露天采礦邊坡控制性爆破施工技術(shù)

＊姜 超

（中鐵十九局集團(tuán)礦業(yè)投資有限公司 北京 100000）

在露天采礦中，邊坡穩(wěn)定性會直接影響開礦的安全系數(shù)，但在實際采礦時，影響邊坡穩(wěn)定性的決定性因素較多，其中露天采礦中使用的爆破施工技術(shù)，更是會嚴(yán)重?fù)p壞邊坡。為進(jìn)一步降低爆破施工對邊坡穩(wěn)定性造成的負(fù)面影響，施工人員需要選擇適宜的爆破施工技術(shù)，控制爆破施工對邊坡造成的破壞。因此，各礦產(chǎn)企業(yè)需要加大對邊坡控制性爆破施工技術(shù)的研究，提高礦山邊坡的穩(wěn)定性，確保露天采礦工程可順利開展。

1.露天礦山爆破作業(yè)中存在的問題

（1）露天礦山地理位置選擇存在安全隱患。部分露天礦山選擇開礦的地理位置存在一定安全隱患。在正式采礦前，相關(guān)企業(yè)并未對周邊的地理環(huán)境做出詳細(xì)、完整的勘測，企業(yè)對周圍的環(huán)境了解不足，隨意選擇采礦位置，而露天采礦時，必然會使用爆破技術(shù)開展爆破工程。若實際采礦位置臨近采石場或居民居住地，極易引起飛石現(xiàn)象，或會影響周邊居民的人身安全。在露天礦山爆破工程中，必須由專業(yè)的勘測人員對采礦周邊的地理環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，選擇特定位置進(jìn)行爆破[1]。若礦山所處位置地形較高，周圍土質(zhì)結(jié)構(gòu)相對松散，爆破不當(dāng)，便會引發(fā)地質(zhì)振動，或會產(chǎn)生山體滑坡等嚴(yán)重的災(zāi)害。

（2）方案設(shè)計問題。部分礦產(chǎn)企業(yè)在實際施工時不分情況，只一味地尋求更低的建設(shè)成本與更高的經(jīng)濟(jì)效益，僅根據(jù)過往的爆破經(jīng)驗進(jìn)行施工，并未按照場地的實際情況，合理規(guī)劃爆破方案、選擇正確的爆破技術(shù)，無法保障爆破工程的安全。在爆破工程中，會影響邊坡穩(wěn)定性的因素包括巖體的強(qiáng)度、走向、節(jié)理等等。企業(yè)在制定爆破方案時，并未進(jìn)行全面的現(xiàn)場勘測，對周邊土質(zhì)或巖體的力學(xué)特征了解不全面，設(shè)計出的爆破方案并不符合現(xiàn)場實際情況，后續(xù)爆破施工安全系數(shù)自然無法保障。

（3）爆破技術(shù)水平差異。部分露天礦采中的爆破工程，會選用多種坡面控制爆破法。該種方式可以有效減少爆破工程對坡面造成的負(fù)面影響，還能提高爆破工程形成的邊坡質(zhì)量及其穩(wěn)定性。但實際上，邊坡控制爆破施工技術(shù)成本較高。另外，在實踐應(yīng)用時，部分礦產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)水平不達(dá)標(biāo)，或施工現(xiàn)場所用的機(jī)械設(shè)備相對落后，也限制了邊坡控制性爆破技術(shù)的應(yīng)用效果。

（4）鉆孔質(zhì)量問題。在爆破工程中，施工人員必須在適宜的點位鉆孔。鉆孔質(zhì)量的好壞，直接影響到爆破工程的實際效果。通常情況下，爆破工程是否能順利進(jìn)行，與臺階高度、爆孔長度、邊坡角度等因素相關(guān)。結(jié)合爆破工程實踐結(jié)果來看，臺階高度較高、爆孔長度較大、邊坡角度較小時，對鉆孔作業(yè)及裝藥作業(yè)的影響較大[2]。若在爆破工程中，邊坡的巖體結(jié)構(gòu)自身便存在縫隙或節(jié)理等問題，更是會嚴(yán)重影響爆破效果，現(xiàn)場也極易出現(xiàn)鉆孔位移等情況，不利于爆破工程開展。

