大型露天礦臨近固定邊坡爆破設計

金文法

(江西銅業(yè)集團公司德興銅礦,江西德興 334224)

大型露天礦臨近固定邊坡爆破設計

金文法

(江西銅業(yè)集團公司德興銅礦,江西德興 334224)

以德興銅礦臨近固定邊坡爆破實踐為例,詳細說明了臨近固定邊坡爆破的各種措施及其參數(shù)的選擇,并對爆破后的效果進行了總結。

露天礦;預裂爆破;輔助孔;緩沖孔

大型露天礦隨著服務年限的加長,開采的不斷深入,會不斷地形成高陡邊坡,因而邊坡的穩(wěn)定性也成為大型露天礦安全生產(chǎn)的一個重要因素。德興銅礦的爆破技術人員通過幾十年來的不斷學習、摸索和實踐,形成了一套行之有效的臨近固定邊坡的爆破設計和施工方法,下面以德興銅礦西源嶺 335m水平臨近固定邊坡的爆破設計為例,加以詳細說明。

1 爆破區(qū)域

圖1 爆破區(qū)域圖

如圖 1所示,爆破區(qū)域位于西源嶺 335m水平,東北面臨近固定邊坡,其上方 350-410邊坡斷層、節(jié)理與裂隙很發(fā)育,破碎帶多,邊坡不穩(wěn)定。該水平設計臺階并段 (不留設平臺),廢石區(qū),好爆。

設計爆破區(qū)域?qū)拸?45m到 56m,最低標高330.637m,最高標高 334.616m(局部抬高),平均標高在332m左右。

圖1是爆破區(qū)域圖。

2 爆破參數(shù)(含布孔參數(shù))

2.1 順延境界線的預裂爆破

預裂爆破在工程爆破中屬輪廓爆破的范疇,是用于控制超挖、維護邊坡穩(wěn)定的一個行之有效的辦法。預裂爆破是在主爆孔之前起爆布置在開挖邊線(本設計為境界線,又稱眉線)的一排預裂孔,爆破的結果是在相鄰孔之間形成裂縫,整個預裂孔的布孔平面形成一個斷裂面,使主爆孔爆破后的裂隙不再深入保留區(qū),主爆孔爆破后,沿預裂面形成一個超挖很少或沒有超挖的光滑坡面。預裂爆破參數(shù)如下:

(1)孔深:根據(jù)臺階高度 15m、坡面角 70°的施工要求,預裂孔孔深 h1=h/sin70°=16(m),為防止超深引起對坡底的破壞,本次預裂孔設計不超深。

(2)不耦合系數(shù)(即炮孔直徑 d1與藥卷直徑 d2比值)[1]:一般為 2～4,采用鉆頭直徑為 150 mm的邊坡鉆打預裂孔,形成的炮孔直徑為 d1=150mm,選用藥卷為 OR ICA預裂爆破專用炸藥,直徑為 d2 =55 mm,計算得不耦合系數(shù)(=d1/d2)為 2.73。

(3)線裝藥密度:根據(jù)該地段礦巖 f系數(shù)、巖性和 II類巖線裝藥密度經(jīng)驗值 (類似地段的線裝藥密度),選為 0.9kg/m3,單孔裝藥量 (=16.5×0.9),實際按 16kg給定。

(4)堵塞長度:一般按經(jīng)驗公式L2=(1～1.2)a1計算(式中 a1為預裂孔孔距:150mm),保證堵塞長度在1.5m以上。

2.2 主爆孔爆破

預裂爆破完畢后,布設主爆孔,孔位圖見圖 2。為發(fā)揮預裂孔爆破后形成的預裂縫的作用,防止不合理孔深的主爆孔與預裂孔貫穿,設計以預裂孔為基準布設輔助孔和緩沖孔各一排 (孔深有變化,下面會做詳細說明),之后再布設正常的全深孔。

根據(jù)《最終邊坡管理規(guī)定》的臨近邊坡孔數(shù)和每面炮的總裝藥量,設計各面炮的孔位圖如下 (實際布孔時會根據(jù)自由面情況作局部調(diào)整,但各面炮的主爆孔孔數(shù)和總裝藥量嚴格遵循《最終邊坡管理規(guī)定》)。

