露天石灰石矿山边坡爆破优化措施

宋耀东，青仕海，张 桥，杨 斗

(四川中鼎爆破工程有限公司， 四川 成都 610041)

0 引 言

遵义三岔矿是一座年生产200万t的露天石灰石矿山，矿区地处大娄山脉南坡，地形属岩溶丘陵洼地和槽谷地貌，以中低山、丘陵为主。矿山由近南西至北东向展布的山脉组成。区内海拔在881.6～1052.5 m间，最大高差为170.9 m。

矿区内矿体岩性为厚层状粉晶灰岩、中厚层状泥粉晶生物碎屑灰岩，主要矿物为方解石，矿体内无软弱夹层及软弱结构面存在，节理裂隙弱发育。岩石的抗风化能力强，工程地质岩组属于稳定性较好的块状中硬岩组。

开采矿体无软弱结构面和软弱夹层，除少量覆盖外，矿体绝大部分裸露于地表，矿床采用露天台阶式开采，根据矿石的抗压强度测试，平均抗压强度107.75 MPa，矿体岩石为稳定性较好的块状中硬岩组。

2014至2016年，在开采过程中主要遇到以下几点问题：

（1）靠近采区边缘原始地形爆破之后存在高边坡。

（2）靠近原始地形爆破之后底部根底较多。

（3）残留的高边坡后期钻机无法在顶部进行作业，只能在底部垂直穿孔进行爆破，爆破效果差、爆破飞石严重。

1 爆破控制

1.1 建立评价体系

爆破作业的目的是通过炸药做功将矿体爆破成生产活动需要的矿石，在爆破作业环节中，对于生产企业，根据所关注的权重大小，主要关系有三大方面：

（1） 爆破安全。爆破作业是能量释放转移的过程，炸药爆破瞬间具有大量的能量释放，根据能量意外释放理论，事故是一种不正常的或不希望的能量释放。在爆破作业中，当炸药没有按照设定好的方式释放就会造成事故，对人员及财产造成巨大的损失。所以，爆破安全是设定的第一个指标，结合该矿山矿群关系与生产环境，主要有爆破震动和爆破飞石两个指标。

（2）爆破质量。在确保安全的前提下，还要确保爆破质量，结合该矿山的生产情况和爆破效果的基本评价指标，对于每次爆破质量的评价主要有：大块率、根底、易挖性三个评价指标。

（3）经济成本。在安全质量的前提下，成本是爆破作业必须考虑的因素。当单耗过大会导致粉矿率增大，浪费资源；当延米爆破量过小，会导致穿孔成本增加，所以结合该矿实际情况主要以单耗进行经济性评价。

建立了专门的爆破评价体系图，详细见图1。

图1 爆破评价体系图

1.2 安全措施

根据所关注的权重大小，建立了评价指标体系，根据评价指标体系，对每一项因素（其中B1-B3属于因素指标，C1-C7属于各因素指标的子指标）详细的进行管理，通过安全技术措施及管理措施实现目标层（A1为目标层）。

1.2.1 爆破安全

1.2.1.1 爆破震动

该矿在开采初期由于爆破震动导致矿群关系紧张，村民经常上矿山阻挠生产。为了能够定量反应出爆破震动的实际大小，研究对村民区的影响是否符合国家规定，缓解紧张的矿群关系，采取了以下几点措施：

（1）技术上，购置了NUBOX-8016测振仪，对于每次的爆破进行数据采集；

（2）管理上，联系政府相关协调人员，采取三方协商解决的办法，每次安排技术人员到村民屋进行定点测量，详细的向村民解释爆破产生震动的原因及危害，同时结合国家标准、实际数据，做好相关记录，面对村民反应的震动扰民问题，积极的配合政府做好各项工作，同时对于村民的过激反应，采取接纳交流等方法，目前矿群关系得到良好的改善。

1.2.1.2 爆破飞石

遵义三岔矿山主要的爆破方式为中深孔台阶爆破，孔径140 mm，采取逐孔起爆技术。辅助爆破有浅孔根底及边坡爆破，其中中深孔台阶爆破飞石较少，飞石比较严重的是根底及边坡爆破，为了控制爆破飞石，主要采取了以下几点措施：

