夹山子白云岩矿矿区边坡治理预裂爆破专项施工设计

赵可凡

摘 要：本文结合酒泉夹山子白云岩矿露天矿山的实际地质情况，通过分析两种预裂爆破方法，来控制最终（境界）边坡的长期稳定，避免发生地质灾害，使矿山在设计服务年限内最终境界各台阶边坡坡面上不产生滑坡、滚石，从而保证矿山正常安全生产。

关键词：露天矿山；边坡；预裂爆破

中图分类号： TD235.4 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）32-69-2

1 工程概况

酒泉夹山子白云岩矿露天开采矿山、生产规模为15万t/a。目前有两个台阶，按照开采设计，到终了状态时，将形成达30m高边坡。目前看，该矿东端帮开始出现裂缝，并逐渐发展为连续滑坡周界，并可见坍塌及滚石。经对东端帮滑坡的监测与专家论证，滑坡区域对矿山安全生产造成极大的危害。

据此，矿山对边坡区域治理进行了设计。设计主要內容是对东端帮境界进行调整，同时对滑坡区域进行治理。因最终边坡相对高差较大，受岩体破碎、采场爆破震动、永久固定帮在解冻消融后增加滑移变形的影响，最终境界边坡有可能发生局部，或大面积垮塌造成次生灾害。

2 爆破技术方案

2.1 目前采用的预裂爆破方案

2.1.1 采场爆破参数

矿区采用现有设备潜孔钻，钻孔直径为D=150mm。预裂爆破的孔距为主爆孔的2/3，一般为孔径的8～12倍，爆破参数如下：

a=2m a为预裂孔孔距cm；

k=3.6 k为不偶合系数；

q线=2400g/m

为了减弱爆孔对固定帮的冲击，在主爆孔和预裂孔之间加一排缓冲孔，其爆破参数值一般为主爆孔的1/2～2/3，取为a×b=2.5×3.5～3.5×5。

2.1.2 采场爆破技术措施

①为了防止缓冲孔与主爆孔爆破时破坏边帮岩体，影响边帮的预稳定性，预裂孔长度必须超前缓冲孔与主爆孔爆破时产生的松动和破裂范围5～10m。预裂孔连线时最好铺设一条主爆导爆索线，各孔的导爆索均顺连在主爆线上，最后将主爆导爆索线顺连在起爆雷管后连入爆破总线。

②为了克服孔底的夹制性，在孔底直接加入10～20kg底药。预裂孔采用连续柱状装药方法。预裂药带装药应装均匀，密度不宜太大。

③用导爆索起爆，各孔的炸药能够同时起爆，保证炸药能量能够充分均衡作用于每个孔。预裂孔与主爆孔一起爆破时超前50～150毫秒，或超前主爆孔数日单独爆破。

④为了获得较整齐的预裂壁面，必须确保钻孔的精度，孔底的钻孔在垂直预裂面方向偏差不应超过15～20cm，在沿预裂面的方向沿境界线布孔。软岩预裂带装药高度较高，硬岩预裂带装药高度较低，填塞一般在1.5～3m，根据经验填塞时预裂孔上口冲击小，而且产生的飞石少。

⑤预裂孔装药时，各药卷用导爆索串联连接。为了保证导爆索不受拉伸的影响，应将预裂药带和导爆索捆绑在绳索上缓缓放入孔内，下端要接触到底部加药（保证底药能够起爆）。

2.1.3 爆破方法

预裂爆破的预裂孔一直采用线装药方式，采用线装药方式时需要大量吊装绳索（麻绳）、需根据不耦合系数加工药卷，装药过程中需采用竹竿托住药卷防止药卷粘贴在孔壁上，加工药卷与装药过程都费时费力。

矿山采用孔底集中装药预裂爆破取得明了显著效果，在预裂爆破装药时，特别要注意孔底夹制作用的影响。为克服夹制作用，在孔底适当增加线装药密度，增加药量。在孔底0.5～1.5m范围内增加药量，增加线装药密度的3～5倍；在孔底1.5～5m范围内增加药量，增加线装药密度的2～3倍；坚硬的岩石取大值，松软的岩石取小值。

