某铀钼露天矿预裂爆破合理参数试验研究

刘海洋，闫志国，户方远，郭晓栋，李文星，尹义仁

(1.中核沽源铀业有限责任公司，河北 张家口 076561；2.中核第四研究设计工程有限公司，河北 石家庄 050021)

预裂爆破不仅在垂直、倾斜开挖壁面上得到广泛应用，在规则的曲面、扭曲面以及水平建基面等也得到应用[1-2]。由于预裂爆破技术具有超挖量少、矿岩完整和爆破震动轻等优点，不仅广泛应用于露天和地下工程开挖，也广泛地应用于水利、电力、交通运输、旧建筑物基础拆除、船坞码头等工况施工。

截止2016年底，某铀钼矿已开采至1 492 m梯段，最高标高1 464 m，最低标高1 492 m，露天开采封闭圈标高为1 516 m，上下高差达72 m，台阶数6个。初步设计中，没有提及预裂爆破的相关参数。为了降低生产成本、降低采剥比、提高边坡稳定性及延长矿山服务年限，通过预裂爆破试验选择经济合理的施工参数，为矿山进一步开采提供技术支持。

1 矿岩地质概况

本矿山矿岩主要分3类岩：A类为次流纹斑岩和熔岩角砾岩，岩石较坚固，稳定性强；B类为斑岩、流纹质角砾凝灰岩、流纹岩，岩石为中等坚固，孔隙率小，矿体稳定性较好；C类矿体上、下盘矿岩为流纹质角砾凝灰岩、构造角砾岩带、破碎裂隙带，不坚固，矿岩破碎松散、孔隙率大、稳定性差，容易坍塌和冒顶。

2 试验方案

2.1 试验矿岩及验收标准

通过矿床《详查地质报告》、《可行性研究》和《初步设计》等方案中的地质资料，收集矿山边坡部分相关矿床地质、水文地质条件、工程地质条件、矿岩特性等资料，并参考同类矿山经验，在条件试验中考察孔径、孔距、线装药系数、不耦合系数、堵孔长度等参数对预裂爆破效果的影响，最终为扩大试验确定爆破参数。根据现场实际情况，选择B类矿岩进行条件试验研究。预裂爆破验收标准：A类、B类、C类矿岩的预裂爆破眼痕率分别≥80%、≥70%和≥50%；预裂面保持平整，不平整度≤15 cm；预裂缝贯通且在地表有一定的开裂宽度，保证爆破效果[3]。

2.2 试验设备及装药结构

选择KAISHAN LGCY-10/13型号潜孔钻机，KAISHAN LGY18/18G空压机进行预裂爆破钻孔施工。装药结构和试验剖面示意如图1～3所示。

a—装药结构示意；b—装药结构实物。图1 装药结构

图2 条件试验平剖面示意

图3 扩大试验平剖面示意

3 条件试验结果及分析

3.1 孔径对预裂爆破效果的影响

初步选取φ90 mm和φ100 mm 2种孔径进行预裂爆破试验，试验参数见表1。

试验结果表明：孔径φ90 mm和φ100 mm的眼痕率分别为70%和85%，均符合≥70%的要求；预裂面不平整度均≤15 cm，预裂缝贯通且在地表有一定的开裂宽度。

表1 孔径对预裂爆破影响试验参数

由于矿岩裂隙较大，造成φ100 mm平整度较低，但孔径φ100 mm眼痕率优于φ90 mm，故选取孔径φ100 mm作为之后条件试验和扩大试验的孔径参数。

3.2 孔距对预裂爆破效果的影响

初步确定了0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2 m孔距，研究孔距对预裂爆破效果的影响，试验参数见表2，试验结果见表3。

表2 孔距对预裂爆破影响试验参数

试验结果表明：在6种孔距下，预裂缝均贯通且在地表有一定的开裂宽度；在孔距为0.7、0.9、1.0 m时，爆破效果好，符合要求；在孔距为0.9 m时，预裂面平整度最好，在爆破效果、成本控制上优势明显。故选取0.9 m作为之后条件试验孔距参数。