（1）台阶中深孔充填长度最小确保4 m，充填材料采用钻屑，严禁采用岩粉；

（2）加强炮孔检测，钻孔结束进行孔深及孔壁完好测量，装药作业前进行统一测量，装最后一包膨化硝铵前进行测量，确保充填长度；

（3）针对根底飞石比较严重的情况，经过长期观察发现，根底飞石的主要原因是填塞质量不足，爆破作业人员在根底充填过程中存在空腔。为了消除这种情况，在管理方面严格要求在浅孔充填过程中进行双人联合作业，其中一人送充填材料，另一人用炮杆进行加密，确保充填密实。

1.2.2 爆破质量

为了确保爆破质量的良好，我们建立了质量评价指标。

1.2.2.1 大块

在开采过程中，经长期观察，大块产生的主要原因有：

（1）夹层等含泥料吸收爆破能量，导致能量消耗严重，爆破产生大块；

表1 爆破质量标准

（2）装药高度不足，导致顶部产生较多大块。

（3）炮孔偏移，局部产生大块；

主要采取的措施有：

（1）做好测量工作，充分利用全站仪定位定点功能，针对夹层等软岩地址，调整炸药品种，采用混合装药结构；

（2）三岔矿山中深孔主装药为乳化和膨化硝铵，长期总结各自装药密度，通过合理的搭配确保装药高度，目前采取1件Φ90乳化炸药结合3包膨化硝铵，装药结束后，针对部分孔壁较差的炮孔，上部采用空气间隔，防止堵塞过长；

（3）为了预防钻孔偏差过大，钻孔作业采取双人作业的方式，制定钻孔质量要求，建立责任制度。对于设计好的爆区，将设计孔参数和实际钻孔参数进行比较，要求孔位误差为±50 cm，孔深误差为±20 cm，钻孔倾角误差为±5%；其中一项不合格标记本孔位不合格，单个爆区，合格率要求为94%。

1.2.2.2 根底

该矿山是一座国家二级标准化矿山，对采台的平整度要求严格，要求平整度在±50 cm，为了确保采台平整度，主要采取以下几点措施：

（1）做好挖装反馈，对于每一个爆区建立相关的挖装反馈资料，在爆堆挖装清理干净之后，挖机操作手填写相关的挖装反馈表；

（2）布孔之前进行地质勘查，做好相关测量，保证钻孔位置合理，标高明确，孔深明确；

（3）对于钻孔作业进行严格管控，钻孔结束之后及时进行验孔，对于不满足设计要求的钻孔，及时进行冼孔；

（4）爆破作业装药过程保证底部药量充足，确保起爆弹位置在底板处；

（5）当爆区挖装干净之后及时的进行相关测量，以便形成测量数据，对比分析。

1.2.2.3 易挖性

所谓易挖性的分析，首先建立挖装标准，根据挖机的性能不同，建立正常装车标准，当爆堆挖装时间小于正常标准，表明易挖性差，当挖装时间大于正常标准，表明易挖性良好。主要采取的措施有：

（1）根据抵抗线刚度比（台阶高度/抵抗线），如果刚度小于 2，岩石为中硬岩石，难于破碎，需要更大的超深，也就是说小刚度比需要更高的能量与之产生均衡的破碎效果，目前矿山台阶高度 12 m，抵抗线为4 m，刚度值为3；

（2）改善爆破器材，为了改善易挖性，逐步将普通导爆管雷管改变为高精度抗水雷管，2017年又将高精度抗水雷管调整为数码电子雷管，充分实现逐孔起爆技术，避免因爆破器材的延期精度问题影响爆破设计效果。

1.2.3 经济成本

爆破作业在确保安全与质量前提下，爆破成本至关重要，成本过高导致资源浪费，成本过低，导致挖装爆破效果差，挖装成本增加，主要控制指标为单耗。

单位量的矿石爆破所需要的炸药量为单耗。单耗是爆破成本的决定性因素，主要决定因素有岩石可爆性、炸药特性、自由面、起爆方式等。技术方面可行的主要有自由面选择和起爆方式选择。

