PVC管装入多孔粒铵油炸药在露天矿预裂爆破中的应用

厉美杰，杜军，李泽华，王洪强，王君

(北方爆破科技有限公司， 北京 100089)

0 引言

在露天矿生产中，为减少爆破振动对边坡的损害，需要通过预裂爆破处理到界边坡。目前预裂爆破的常规方法是沿最终开挖边界布置密集炮孔，使用导爆索串联成品乳化炸药，形成药串，采用轴向不连续、径向不耦合装药方式，并先于主爆孔起爆，形成一道有一定宽度的贯穿裂缝，以减弱主体爆破对最终边坡岩体的破坏，并形成平整的边坡轮廓面[1-2]。国内外对于预裂爆破的研究较多，其中张选山等[3]对单向荷载下不耦合装药预裂爆破进行了研究，得出预裂爆破效果与不耦合系数的关系；程玉泉[4]对多孔粒状铵油炸药在预裂爆破中的稳定爆轰控制、堵塞长度控制、爆生裂纹控制等进行研究，发现塑料管可以增加外部约束，有利于控制爆轰并起到防水作用，可以提高爆破施工效率及质量。

使用乳化炸药卷进行预裂爆破的方法在乳化药卷供应紧缺、生产进度紧张的情况下并不适用。本文基于国外某露天铜矿在爆破施工时，当地炸药供应商紧缺，可供应炸药品种单一，成品乳化药卷无货的情况，通过改进装药方式，优化爆破工艺，改用多孔粒铵油炸药成功实施了预裂爆破。

1 工程概况

1.1 工程条件

本文所研究的露天矿山主要开采铜钴矿，采用陡帮剥离，缓帮采矿工艺。设计开采深度为300 m，目前已开采200 m，每两个台阶进行并段开采，全高24 m，设计帮坡角68°，随着开采深度的增加，边坡问题成为该矿安全的重中之重。

该露天铜矿岩性主要为含碳质白云岩、硅化白云岩、白云质页岩、白云质粉砂岩类，岩石硬度系数f=3～10，RQD值平均88.25%。岩石节理裂隙较为发育，岩石节理倾向与边坡层面相同，为顺层边坡。该区域每年分旱、雨两季，4～11月为旱季，基本无降雨；12月到翌年4月为雨季，大雨乃至暴雨不断，全年99%的降水来自雨季。由于雨季时降雨量较大，造成地表水增多，地下水位升高，雨水对边坡冲刷严重，因此出现多次小面积滑坡。同时该矿已进入水位线以下区域开采阶段，地下水压力及冲蚀对边坡影响增大。

1.2 爆破基本参数

本次爆破台阶高度为12 m，超深为1.5 m，预裂孔角度为 68°，与设计边坡角一致。在主爆孔与预裂孔之间设置一排缓冲孔，预裂孔与缓冲孔排间距离为4 m，缓冲孔与主爆孔排间距离为5 m[5-6]。采用ATLASD50钻机进行穿孔作业，具体孔网参数见表1。

表1 孔网参数

2 爆破施工工艺

2.1 施工准备

PVC管是一种具有耐热性、韧性和延展性的管材，同时还具有防水作用，可以解决露天矿山水孔装药的问题。现场使用的铵油炸药密度为1677.9 kg/m3，不同直径PVC管的线装药密度及不耦合系数见表2。试验表明，5种直径的PVC管装药均可形成稳定爆轰，考虑到材料经济性，选用直径40 mm、厚度1 mm的PVC管作为装药工具。

表2 不同直径PVC管线装药密度及不耦合系数

PVC管单根管子长度为6 m，由于爆破台阶高度为12 m，一次爆全高，需要2根管子相互插接组合，因此选用两端直径分别为40 mm和38 mm的管子便于插接。管子总长L管=L孔深-2。根据不同孔深确定管子总长度，并用锯子锯成相应长度。

