矿山边坡光面爆破技术试验研究

迟平，王枚，鲍传齐，方志梅 （安徽江南化工股份有限公司宁国分公司，安徽 宣城 242300）

0 前言

光面爆破施工现在已经被规定为隧道、井巷、边坡爆破施工的标准方法。采用光面爆破施工，可以有效地减少爆破对围岩的扰动，减小围岩的过破碎现象，从而减少支护工程量，保障井巷、隧道的安全以及边坡的稳定性。光面爆破同普通爆破相比，在经济效益、安全效益等方面有一定的优势。传统光面爆破施工一般使用轴向不耦合和径向不耦合装药结构，为保证传爆的稳定性，一般都用导爆索起爆，施工程序繁琐，爆破后形成的轮廓面破碎不一，装药部分会出现过度破碎的现象，不利于爆破后围岩的稳定性。因此，如何提高光面爆破后周边围岩的平滑性，在一定程度上控制周边超欠挖，降低光面爆破施工对围岩的扰动，具有很大意义。

1 工程概况

1.1 工程概况

长九（神山）灰岩矿项目位于安徽省池州市西南方向约37km处，池州神山北麓山脚，隶属池州市贵池区牌楼镇青山村、神山村、济公村管辖。矿体东西总长4500m，最宽处1536m，矿区范围面积5.14km。矿山为独立矿体，相对高差较大，山体呈北东-南西向展布，总体特征为中部高，向周边逐渐降低，矿区内最高点为矿区中东部神山山顶，标高+408.63m，从最高点至开采标高（+40m）相对高差368.63m，开采方式采用山坡露天爆破开采。

1.2 试验前爆破效果

由现场爆破施工试验前的调研情况可知，该段已施工的坡面由于前期爆破参数处于调整阶段，边坡爆破效果较差，坡面超欠挖严重，几乎没有光面爆破应有的效果，故爆破后需要采用破碎锤修整坡面，爆破及修整后的坡面如图1。

图1 试验前光面爆破效果

2 光面爆破理论分析

光爆实质是在断面设计的轮廓线上布置间距较小相互平行的炮孔，控制装药量及不耦合装药结构，选用低密度、低爆速炸药并同时起爆，沿炮孔连线将岩石切断崩落。光面爆破机理通常有应力波叠加原理和应力波与爆生气体共同作用原理。

光面爆破参数选择与岩石和地质条件、炸药性能、掘进断面的面积等因素有关，周边孔爆破一般采用小直径炮孔，装药量小，要求爆落岩体的同时，形成光滑、平整的轮廓面。施工中首先要求炮孔利用率高，开挖轮廓及尺寸准确，对围岩振动及破坏较小。主要爆破参数有：周边孔孔距a；最小抵抗线w；周边孔密集系数m；周边孔装药量及装药结构和起爆时差等。

3 爆破方案

因前期光面爆破效果较差且超欠挖严重，增加了坡面支护工作量和支护成本，且产生过度抛掷和爆破飞石飞散距离较远的现象。分析认为，光爆孔间距较大、底盘抵抗线较小，装药量也大，造成过度抛掷和飞石。

设计采用预留光爆层法。先爆破开挖主体石方，预留2.5～3.0m的光爆层，再沿开挖边界、按设计坡度进行光面爆破。采用空气间隔不耦合装药结构，在保证最小抵抗线的前提下，为了改善爆破效果，孔底加强装药，孔口段减弱装药。

4 爆破参数设计

根据国内对光面爆破的研究及现场爆破后坡面平整度、半孔率、岩石破碎情况，确定具体光面炮孔参数设计如下：

①钻孔直径d

采用潜孔钻机施工，一次性钻至设计底标高，钻头直径d=90mm。

②台阶高度H

根据设计要求，标准边坡台阶高度均为10m，也潜孔钻机钻凿方便，故取爆破台阶高度H=10m。

③底盘最小抵抗线W

光爆孔采用倾斜钻孔，底盘最小抵抗线可按下式进行计算：

式中：K为计算系数，一般取15～25，d为钻孔直径，90mm。

代入式（1）， 计算得W=（1350～2250）mm，取 W=2.20m。

④炮孔超深h

超深关系到下个台阶平台的平整程度，一般取0.5～1.5m，由于岩石整体结构较好，取超深h=1.0m。

⑤孔距a

式中：m为炮孔密集系数，光面爆破一般取0.6～0.8；·W为底盘最小抵抗线，2.20m。

代入式（2），计算得炮孔间距 a=1.32～1.76 m，本工程为中风化或弱风化白云岩，岩石坚硬、整体性好，光爆孔孔距取 1.2m～1.4m；现场试验时先按1.2m施工，视光爆效果调整。

⑥炮孔长度L

倾斜钻孔长度按下式计算

式中：H为台阶高度，取10.0m；h为超深，取 1.0m；坡率 1：0.75。

代入式（3），计算得炮孔长度L=13.8 m。

⑦光爆孔线装药密度q

式中：k为光爆孔的单位炸药消耗量，取为 160～350 g/m；W 为底盘最小抵抗线，2.20m。

代入式（4），可得 q＝（432～945）g/m。本工程取500 g/m（每节炸药300g，按一节半控制）。

⑧装药结构

采用空气间隔不耦合装药结构，用导爆索将各药卷相连，然后把药卷捆在竹片上，导爆索插入孔底加强药包。孔外导爆索与主索相连，主索端部绑上起爆雷管即成。在保证填塞长度条件下，为消除根底、保证台阶平台高度一致，可采取底部加强装药、孔口减弱装药、其他段正常装药，制作的药包如图2所示。

图2 制作好的药包

⑨炮孔堵塞

良好的孔口堵塞能显著提高爆破效果，本工程设计2.0m，堵塞时先用纸团或包装袋塞紧在堵塞段下部，然后用岩粉和粘土堵实，堵塞物中不能夹有石块，以免形成飞石。

5 效果与总结

根据所设计的爆破方案和参数进行现场试验，光面爆破效果如图3所示。

图3 露天边坡光面爆破优化效果

可以看出：①爆破后的壁面平整，符合设计要求；②半孔痕迹清晰，基本不需要进行二次处理，半孔率达到预定要求；③在路堑边坡工程中，合理的光面爆破方案和设计参数能够达到预期的爆破效果；④爆破后，岩石过度破碎情况得到改善，残孔连续性很好。