破具体施工步骤及注意事项

2.1 地质情况的收集与了解

爆破工作，是以爆破作为技术手段，以达到施工目的。而矿山爆破的作用对象是岩石，所以要做好爆破工作，必须先了解我们的施工对象——岩石。预裂爆破要达到良好的效果，同样需要我们先了解施工部位的岩石性质、岩体构造、地质状况。这是我们确定爆破方案的依据。红云滩矿区地表有少量砂及砾石、碎石块，局部有盐渍土；矿体的顶底板围岩多为安山质晶屑凝灰岩、安山质凝灰岩，个别工程中可见矿体底板为花岗岩。矿区内的矿石为磁铁石英岩，坚硬较稳固。岩石的物理力学性质参数如下：

体重：矿石：3.76 t/m3

岩石：2.6 t/m3

硬度系数（f）：矿石10～12

岩石：6～8

松散系数：矿、岩均为1.5。矿区地质构造比较发育。

2.2 工作面的安排与预裂孔的布置

为了减小震动，降低爆破的后坐力，须将工作面控制成沿预裂边的细长条形（图1）。根据爆破理论，自由面越多越完整，爆破震动越小。如图1所示，在预裂孔前排布置一排或两排爆破孔，既能保证良好的自由面，又能控制起爆药量。预裂孔长度应比爆破区域长L，如图1缓冲区S，L的长度根据炮孔直径，及岩体的完整性确定，本矿山一般取值4 m。

预裂孔间距确定，炮孔间距一般取孔径的8～12倍。岩石硬，取大值，岩石软，取小值。岩石完整取大值，岩石破碎，取小值。

2.3 穿孔质量控制

预裂爆破的最终效果是要形成平整规则的预裂面，预裂面半孔率要达到80%以上。所以预裂爆破效果如何，预裂孔的质量非常重要。根据我们多年预裂爆破的经验，在整个预裂爆破的过程中，预裂孔穿孔环节对最终效果的影响达到50%以上。方位、倾角这是对预裂孔穿孔的两个最重要的技术要求。如图2所示，a为方位角。现场施工时，采用前后桩的方法确定方位角，即分别在b，c两点垂直水平面树立两个桩子，让钻杆跟两根桩子处于同一平面即可。倾角如图4中设计边坡角度。穿孔过程中应不断地观察岩石硬度的变化，并记录在案以备计算药量及装药时提供依据所用。

2.4 装药

预裂孔采用不耦合，不连续装药方式。装药的过程中药包应尽可能地避开岩石破碎的位置。线装药密度一般采用工程类比法，并从实际爆破效果进行论证。孔底加强一般为线装药量的3～4倍，岩石硬则取大值，软则取小值，装药长度一般为1～1.5m。装药示意图如图3所示。

2.5 缓冲孔的使用

当岩体特别破碎或岩石性质特别脆时，应增加缓冲孔以加强对预裂面的保护。缓冲孔的布置如图4所示。

缓冲孔的装药量一般为爆破孔的一半左右，底部装药，适当充填后，上部不充填。

2.6 起爆顺序

爆破网络设计时，预裂孔应先于爆破孔起爆，一般时间间隔为先于50～100ms，缓冲孔与主题爆破孔一起起爆。

2.7 根据实际情况，不断调整

预裂爆破是一门实用经济的爆破技术手段，在高堑边坡的施工中应用广泛。爆破效果好的情况下可降低开挖成本、降低边坡危害等。但是在实际的爆破工作中，岩体情况、地质情况变化多端，常常出现许多不确定性因素。作为爆破技术人员，应随时根据岩体性质、构造地质、水文地质的变化不断地调整技术参数，灵活运用所学知识服务矿山才是对我们的最终要求和最基本的要求。以上皆为个人浅薄之谈，盼能向大家多多学习交流。

参考文献

[1]李智.综采工作面开切眼深孔预裂爆破技术的应用探讨[J].科技创新与应用，2016，（3）：124-124.

[2]尹吉，王明君.预裂爆破技术在某露天矿中的应用[J].露天采矿技术，2014，（9）：65-67.

（作者单位：1.广安市矿山救护大队；2.新疆地矿局第四地质大队）