提前制作导爆索，其长度L导爆索=L孔深+1。为了保证传爆，每个炮孔布置2根导爆索。将导爆索穿过PVC管，在管底部余出50 cm，反向用胶带捆绑于 PVC管上。采用塑料袋加黄泥封堵管口，保证炸药无流失。PVC管与导爆索在孔内的组合结构如图1所示。

图1 PVC管与导爆索在孔内的组合结构

为保证爆破效果，优化参数，在预裂爆破前进行试验。试验考虑孔内与孔外、装药与不装药 4个方面，制定两因素两水平试验方案，具体试验方案见表3。

表3 预裂爆破试验方案

不装药的试验仅将导爆索捆绑在 PVC管上爆破，靠导爆索药量起爆。试验表明，孔内装入铵油炸药后，铵油炸药实现完全爆轰，爆炸稳定性较好，爆后形成拉裂缝隙。综合分析，采用孔内 PVC管装药预裂爆破方法具有可行性。

2.2 装药控制

选择低爆速的多孔粒状铵油炸药，爆速为2500～3500 m/s，每孔装药前根据设计药量进行称量，通过漏斗将铵油炸药装入管中。采用轴向连续装药、径向不耦合装药模式，下部正常装药，装药长度L1=0.4L孔深；中部正常装药，上部减弱装药长度L2=0.3L孔深，减弱装药部分在PVC管中插入竹片来调节药量，以达到减弱装药目的。由于PVC管径与炮孔直径不同，形成不耦合装药，不耦合系数为3.45，不耦合效应使作用在炮孔内壁面上的爆轰压力变低，从而起到缓冲的效果。爆轰波通过空气介质传播到孔壁岩石，在管壁与孔壁的间隙产生气垫作用，由于管壁与孔壁的材质不同，发生应力波折射，削弱了作用于炮孔的初始压力峰值，减少对边坡孔壁的拉裂，提高预裂爆破效果[7]。预裂孔堵塞长度为2.5～3 m，堵塞段与装药段采用空气间隔，以减缓爆破振动对边坡的破坏。此次爆破主爆孔单孔最大装药量为116 kg；缓冲孔采用间隔装药，最大装药量为77 kg。

2.3 网路布置

本次爆破采用孔间毫秒微差逐孔起爆，主爆区孔间延期17 ms，排间延期42 ms，预裂孔用两根导爆索作为主线进行连接，并采用雷管进行激发。预裂孔与主爆孔之间采用一次分段延期起爆，预裂孔先于主爆孔84 ms起爆[8]。起爆网路连接如图2所示。

图2 网路连接示意

3 爆破效果分析

爆炸应力波由炮孔向四周传播，在炮孔连线方向出现裂缝，在爆轰气体的作用下，使裂缝延伸扩大，最后形成平整的开裂面。此次预裂爆破效果良好，形成约1 cm宽的贯通裂缝，减弱了主爆区爆破振动对边坡的破坏，无超欠挖现象，挖掘后形成的边坡预裂面平整，孔痕明显，半孔率达到 80%，经 GPS测量，边坡坡率符合设计要求，满足边坡安全要求，对边坡滑移起到一定预防作用，预裂爆破效果如图3所示[9-10]。

图3 预裂爆破效果

由于铵油炸药相对于成品乳化炸药价格较低，采用铵油炸药进行预裂爆破，可以降低爆破成本，同时有效解决了该地区因乳化炸药卷供应紧缺而导致生产进度紧张的问题。

4 结论

（1）通过选择合适的PVC管尺寸和合理装药结构及装药量，采用多孔粒铵油成功地实施了露天矿预裂爆破。

（2）爆破后预裂贯通裂缝明显，挖掘后形成的边坡预裂面平整，孔痕明显，半孔率达到80%，边坡坡率符合设计要求。

（3）该装药方法在预裂爆破中的应用不仅满足边坡安全要求、减小雨季边坡滑坡风险，同时有效解决了该地区因乳化炸药卷供应紧缺而可能导致生产进度紧张的问题，同时降低了爆破成本。该方法对其他类似条件矿山预裂爆破具有推广应用的价值。