集中装药不需要加工预裂袋及竹竿省时省力，遇到水孔是装乳化炸药即可，不存在炸药失效问题，能更好地保证西部固定帮预裂爆破效果，保证预留清扫平台边坡坡面的完好。

2.2 拟采用的预裂爆破方案（半孔装药预裂爆破）

2.2.1 预裂爆破区范围

预裂爆破钻凿炮孔时，潜孔钻车沿台阶坡面垂直布置，工作面宽度由根底处理宽度（一般为2m）、沿边距（2～3m）、钻车长度（4m）、钻车距边坡的安全距离（2m）组成。因此、预裂爆破区宽度为上述之和为10m。

因为边坡处理正常台阶采用φ140mm的孔径，考虑对保留岩体的破坏范围与破坏程度。选择预裂爆破区的孔径为φ100mm，布置一排预裂孔、两排缓冲孔及最前一排根底处理孔（主爆孔），形成预裂爆破区，预裂爆破区炮孔平面布置如图2-1所示。

第一排主爆孔主要作用是对前面φ140mm大孔遗留的根底进行爆破处理，并为第二排辅助孔形成良好的自由面。第二排辅助孔为缓冲孔爆破提供一个与保护对象相反方向的自由面，有利于减少爆破震动对边坡的危害。

2.2.2 预裂爆破钻爆参数

2.2.2.1 主爆孔、辅助孔爆破参数

①孔径：确定预裂爆破孔径的原则是：在有条件的情况下，尽量取小值，减少炮孔的直径。依据矿山大孔径炮孔进行预裂爆破经验，现有小型潜孔钻机移动灵活、小孔径炮孔不耦合装药量小，对保护边界的爆炸破坏小，确定选取炮孔直径为100mm。

②孔深（H）与超深（h）：孔深H=12～15m；超深h、取最小抵抗线的1/3～1/2。

③底盘抵抗线：清渣爆破时，底盘抵抗线的经验公式为：

W1=（25～45）D=3m；

④孔距和排距

炮孔布置方式为三角形布孔，其抵抗线小于孔间距。

孔距（a）按下式计算：

a=mW1=4m

式中，m——炮孔密集。m取1.2。

排距（b），在给定的孔径条件下，每个孔都有一个合理的负担面积（S）。即：b==3.0m。

⑤ 单孔装药量

台阶爆破：Q=q×V=q×a×b×H=80kg

Q——炸药量（台阶爆破前排孔装药量），kg；q——单位炸药消耗量，取0.56kg/m3；V——爆破岩石体积（台阶爆破前排孔负担的岩石体积），m3；H——台阶高度。

2.2.2.2 缓冲孔

为了减小主爆孔对固定帮的冲击，在辅助孔和预裂孔之间加缓冲孔， 缓冲爆破采用多孔分散装药，实现了均匀分布能量，减弱了爆破震动源的强度。其爆破参数值一般为主爆孔的1/2～2/3（经验值），采用φ=100mm的钻孔时，缓冲孔a=2m，b=2m。

单孔装药量Q=q×V=q×a×b×H=27kg

2.2.2.3 预裂孔

合理的钻孔间距应使相鄰钻孔炸药爆炸后产生的应力波互相影响和叠加，以保证沿炮孔中心连线拉开一条平整的裂缝。预裂爆破时预裂缝形成后的作用是：防止主爆区的破裂缝伸向保留区和减小主爆区对保留区的振动影响。

预裂爆破的预裂孔距、小于主爆孔的2/3，一般为孔径的7～12倍，排距取主爆孔的1/2，取a=1m，b=1.5m。

计算线装药密度指每米钻孔的实际装药量，对f=6～14的矿岩，￠=100mm时，预裂爆破参数如下表2-1

爆破参数应根据现场边坡的破碎程度，结构面发育情况、经试验确定。

2.2.2.4 施工过程中采取的其他技术措施

为了防止缓冲孔、辅助孔及主爆孔爆破时破坏边帮岩体，影响边帮的稳定性和损坏下一次穿孔，预裂孔的布孔界限应超出主体爆破区，宜向主体爆破区两侧各延伸L=5～10m。预裂孔连线时铺设一条主爆导爆索线，各孔的导爆索均顺连在主爆线上，最后将主爆导爆索线顺连在起爆雷管后连入爆破总线。