圖2 孔位圖

2.2.1 輔助孔和緩沖孔

(1)布孔方式和布孔參數(shù)。預裂孔布設并爆破完畢后,以預裂孔為基準向采區(qū)方向布設輔助孔和緩沖孔各一排,以形成期望的坡面角(70°),并保證坡底不受破壞。如圖 3輔助孔和緩沖孔剖面圖。

從保證爆破效果的角度考慮,輔助孔孔深以 6m最為合理,如不足 6m,爆破后會在臺階邊緣遺留傘巖,影響邊坡美觀,且容易發(fā)生掉塊,造成安全隱患;超過 6m會與預裂孔貫通,導致漏藥,爆破失效,輔助孔孔距為 4m,距離境界線(即已爆預裂孔)4m。

從保護坡底不受破壞的角度考慮,緩沖孔孔深以 15m最為合理,不足 15m,爆破后會產(chǎn)生根底;超過 15m會破壞坡底,緩沖孔距為 7m,與輔助孔的距離為4m。

圖 3 輔助孔和緩沖孔剖面圖

(2)裝藥量。6m深輔助孔爆破以克服眉線傘巖為目的,一般裝藥量為 50kg,充填高度 5.3m;15m深緩沖孔以克服根底為目的,一般裝藥量為 500kg,但本次設計考慮到降低爆破震動對邊坡的危害,設計采用間隔裝藥方式,一般為 455 kg,充填高度6.8m(后面會給出計算依據(jù))。

(3)裝藥結構。為維護邊坡穩(wěn)定和控制臨近邊坡一側(cè)炮孔最大一響藥量,緩沖孔采用間隔裝藥,孔內(nèi)底部裝 320kg乳化炸藥和澳瑞凱第 15段(375ms)非電導爆管雷管配合;孔內(nèi)上部裝 135kg乳化炸藥和澳瑞凱第 16段 (400ms)非電導爆管雷管配合。中間用橡膠公司生產(chǎn)的爆破節(jié)能器 (或稱炮孔隔離塞)隔斷并用巖粉充填 1.5m,計算充填高度為 6.8m,示意圖見圖 4。

圖 4 間隔裝藥結構圖

2.2.2 全深孔爆破設計

(1)布孔方式。從能量分布的觀點看,以三角形布孔最為理想,所以本次采用三角形布孔。

(2)爆破參數(shù)選擇。

①底盤抵抗線W1,由牙輪鉆機鉆孔作業(yè)的安全條件[2]:

W1=Hctgα+B

B為鉆機臺階邊緣作業(yè)的最小安全平臺寬度,取Bmin=2m,計算得W1為9m;前排孔臺階剖面圖見圖5。

圖 5 前排孔臺階剖面圖

②單耗:根據(jù)該地段巖性,確定炸藥單耗(BDS)為 0.833kg/m3。

③孔距 a與排距 b:該地段相對好爆,按照選定的炸藥單耗孔網(wǎng)設計為 (7×8)m2,即 a=8m,b= 7m。

④孔深根據(jù)《2008年 7月份月末現(xiàn)狀圖》提供的頂板標高確定,超深按 2.5m算。

⑤每孔裝藥量,單排孔爆破或多排孔爆破的第一排孔的每孔裝藥量Q1按以下公式計算:

Q1=qaW1H

式中:q為炸藥單耗,根據(jù)巖石 f系數(shù)(此處為 II類巖)定為 0.833kg/m3;a為孔距,8m;W1為底盤抵抗線,9m;H為臺階高度,15m。

多排孔爆破時,從第二排孔起,以后各排孔的每孔裝藥量Q2按以下公式計算:

Q2=qa bH

式中:q為炸藥單耗,0.833kg/m3;a為孔距, 8m;b為排距,7m;H為臺階高度,15m。

計算得每面炮總藥量在 25t左右。

⑥裝藥結構:采用連續(xù)裝藥結構。

⑦充填高度:一般充填高度不小于底盤抵抗線的 0.75倍,根據(jù)每孔設計裝藥量運用公式:L=HQ/68(L為充填高度,H為孔深,Q為每孔裝藥量,式中數(shù)字 68為炮孔每米裝藥量,單位 kg/m)計算得: 17.5m深炮孔充填 7.2m,符合爆破設計與安全要求。