3.3 线装药系数对预裂爆破效果的影响

初步确定438 g/m、484 g/m、531 g/m 3种线装药系数，研究线装药系数对预裂爆破效果的影响，试验参数见表4。

表4 线装药系数对预裂爆破影响试验参数

试验结果表明：在3种线装药系数下，预裂缝均贯通且在地表有一定的开裂宽度；线装药系数为438、484、531 g/m时，炮孔眼痕率分别为75%、75%和60%，预裂面不平整度分别为≤15 cm、≥15 cm、≥15 cm。线装药系数为438 g/m时预裂效果最好，而线装药系数为531 g/m时效果最差。故选取438 g/m作为之后条件试验线装药系数参数。

3.4 不耦合系数对预裂爆破效果的影响

初步确定32 mm和42 mm 2种药卷直径，即不耦合系数分别为3.13和2.38，分别进行预裂爆破条件试验，研究不耦合系数对预裂爆破效果的影响，试验参数见表5。

表5 不耦合系数对预裂爆破影响试验参数

试验结果表明：在不耦合系数为3.13和2.38条件下，预裂缝均贯通且在地表有一定的开裂宽度；不耦合系数为3.13(药卷直径为32 cm)时的眼痕率为80%，不平整度≤15 cm，爆破结果符合要求；不耦合系数为2.38(药卷直径为42 cm)时的眼痕率为75%，不平整度≥15 cm，不符合要求。故选取3.13作为之后扩大试验不耦合系数参数。

3.5 条件试验确定的参数

根据以上条件试验结果，得到的预裂爆破参数见表6。表6中的参数是在对B类矿岩的试验研究中获得的，在A类、C类矿岩爆破参数选择时可作一定的参考。根据条件试验结果以及预裂爆破经验参数可知：在孔径确定的条件下，孔距和线装药系数对矿岩预裂爆破影响最大；在矿岩条件好的情况下，孔距可相应增大。故在第1次扩大试验时，A类矿岩孔距定为1 m，C类矿岩孔距定位0.8 m。线装药系数影响不平整度，可根据扩大试验结果进行微调。

表6 条件试验确定的预裂爆破参数

4 扩大试验结果及分析

4.1 不同矿岩条件的扩大试验

根据本矿山地质资料和条件试验确定的参数，初步确定A类、B类、C类矿岩的预裂孔距分别为1.0、0.9、0.8 m，其余预裂爆破参数见表7。在此条件下，进行预裂爆破第1次扩大试验。

表7 不同孔距的扩大试验参数

试验结果表明：

1)A类矿岩眼痕率为80%，眼痕率≥80%，达标；不平整度≥15 cm，不符合要求。分析认为是由于炮孔线装药系数不够造成的，下一次扩大试验应对线装药系数进行调整。

2)B类矿岩眼痕率为60%，眼痕率<70%，不达标；炮孔的不平整度上部达标，下部不达标。分析认为是由于装药结构不好造成的，尤其是底部装药太多，导致下部超爆，没有眼痕。下一次扩大试验应对装药结构进行调整。

3)C类矿岩眼痕率为30%，眼痕率<50%，不达标；不平整度也不达标。分析认为是由于上下部矿岩性质不一样造成的，上部C类矿岩，爆破效果尚可；下部为高岭土质，没有眼痕。下一次扩大试验应选取上下部岩性差别不大的部位进行爆破试验。

4.2 调整参数后扩大试验

根据本矿山地质资料和第1次扩大试验结果，调整A类、B类、C类矿岩单孔装药量分别为6.0、5.4、5.4 kg，线装药系数分别为461、415、415 g/m，进行第2次扩大试验。矿岩爆破效果如图4所示。

A类矿岩 B类矿岩 C类矿岩图4 矿岩爆破效果

试验结果表明：A类、B类、C类矿岩的眼痕率分别为90%(≥80%)、75%(>70%)和60%(>50%)，不平整度均≤15 cm，爆破效果符合要求。

5 结论

研究得到了3类矿岩的预裂爆破推荐参数：孔径为100 mm；不耦合系数为3.13；炮孔堵塞长度为1.5 m；与主爆区毫秒延时为200 ms；A类、B类、C类矿岩的孔距分别为1.0、0.9、0.8 m，线装药系数分别为461、415和415 g/m。研究结果为该铀钼矿的露天开采提供了技术支撑，可有效提高边坡稳定性，降低剥采比，提高矿山服务年限；并可为类似矿山的预裂爆破提供技术参考。