表1 常用邊坡控制性爆破技術(shù)優(yōu)缺點及使用條件

2.常用的露天采礦邊坡控制性爆破施工技術(shù)

(1)預(yù)裂爆破技術(shù)

露天采礦工程中，預(yù)裂爆破技術(shù)是十分常用的一種邊坡控制性爆破技術(shù)。該技術(shù)能夠有效減少在鉆孔內(nèi)填裝的藥量，也可以有效控制爆破對邊坡造成的破壞。在使用預(yù)裂爆破技術(shù)時，需要施工人員在提前安置好的預(yù)裂孔內(nèi)填裝炸藥，并進(jìn)行爆破，形成預(yù)裂縫后，再使用微差爆破技術(shù)，執(zhí)行主爆破組的爆破工作。在實際應(yīng)用中，預(yù)裂爆破技術(shù)需要考慮到鉆孔和預(yù)裂孔的孔深、孔徑與孔間距，同時確定臺階高度，選擇適宜的孔徑大小。通常情況下，預(yù)裂爆破技術(shù)的孔徑控制在50～120mm，孔深控制在6～15m，孔間距控制在2～6m。其次，工作人員需要制定合理的炸藥分裝方案，確保炸藥可以均勻分布在爆孔內(nèi)。在填裝炸藥時，若爆孔底部夾緊度高，預(yù)裂縫便較難生成。此時，可以將爆孔底部的電荷密度提升兩到三倍，便可有效解決上述問題。在爆破施工時，工作人員還需控制炮眼的填充，若爆破孔部分區(qū)域沒有裝藥，那么很有可能會在其頂部形成裂縫。因此，在填裝時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況，提前預(yù)留出較大規(guī)模的空間，在炮眼深度20%處進(jìn)行填裝。在應(yīng)用預(yù)裂爆破技術(shù)時，需要嚴(yán)格控制爆破的啟動順序及爆破延遲時間，起爆范圍也要嚴(yán)格控制在主爆孔周邊60～80mm的范圍內(nèi)。另外，如果預(yù)留孔的數(shù)量較多，可以選擇分離起爆。

(2)斜孔爆破工藝

過去，許多露天采礦時選用的爆破技術(shù)相對簡單，只是在爆破孔內(nèi)安置藥卷直接進(jìn)行爆破。這種爆破方式的爆破效率較低，也會嚴(yán)重影響邊坡的穩(wěn)定性與礦山的安全系數(shù)。此時，將簡單的爆破技術(shù)與其他先進(jìn)技術(shù)有機(jī)融合，便能提高爆破質(zhì)量。近些年來，深孔爆破技術(shù)的應(yīng)用愈發(fā)普遍，工作人員可以將斜孔爆破與深孔爆破有機(jī)結(jié)合。相比于傳統(tǒng)的垂直深孔爆破，斜孔爆破能夠有效控制爆破工程對邊坡造成的影響，爆破后，各爆破塊的尺寸均勻，也能有效減少填裝藥量，以降低爆破工程的實際成本[3]。

(3)爆破中降振技術(shù)

降振技術(shù)主要用于深孔爆破礦山邊坡處。該技術(shù)可以在深孔爆破工程中直接獲取現(xiàn)場的主要參數(shù)，并適當(dāng)降低邊坡處裝填的藥卷數(shù)量，不僅能夠達(dá)到有效穩(wěn)定邊坡的作用，還能夠強(qiáng)化起爆效果。但目前，降振技術(shù)尚不完善，還需多次實驗后，加以完善。