3 起爆網(wǎng)絡

根據(jù)該地段巖性和 335-410邊坡的穩(wěn)定性情況,地表網(wǎng)絡使用大段別豪秒延期雷管延時,即控制排和控制列分別用 65ms和 100ms的非電導爆管雷管搭配。以下做出第 1面炮的地表網(wǎng)絡示意圖,其余各面炮按控制排 65ms,控制列 100 ms嚴格執(zhí)行,并實行逐孔起爆。

圖 6 爆破網(wǎng)絡示意圖(第 1面炮)

4 爆破安全

主要是控制爆破振動,爆破振動控制以控制單面炮爆破規(guī)模和控制最大一響藥量為主要措施。臨近固定邊坡地段主炮孔(含緩沖孔)控制在 40個以內(nèi),并適當延長地表網(wǎng)絡延期時間,相鄰炮孔地表網(wǎng)絡延期時差控制在 20ms以上,防止爆破振動疊加。

距離邊坡最近的炮孔爆破引起質(zhì)點的振動速度按薩道夫斯基公式計算如下[3]:

v=K1K2(Q1/3/R)a

式中:v為爆破引起的質(zhì)點振動速度,cm/s;Q為單響藥量,輔助孔 50kg,緩沖孔 455kg,主炮孔700kg;R為藥柱中心到 350邊坡 (坡底)的最近距離,輔助孔、緩沖孔與主炮孔到 350邊坡 (坡底)的最近距離分別為 8.23m、16.13m與 20.98m。其確定依據(jù)見圖 7。K1為系數(shù) 1,此為預裂爆破減振系數(shù),一般 K1=0.4～0.7,此處取 0.4;K2為系數(shù) 2,此為與爆破點地形、地質(zhì)條件有關的系數(shù),取 K2=229.38;a為爆破振動衰減指數(shù),取 a=2.1。各項取 值代入公式計算結果見表 1。

圖 7 320-335臺階剖面圖

表 1 爆破振動計算結果表

通過以上計算,335水平的輔助孔、緩沖孔、最近一排主炮孔爆破引起的質(zhì)點振動速度均在19cm/s以下,按《基巖破壞特征與實際質(zhì)點振速的關系》分析:爆破時坡面一些不穩(wěn)定的巖石會滾落(19cm/s時土巖破壞特征),另一方面,該地段邊坡軟弱面多,不排除爆破時局部破碎帶會垮塌。

5 爆后效果及總結

德興銅礦在2009年8月西源嶺335m水平臨近固定邊坡的區(qū)域?qū)嵤┍?爆破當時,335臺階以上邊坡穩(wěn)定,未出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象;爆破后,經(jīng)電鏟開挖掉所有礦巖后,預裂孔半孔率達到 89.5%,335水平邊坡保護完好,只是邊坡坡面上有少許傘巖,經(jīng)處理后邊坡坡面平整,坡面角度為 69.2～70.4°,爆破效果良好。

通過以上爆破實踐,德興銅礦在臨近固定邊坡的區(qū)域的爆破主要采用了以下措施對邊坡進行保護:

(1)在實施主炮孔爆破前,沿露天礦境界線實施預裂爆破,提前形成預裂面。

(2)在主炮孔爆破時,在主炮孔與固定邊坡之間加打輔助孔和緩沖孔,在主炮孔之后起爆,以減少主炮孔對預裂面的破壞。

(3)在緩沖孔中實施間隔裝藥,以減少緩沖孔對預裂面和邊坡的破壞。

REFERENCES

[1] 黎劍強.爆破工程施工安全技術標準實用手冊[K].安徽:安徽文化音像出版社,2004.

[2] 顧毅成.爆破工程施工與安全[M].北京:冶金工業(yè)出版社, 2004.

[3] 楊仕春.工程爆破實用手冊[K].北京:工業(yè)出版社,2003.

Design of Blasting Engineering near the Fixed Slope of Large-scale Open-pitM ine

J IN Wen-fa
(Dexing CopperMine of JCC,Dexing,Jiangxi,China 334224)

Take the blasting engineering near the fixed slope ofDexing CopperMine as a case,this article introduces the various methods and parameters selection for the blasting engineering near the fixed slope and sums up the effects of the blasting engineering.

Open-pitMine;Presplit blasting;Subsidiary holes;Shock mitigation holes

book=19,ebook=113

TD854.2

B

1009-3842(2010)02-0019-04

2010-01-04

金文法(1967-),男,江西波陽人,采礦工程師,從事采礦管理工作。Email:jinwenfa@163.com