选择爆区形状和布局形式，避免不利的边缘效应、飞石和空气冲击波，从而实现高效爆破和优化炸药性能。主要从以下几个方面进行考虑：

（1）选择合理的长深比（爆区长与进深之比），最小化后冲，堵塞物料的喷出和空气冲击波；

（2）岩体破碎后膨胀，需要30%～40%额外空间；避免90°拐角；

（3）充分利用自由面；

1.3 爆破流程管理

建立明确详细的爆破作业流程，通过精细化爆破设计、施工、管理，实现安全可靠、技术先进的爆破作业。

为了实现精细化爆破作业，制定了详细的爆破作业流程。

1.3.1 布孔

根据初步设计，进行布孔作业，布孔作业过程中做好测量工作，用全站仪将孔外位输到电脑CAD上，制作钻孔参数图，每个孔位标明孔深、倾角、误差要求等。

1.3.2 完善设计

根据测量所得的孔深，计算出炸药量及雷管数量，完善网络布置图，药量计算表等。

1.3.3 验孔

钻孔结束之后及时的进行验孔，对于一些孔深不达标的炮孔根据实际情况重新安排钻孔或者调整装药量，修改设计，主要参数有钻孔直径、倾角、段高、抵抗线、孔距、单耗、药量、装药长度、充填长度。

1.3.4 施工环节

（1）爆破预备会。爆破预备会主要进行技术交底；当班爆破作业地点、孔数、炸材量、网络布置方法，检查作业人员证件，禁止无证人员参加爆破作业，同时明确当班的各工序负责人。

（2）爆破前的准备工作。人员到场之后树立大红旗，设置警戒区域，主要包括作业警戒区、雷管存放区、设备存放区。

（3）炸材入场及搬运工作。雷管车和炸药车运输严格按照国家规定，雷管炸药分开运输，运输速度不能大于30 km/h，地面不平时，速度不能大于 10 km/h，运输车辆到场之后及时熄火。根据设计的药量，准确的将设计药量分发到孔边。

搬运结束之后清点当班炸材数量，确保无误，做好现场记录，主要包括炸材的领取、发放登记。

（4）装药作业。双人作业，一人测量，一人装药，装药过程人员佩戴好防尘口罩、护目眼镜、安全帽等劳保用品。

（5）联网。联网作业之前进行联网技术交底，确保联网人员熟知网络连接顺序。联网过程中无关人员撤离作业警戒区，技术人员和联网负责人员进行双人作业，先连接控制排，由工作面向起爆站依次进行连接，联网结束之后，由检查人员入场检查，检查过程中起爆器钥匙由检查人员随身携带。

（6）警戒起爆。明确各警戒人员的职责，警戒距离不能小于200 m，检查通讯设备的完好，保证做到双通讯。

（7）爆后检查及排险。爆破检查完成后，及时的安排挖机进行爆区危石清理。

2 边坡爆破方案与维护措施

2.1 消除高边坡

高边坡的形成主要是由于边坡地区未进行爆破作业形成的，在边坡进行爆破作业时，炮孔倾向全部朝向自由面，最终爆破之后形成高边坡；或者靠近边坡的炮孔倾角朝向边坡，未减少孔网参数，导致临近边坡两个孔底盘抵抗线增大，爆破之后形成高危边坡。

针对这一情况，处理措施主要有两种。

（1）集中处理法。靠近边坡的两个炮孔中间增加一个辅助炮孔，加强底部装药，详细见图2。

图2 集中处理图

（2）分散处理法。边坡孔开始，钻孔倾角依次成等差数列增加，将边坡炮孔的底盘抵抗线均匀发的分布在其他炮孔上，详细见图3。

图3 分散处理图

2.2 边坡维护

对于边坡区域，爆破作业结束之后，充分利用休息时间，安排挖机进行清理，结合2.1节中的处理方法，经1 a的实际统计，爆破之后，边坡上部10 m左右都能够被挖机清理干净，清理之后的小边坡在稳定性等方面较好，后期进行小边坡浅孔爆破即可处理。

3 结 语

经过1 a的摸索，通过爆破优化和边坡维护清理，实现了边坡稳定、安全，达到了设计要求，提升了矿山生产的安全。