2.2.3 半孔装药预裂爆破技术

因孔底集中装药对孔底装药段的岩体边坡破坏是很难避免的，矿岩破碎、结构面发育时，不能形成完整的轮廓面。

为了避免沿全孔线装药时，加工药卷与装药过程都费时费力的现象，又把炸药相对分散、不像孔底集中装药爆破时，造成孔底岩体的集中破坏。半孔装药预裂爆破技术就是在炮孔下半段线装药、而上半部不装药的预裂爆破方案。这种预裂爆破是把预裂孔内的炸药集中装在孔底的下半段，孔底下半部集中线装药密度大于全孔预裂爆破线装药密度，装药量相同，爆破效果等同。为了克服孔底的夹制性，在孔底直接加入2～5kg底药，实际装二节φ70mm药卷，质量3kg。

预裂孔采用连续柱状装药方法，采用定制的直径为φ32mm，长5m的连续药卷装药，其线装药密度为1kg/m。

2.2.4 预裂爆破施工作业

预裂爆破钻孔质量的好坏取决于：钻孔机械性能、施工中控制钻孔角度和工人操作技术水平。

①钻孔。在预裂和光面爆破中，为了获得较整齐的预裂壁面，采用不耦合装药结构。必须确保钻孔的精度，孔底的钻孔在垂直预裂面方向偏差不应超过15～20cm，在沿预裂面的方向沿境界线布孔。

②装药、填塞。每个预裂药包（购买时已加工好的长药卷）沿全长捆扎一根导爆索，为了保证导爆索不受拉伸的影响，应将预裂药包和导爆索捆绑在绳索上缓缓放入孔内，每个下端要接触到底部药包（保证底药能够起爆），如没有把握可用雷管直接起爆底部药包。

取相同的孔网参数时半孔集中装药量大于等于全孔平均线装药量，施工时先把全孔总装药量，平均集中装于炮孔下半部。具体装药中用药卷直径为φ32mm的2#岩石乳化炸药、装入直径为φ100mm的炮孔中，其不耦合系数为3、满足设计要求。

软岩预裂带装药高度较高，硬岩预裂带装药高度较底，填塞一般在1.5～3m，根据经验填塞时预裂孔上口冲击小，而且产生的飞石少。

导爆索网路可用于深孔爆破预裂和光面爆破，采用导爆索起爆，各孔的炸药能够同时起爆，保证炸药能量能够充分均衡作用于每个孔。

③预裂孔爆破。当预裂孔与主爆区炮孔一次起爆时，预裂孔应在主爆孔爆破前引爆，其时间差应不小于75～110ms，或超前主爆孔数日单独爆破。具体施工中为了很好地形成预裂缝，一次爆破失败可以重新补孔爆破成缝，确保爆破形成预裂缝的质量，同时减少预裂孔爆破成缝作业过程产生的爆破震动，造成缓冲孔堵塞，建议施工时应在靠近边坡位置留10m宽的保护区，先完成预裂孔钻孔爆破，确保形成很好的预裂缝后，再进行缓冲孔后的炮孔施工爆破。

④缓冲孔爆破。缓冲孔位于预裂孔和主爆孔之间，缓冲孔的特点是孔网参数（即孔间距与排间距）略小于主爆孔，且孔底不设超深。孔中采用填塞物介质或空气间隔的分段装药形式。

3 结束语

本文结合夹山子白云岩矿矿区的地质现状，结合作者的设计施工经验，详细阐述了两种预裂爆破技术的原理和应用情况，希望对工程技术人员的边坡预裂爆破设计施工起到指导和借鉴的作用。

参 考 文 献

[1] 翁春林，叶加冕.工程爆破[M].北京：冶金工业出版社，2014：139-141.

[2] 杨小林，刘红岩，王金星.露天边坡预裂爆破参数设计[J].焦作工学院学报（自然科学版），2002，21（2）：11-122.