预裂爆破和光面爆破在临界边坡中的对比选择

高勇

(宁化行洛坑钨矿有限公司， 福建 宁化县 365400)

在露天开采中，常常需要对临界边坡进行相应的处理，不仅需要使边坡平整和美观，同时也需要有效地保障边坡的稳定，减少对保留岩体的损伤和损坏，光面爆破和预裂爆破哪个更有利于工程，一直以来存在着不少的争议，本文针对宁化行洛坑钨矿自身的边坡地质条件，开展两种爆破方式的对比试验，为在实际爆破工作中确定相应的爆破方法和爆破参数提供参考。

1 矿山现状

宁化行洛坑钨矿为露天矿山，露天采场矿石采用境界内汽车+溜井+平硐的联合开拓运输方式，采场废石采用全汽车运输工艺。目前矿山按一期扩帮境界实施采剥作业，到界的边坡将采用控制爆破的方式保障边坡的稳定性。边坡岩体结构特征相差不大，一般属于层状结构，但地表风化带的厚度差别较大，北部、西部风化带比南部边帮要深，近地表为破碎和散体结构，而近矿体的蚀变带围岩呈块状结构。

目前采场最高平台为876 m平台，台阶高度为12 m，一期扩帮露天开采境界最低开采标高+516 m，设计境界台阶坡面角为65°，采场现最低开采标高+648 m。

2 预裂和光面爆破设计方案

2.1 参数设计

参照文献[1]，并结合现场经验，设计了相应的参数。根据矿山现有钻孔设备，钻孔直径分别为152 mm和115 mm，152 mm主要用于岩石钻孔，115 mm主要用于矿石钻孔，本次爆破设计预裂爆破和光面爆破均选用152 mm孔径设备，台阶高度为12 m，孔深根据现场地形坡度变化来确定。

2.1.1 预裂爆破参数设计

2.1.1.1 预裂孔参数的计算公式

（1）预裂孔深L：

式中，H为台阶高度，m；h为超深，m；α为台阶坡面角，（°）；为防止主炮孔从下部后冲的影响，设计增加1 m的孔深。

（2）装药段设计，按加强段、正常段和减弱段进行设计，加强段分为两段设计，加强一段一般取1 m，加强二段=加强段-加强一段。

式中，L1为加强段长度，m；L2为正常段长度，m；L3为减弱段长度，m。

（3）预裂孔孔距a预：

式中，n为孔距计算系数，与岩性及孔径有关，孔径小、岩石坚硬完整者取大值，反之取小值，通常为n=8～12；d为炮孔直径，mm。故a预=1.216～1.824。

预裂孔线装药密度q预和炮孔装药量Q预，

式中，q预为线装药密度，g/m；Q预为炮孔装药量，g；k预为预裂爆破单位面积耗药量，g/m2，参考表1取值。

表1 各类岩石光面、预裂爆破炸药单耗

2.1.1.2 主炮孔参数设计

预裂孔与主炮孔之间的孔距参考文献[1]，主炮孔药包直径为2号岩石乳化炸药120 mm，因此预裂孔与主炮孔间距（m）取值为3.5～6.0 m。主炮孔的孔深相较预裂孔的孔深减少1 m。预裂孔炮孔角度为65°，主炮孔炮孔角度为75°。

2.1.2 光面爆破参数设计

（1）光面爆破孔深比主炮孔孔深超深1 m，光爆层厚度参考文献[2-8]及现场经验和岩性情况，同时参考以下计算公式：

式中，W光为最小抵抗线，m；k为计算系数，取值15～25，软岩取大值，硬岩取小值，一般岩石可取k=20；a光为孔距，m；m为比例系数，取值0.6～0.8，硬岩可取大值，软岩宜取小值。

