基于大孔径控制爆破在大型矿山中的应用

曾德进 罗福友

(1.江西铜业民爆矿服有限公司，江西 德兴 334200；2.江西国泰五洲爆破工程有限公司，江西 南昌 330096；3.江西国泰集团股份有限公司，江西 南昌 330096)

0 引言

近几年随着国家大力提倡和推广爆破服务“一体化”，国家“十三五”规划末期要求全国现场混装炸药用量占比达到炸药总用量的30%。现场混装炸药爆破技术在一定程度上可降低炸药生产、运输、储存的安全风险，同时其具有爆破成本低，自动化程度高，劳动强度低，计量准确等优势。因此，在德兴铜矿、城门山铜矿、司家营露天铁矿、黑沟露天铁矿、大蒋门石灰石矿、诺尔湖铁矿和宁国海螺露天矿等大型露天矿山中纷纷推广使用[1-9]。

由于现场混装炸药的生产工艺不同、孔径不同和矿山地质条件等不同，各矿山的爆破施工技术参数不尽相同。大型露天矿山一般采用大孔径爆破技术，尤其是现场混装炸药爆破常规炮孔直径为200～350 mm，炮孔直径越大，其单孔装药量越大，对于控制爆破的难度越大。针对大孔径现场混装炸药爆破情况，通过采用控制爆破技术，调整孔网参数，合理控制单孔药量，设计掏槽逐孔起爆网路等措施，达到了控制爆堆抛掷方向及减少岩石滚落量的目的。

1 工程概况

爆破区域位于德兴铜矿富家坞矿区张家山350 m水平，矿区采用分期开采，该爆区岩体暴露在空气中的时间长达10年以上。区域岩性为强风化的千枚岩，节理裂隙很发育。爆破区域长约300 m，宽约为60 m，见图1。爆区正下方是320 m运岩公路，是通往17#铲和12#铲的唯一通道，公路宽度为30 m。此次爆破不仅要满足爆破质量的要求，同时要控制爆破后下抛到运岩公路的岩石量，另外尽可能地减少台阶边缘的岩坎。

图1 爆破区域图

2 爆破参数

2.1 布孔方式

采用三角形布孔，根据台阶地形，平行于台阶边缘布孔。采用多打孔、少装药方式进行爆破。台阶边缘炮孔加密处理，减少单孔装药量，降低爆破振动，控制下抛量。

2.2 爆破参数选择[10-12]

2.2.1 底盘抵抗线W1

采用垂直钻孔，炮孔抵抗线值根据下式计算：

W1=Hcotα+B

(1)

式中：B—钻孔中心至台阶坡顶线的安全距离，为了控制下抛量，取6 m；α—台阶坡度角，80°；H—台阶高度，15 m。

计算可得，W1=8.65 m。

2.2.2 孔距a与排距b

由于第一排炮孔抵抗线设计较常规偏大，为了能克服台阶边缘底部岩坎，台阶边缘第一排孔设计加密处理，孔距a1=5 m，第1、2排之间距离b2=5 m，第2排孔距a2=7 m，从第三排起按此区域岩性采用7 m×9 m的孔网，即a3=9 m，b3=7 m，炮孔布置见图2。

图2 炮孔布置平面图(单位m)

2.2.3 超深Δh

Δh=(8-12)D

(2)

式中：D—钻机直径，D=250 mm。

计算得超深为2～3 m，设计取2.5 m。

2.2.4 炸药单耗q

根据该地段自由面情况、岩性及自然条件确定炸药单耗q，为了有效控制爆破后岩石下抛，炸药单耗从内到外逐排减小，具体参数为：台阶边缘第一排孔q1=0.31 kg/m3，第二排孔q2=0.63 kg/m3，其余孔q3=0.69 kg/m3。

2.2.5 单孔装药量Q

炸药采用现场混装乳化炸药，临近台阶边缘的第一排孔的每孔装药量Q1按以下公式计算：

Q1=q1a1W1H

(3)

式中：q1—炸药单耗，q1=0.31 kg/m3；a1—孔距，a1=5 m；W1—底盘抵抗线，W1=8.65 m；H—台阶高度，H=15 m。

计算可得Q1=200 kg。

临近台阶边缘的第二排孔的每孔装药量Q2按以下公式计算：

Q2=Kq2a2b2H

(4)

式中：K—爆破系数，1.0；q2—炸药单耗，0.63 kg/m3；a2—孔距，7 m；b2—排距，6 m (距前排5 m，后一排7 m，综合认定6 m)；H—台阶高度，15 m。

计算可得Q2=400 kg。

第二排起，各排孔的每孔装药量Q按以下公式计算：

Q3=Kq3a3b3H

(5)