3.露天采礦邊坡控制性爆破施工技術(shù)的應(yīng)用

(1)工程概況

本工程位于青海省西部東昆侖山脈西段，柴達(dá)木盆地南緣，面積約4.236km2。礦區(qū)地處柴達(dá)木盆地南緣，屬東昆侖山脈的分支，地形切割深，山勢陡峻，除山間大灘及沖溝被第四系覆蓋外，基巖出露良好。在夏日哈木銅鎳礦HS26號異常區(qū)開展了槽探、鉆探工程，施工鉆孔工程間距基本一致，鉆孔分布均勻，各剖面相互平行。本工程主要采取預(yù)裂爆破技術(shù)。

(2)制定爆破方案

各部門工作人員需要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，制定適宜的爆破方案，并在正式爆破前，開展爆破試驗及預(yù)裂爆破工程。要求工作人員在確定要開采的礦山周邊，選擇處于邊界位置的保護(hù)層，隨后沿著邊坡的輪廓線進(jìn)行預(yù)裂爆破施工，先爆破出一條具有一定寬度的裂縫，降低后續(xù)大范圍大規(guī)模爆破工程引發(fā)的地震波造成的負(fù)面影響。此時，沿礦山表面形成的地震波會匯集到提前爆破出的裂縫中。

在正式開展爆破工程前，工作人員提前松動爆破周邊的土壤，或開展松動爆破，便可以減少大規(guī)模爆破時土質(zhì)受力引發(fā)的松動等問題。為進(jìn)一步降低地震波對邊坡造成的破壞，工作人員制定爆破方案時，可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在爆破孔與預(yù)裂孔間設(shè)置一個傾斜的緩沖孔，利用緩沖孔的緩沖作用，收集地震波，便可有效降低爆破對邊坡造成的影響。另外，在正式爆破前，工作人員需要再次勘測現(xiàn)場地質(zhì)條件，包括礦山周圍的水文條件、土壤情況、氣候條件等，對爆破方案進(jìn)行最后調(diào)整，確保爆破方案完全符合現(xiàn)場要求[4]。

(3)優(yōu)化裝藥結(jié)構(gòu)

在爆破作業(yè)前，要求工作人員通過縝密的計算，嚴(yán)格遵循裝藥平衡原則，考慮到礦山周邊巖石體積、硬度、地理環(huán)境、地貌特征等因素，精準(zhǔn)計算出合適的炸藥用量，盡量減少計算誤差，提高爆破效率。在爆孔裝藥時，工作人員需要盡可能將炸藥填裝在爆孔底部。但此時，爆孔與炸藥間距過大，也會影響爆破效果。為此，工作人員可以使用分段填充法，確保炸藥在爆孔內(nèi)均勻分布，以此提高爆破質(zhì)量（裝藥綁扎示意圖見圖1）。另外，在炸藥選擇方面，應(yīng)盡可能選擇性價比較高的炸藥類型。最后，考慮到爆孔底部具有夾緊性特征，工作人員可以選擇在爆孔底部放置大威力炸藥，上端放置普通炸藥。

圖1 預(yù)裂爆破裝藥綁扎示意圖

(4)優(yōu)化起爆網(wǎng)絡(luò)

在爆破現(xiàn)場，炮眼的起爆順序直接影響著爆破工作效果。因此，工作人員必須認(rèn)真分析現(xiàn)場的實際情況，選擇合適的起爆方式。如泥巖或風(fēng)化巖在起爆后，幾乎不會產(chǎn)生大尺寸的石塊，因此這種環(huán)境的起爆工程相對簡單，僅需按排孔起爆法規(guī)范施工即可。而碳酸錳礦區(qū)的巖石結(jié)構(gòu)較硬，在爆破后極易出現(xiàn)大尺寸石塊，應(yīng)選用斜線連續(xù)引爆法，合理規(guī)劃爆孔間距，提高爆孔接近度，確保大尺寸的石塊可以在爆破中破碎。工作人員必須基于礦區(qū)的環(huán)境、條件、土質(zhì)結(jié)構(gòu)，選擇適宜的起爆網(wǎng)絡(luò)，科學(xué)、有序地完成排爆孔爆破工作，確保爆破工程既能達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)，又不會損害邊坡穩(wěn)定性與安全性。