（2）光爆孔线装药密度和炮孔装药量：

式中，q光为线装药密度，g/m；Q光为炮孔装药量，g；k光为光面爆破单位面积耗药量，g/m2。

2.2 炮孔布置及起爆网络顺序

采用不耦合、空气间隔装药，孔内采用导爆索，孔外采用主导爆索搭接，起爆网络采用数码电子毫秒雷管引爆方式。

起爆时间t参考文献[2-8]及相关工程经验，主炮孔与预裂孔（光爆孔）相差Δt=50～150 ms时间起爆，硬岩取小值，软岩取大值。

其中，如主炮孔和预裂孔（光爆孔）设计缓冲孔，则按式（2）计算：

式中，a缓为缓冲孔孔距（排距），m；a主为主炮孔孔距（排距），m。

主炮孔的角度为75°，光爆孔和预裂孔的角度为65°，缓冲孔的角度为65°。

3 预裂爆破和光面爆破现场试验

预裂爆破试验和光面爆破试验选择在同一岩性相同平台，该部位岩石岩性较差，节理裂隙发育，对预裂爆破或者光面爆破要求较高，尤其需严格控制其钻孔质量。

根据表1的数据，结合设计的参数方案，计算得到预裂爆破（光面爆破）参数、典型的装药结构图、炮孔布置及起爆网络顺序图。

预裂孔（光爆孔）装药结构图见图1。采用导爆索进行引爆。

图1 预裂孔（光爆孔）装药结构

预裂爆破和光面爆破参数根据公式（1）～公式（12）进行计算，见表2～表5。

实施预裂爆破的区域前排两排主炮孔，最后一排预裂孔。为进行对比，光面爆破的区域前排两排主炮孔或一排缓冲孔，最后一排光爆孔。

表2 预裂爆破预裂孔参数

表3 预裂爆破主炮孔参数

表4 光面爆破光爆孔参数

表5 光面爆破主炮孔参数

预裂爆破预裂孔的起爆时间比主炮孔提前100 ms，光面爆破光爆孔的起爆时间比主爆破或缓冲孔滞后100 ms。

起爆网络使用数码电子雷管，主炮孔采用逐孔起爆，孔间间隔25 ms。炮孔顺序及起爆顺序见图2～图3。

图2 预裂爆破炮孔布置及起爆顺序

图3 光面爆破炮孔布置及起爆顺序

4 爆破效果分析

4.1 现场试验效果分析

试验分三次爆破进行，分别对未设缓冲孔和设立缓冲孔的爆破进行对比（见图4）。

首先对光面爆破和预裂爆破未布置缓冲孔进 行对比，从爆破前后的台阶外观可以看出，整个光面爆破未布置缓冲孔坡面平整度差，受主炮孔爆破冲击影响大，几乎未见半壁孔。预裂爆破效果相对较好。

而后进行第3次试验，在光面爆破设置缓冲孔进行对比，从表4可以看出，同等岩性情况下，光面爆破在平整度、半孔率效果指标优于预裂爆破。

为了加强探索不同岩性下预裂爆破和光面爆破的对比分析，再次进行了硬岩条件下的对比试验，受篇幅影响，本文不再赘述其参数，仅描述现场试验爆破效果（见图5）。

从图5可以看出，在硬岩条件下，光面爆破效 果指标同样优于预裂爆破效果指标，预裂爆破外观平整度差，坡面参差不齐。

图4 光面爆破和预裂爆破效果

表4 爆破效果指标评价

图5 硬岩条件下的光面爆破和预裂爆破

4.2 经济成本对比分析

每次爆破方量为3300～3400 m2，考虑钻孔、火工及人工等成本测算，采用光面爆破比预裂爆破单位成本节约约0.49元/m3。

综上所述，针对宁化行洛坑钨矿露天采场的岩性特征，在同一种岩性条件下，光面爆破指标效果优于预裂爆破，同时在采用光面爆破方法时，需布置一层缓冲孔，以减少主炮孔对光爆孔的冲击 影响。

5 结论

（1）从爆破试验效果与经济上进行比较，在同一种岩性条件下，光面爆破指标优于预裂爆破；

（2）对于光面爆破而言，设立缓冲孔有利于减少主炮孔对光面孔的影响，在参数选择上，对于软岩、裂隙发育的边坡孔距取小值而光爆层厚度取大值；坚硬、稳定的边坡孔距取大值，光爆层厚度取小值。

（3）在实际的现场生产中，常面临着地质条件多变的情况，需要结合现场的实际情况，充分了解边坡地质情况，掌握爆破地段的岩石硬度、节理裂隙发育情况、水文地质条件以及腐蚀风化程度等，优化调整孔网参数、装药方式、起爆顺序等，以达到最优的爆破效果；

（4）本文的试验还存在一些不足，主要在于施工管理方面，后续将准确边坡定线，整平钻机作业平台，规范钻孔人员操作，做到“方向正、对位准、角度精”。建立爆破现场监督机制，严格按照爆破设计施工，出现问题及时纠正，另外结合爆破振动进一步优化爆破参数。