式中：K—爆破系数，1.0；q3—炸药单耗，0.69 g/m3；a3—孔距，9 m；b3—排距，7 m；H—台阶高度，15 m。

计算可得Q3=650 kg。

2.2.6 装药结构

设计采用连续装药结构，见图3。

图3 装药结构图

2.2.7 充填高度L

一般充填高度不小于底盘抵抗线的0.75倍(6.5 m)，根据每孔设计装药量，运用公式：

L=h-Q/68

(6)

式中：L—充填高度，m；h—孔深，h=H+Δh，17.5 m；Q—每孔装药量，kg；68—炮孔每米装药量，kg/m。计算可得第一排孔L1=14.6 m，第二排孔L2=11.6 m，由于应用橡胶桶隔离器，实际充填高度为7 m；其余孔充填高度L3=7.9 m。符合爆破设计与安全要求。

3 爆破网路

根据现场实际情况，为了减少17#铲运岩公路的抛掷量，设计采用掏槽的起爆方法来控制爆破方向(即中间开沟，两侧往中间推移)。同时在保证设计药量的基础上，为了增强台阶边缘的破碎效果，控制排采用大秒量65 ms与100 ms搭配，雁行列采用25 ms，而且为了让两侧得到充分的自由面，往中间挤压，开沟列采用小秒量17 ms，从而达到逐孔起爆目的，能起到降低爆破振动，改变自由面方向，控制抛掷方向，减小台阶边沿的下抛岩石量的效果。孔内均采用400 ms高精度雷管，地表起爆网路设计见图4。

图4 地表起爆网路

4 施工与爆破效果

重点、难点是控制往17#铲运岩公路的抛掷量，同时克服衍生在前排孔抵抗线上较厚的岩体(见图5)，从而减少台阶边缘的岩坎。

图5 前排孔图

根据爆破区域范围，爆破设计分三面炮进行施工，第一面炮74孔，炸药用量34 t；第二面炮52孔，炸药用量25 t；第三面炮53孔，炸药用量26 t。第一排孔每孔装药量为200 kg，装药高度约为2.9 m，第二排孔每孔装药量为400 kg，装药高度约为5.9 m，为保证起爆弹充分接触到炸药，第一、第二排孔内均采用双发18 m高精度导爆管雷管。第一、第二排采用橡胶桶进行空气间隔充填，既能保护炸药，又能增加炸药爆炸做功时间，提高炸药能量利用率，改善顶部岩石破碎作用。爆破过程滚石下落可能难免会发生，须做好炮前与相关单位的协调，提前准备好工程设备，减少下抛量对道路的影响时间。

第一面炮爆破效果(见图6)：爆堆隆起高度良好，破碎效果良好，运岩公路下抛量较少，薄薄一层，稍微清扫即可通车。第二面炮爆破效果(见图7)：整体爆堆比较集中，台阶边缘第一排孔隆起高度不明显，但周边有明显裂隙，17#铲运岩公路畅通无阻。第三面炮爆破效果(见图8)：下抛量较少，大车可通行。

图6 第一面炮爆破效果

图7 第二面炮爆破效果

图8 第三面炮爆破效果

追踪电铲的铲挖效果见图9，17#铲作业面底板平整，无抬高现象，350～335 m水平台阶边缘未出现岩坎，只有少量的大块。

图9 铲挖后效果

5 爆破效果分析

为了克服难题，满足生产要求，采取以下措施以保证爆破效果和安全要求：

1)为控制下抛量，距离眉线6 m的距离处起第一排孔，同时参考高陡边坡靠近边坡的布孔参数，适当加密第一、二排孔。

2)通过现场的勘察，衍生在前排抵抗线上的岩体表面节理裂隙比较发育，而且裸露出来的时间较长，受到外界的风化雨淋程度比较严重，岩体抛落距离难以控制。因此，须严格控制临近台阶边缘的第一、二排孔装药量，根据富家坞官帽山500 m水平类似的爆破经验，按照设计200、400 kg进行精确装药。

3)以往在控制下抛量的最外一排都采用大秒量100 ms，强调大秒量能延长岩体作用时间，为后面的孔提供充分的自由面，朝着自由面推移(开沟列)，从而减少下抛量。但是延时时间过长，减弱了岩石间的碰撞强度，容易产生大块，甚至是岩坎。本次台阶边缘第一排采用25 ms，既增加岩石间的碰撞，又不会因为秒量过短导致往外抛掷(第一排孔距离眉线较远6 m)。

6 结语

对于特殊地段的控制爆破，在充分了解爆破区域地质条件、岩石性质等情况的基础上，通过优化爆破参数、精细施工管理，可达到提高爆破质量，保证安全生产的目的。此次爆破通过多打孔、少装药、缩小秒量延期，根据类似爆破经验，大胆尝试等综合措施，达到了控制抛掷量，减少岩坎的预期爆破效果。