4.露天礦控制爆破技術(shù)的注意事項

(1)完善相關(guān)準(zhǔn)備

在爆破作業(yè)前，工作人員需要充分調(diào)查露天礦區(qū)的基本條件，包括水文地質(zhì)、地質(zhì)條件、地形地貌特征等。隨后，分析此前制定的爆破方案是否符合現(xiàn)場的實際情況，提高方案與現(xiàn)場情況的適切性。工作人員需要注意，若露天礦處于居民區(qū)附近，那么在爆破工程中就有可能會因邊坡失穩(wěn)等問題，造成土體滑坡或巖石滾動，從而引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。因此，現(xiàn)場調(diào)查時，應(yīng)重點考察周邊是否存在居民區(qū)，起爆工程是否會對居民的正常生活造成影響[5]。

此外，在露天礦產(chǎn)開采過程中，不同區(qū)域的巖體存在較大的不確定性，貿(mào)然開展爆破工程，很可能會造成嚴(yán)重的自然災(zāi)害。因此，勘測人員還需重點分析當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)結(jié)構(gòu)，并排查當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)災(zāi)害隱患。根據(jù)現(xiàn)場的調(diào)查結(jié)果，制定科學(xué)、可行的爆破方案。

在爆破作業(yè)時，需使用各類機(jī)械設(shè)備及爆破材料，因此工作人員還需加強(qiáng)對機(jī)械設(shè)備與施工材料的質(zhì)量檢驗力度，方能保障爆破工程有序開展。嚴(yán)格檢查材料質(zhì)量、設(shè)備的運行性能，確保其符合爆破工程的需求后方可投入使用。若在質(zhì)檢過程中發(fā)現(xiàn)材料質(zhì)量不合格或設(shè)備存在故障，應(yīng)立即更換。以免此類質(zhì)量問題成為安全事故的導(dǎo)火索。

最后，露天礦的爆破工程危險系數(shù)較高，邊坡極易因爆破而破損或引起滑坡事故。因此，工作人員需要加大對邊坡周邊爆破作業(yè)的質(zhì)量監(jiān)管力度。并針對在爆破過程中可能存在的各類安全事故，制定針對性的應(yīng)急處理預(yù)案，以免因邊坡失穩(wěn)造成不良后果。

(2)加強(qiáng)對邊坡爆破震動的控制

露天礦開采的過程中，若邊坡的穩(wěn)定性極差，爆破工程又會引發(fā)強(qiáng)烈的震動，較大威力的炸藥就有可能會形成破碎帶，后續(xù)在風(fēng)化作用或拉應(yīng)力的影響下，破碎區(qū)內(nèi)部的巖體會沿著間隙面滑動、變形或直接開裂。因此，在施工過程中，工作人員必須加強(qiáng)對邊坡爆破振動的控制，根據(jù)對現(xiàn)場地質(zhì)條件的勘測，在縝密的計算后，得出詳細(xì)的深孔爆破參數(shù)，并合理規(guī)劃炸藥用料，盡量減少邊坡附近的炸藥量，便能達(dá)到控制邊坡爆破振動的目的。

5.結(jié)束語

在露天礦開采的過程中，礦山邊坡的穩(wěn)定性直接關(guān)系到了礦山的安全系數(shù)。而采礦爆破工程會嚴(yán)重影響邊坡穩(wěn)定性，因此工作人員必須認(rèn)真考察現(xiàn)場情況，選用適宜的邊坡爆破技術(shù)，加強(qiáng)在爆破工程中對邊坡質(zhì)量的控制，在確保爆破工程可達(dá)到預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，盡可能減少爆破工程對邊坡造成的負(fù)面影響。