預(yù)裂爆破在礦山露天開采的應(yīng)用

姜貴川，鄧久榮，鄭彥濤

（1.貴州息烽磷礦有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550001；2.貴州化工建設(shè)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550001）

預(yù)裂爆破少量的炸藥使用非耦合，在開始爆破前的主要爆破孔要形成一條具有一定寬度，可以反應(yīng)出應(yīng)力波的預(yù)裂縫，削弱應(yīng)力波的礦山邊坡破壞性能力。爆破后還可以呈現(xiàn)外形扁平，表面光滑，減少超欠挖量，以及單獨使用預(yù)裂巖體開挖面積和儲量，開挖面積表面預(yù)裂爆破應(yīng)力波的反射，并預(yù)留巖體應(yīng)力波的傳播大大減少，同時，也使礦山地質(zhì)變化效果大大降低，從而有效保護儲備礦區(qū)巖體和建筑物。對于采礦工程施工來說，它將減少總剝離量，增加采礦量，并帶來巨大的經(jīng)濟效益。

1 工程概況

息烽地區(qū)礦山位于貴州省中部，該礦區(qū)成立于1964年，是我國早期所建造的礦山工程之一，生產(chǎn)規(guī)模較大，并且是一個較為重要大型礦山。礦區(qū)位于云貴高原丘陵地區(qū)，該礦區(qū)露天采礦形成“U”型槽谷人地形、海拔最高的1010(礦區(qū)西南部)，東北最少732m(田)，最大相對高差278m，總體地勢西南高、東北低、剝蝕型高原礦山地質(zhì)地貌類型多。針對露天礦區(qū)開采形成的高陡邊坡穩(wěn)定性的影響，通過分析預(yù)裂爆破的技術(shù)參數(shù)和效果，進行實時監(jiān)測，確保采場邊坡的安全高效開采。

2 預(yù)裂爆破參數(shù)選擇

正確地選擇預(yù)礦山裂爆破參數(shù)，是取得良好的預(yù)裂爆破效果的前提。然而，預(yù)裂爆破的重要參數(shù)及其影響因素很多，如孔徑、孔距、炸藥性能、線裝藥密度、裝藥結(jié)構(gòu)、巖體的組織及構(gòu)造等，現(xiàn)就我國礦山840m水平頂板擴幫（6號勘查線附近），具體確定其參數(shù)，由于從礦山地質(zhì)資料可知此礦山地質(zhì)巖體段屬于白云巖，而白云巖的抗壓強度從《礦山巖石力學(xué)》查到〔B〕=78-245mpa，《根據(jù)露天礦爆破》總結(jié)的預(yù)裂破爆參數(shù)經(jīng)驗公式，可算出不耦合系數(shù)K=1+18.32〔B〕-0.26，則K=3.4-4.2，符合各礦采用的不耦合系數(shù)，一般為2.4～5的范圍。根據(jù)此段礦山地質(zhì)條件可取不耦合系數(shù)為4，確定預(yù)裂爆破參數(shù)如下：

（1）鉆孔直徑。由于礦山缺乏所需專用設(shè)備，只好采用生產(chǎn)鉆孔機來鉆預(yù)裂孔，而礦山工程采用KT7潛孔鉆機，其孔徑φ＝100mm。

（2）鉆孔間距a=19.5φ(k-1)-0.523，其中φ=100mm，K=4。a=19.5×100(4-1)-0.523=1866mm.符合孔間距為鉆孔直徑的10倍～13倍要求。并取鉆孔間距a=1.8m。

（3）線裝藥密度ρ=78.5φ2K-2ρ；其中φ=100mm，K=4，ρ炸藥密度為0.933克/cm3，則ρ=1322.9克/m。

預(yù)裂爆破裝藥密度變化范圍為0.6Kg/m～3.5Kg/m，而ρ=1.3229Kg/m也滿足需要。

（4）預(yù)裂孔深。由于此地段臺階高度H=10m，根據(jù)礦山地質(zhì)條件并確定預(yù)裂孔深度H=11.5m，其誤差不能超過±0.3m。

（5）預(yù)裂孔排列。由于受平臺寬度的限制，預(yù)裂孔布置成垂直孔。

（6）裝藥結(jié)構(gòu)。預(yù)裂爆破要求炸藥在孔內(nèi)均勻分布，因此裝藥不耦合。由于底部夾持較大，不容易形成所需的裂紋。因此，通常有必要增加孔底的電荷密度。一般底加量2.5倍。

（7）堵塞長度。為了保證高壓爆炸氣體，需要良好的孔口堵塞。堵塞長度較短，而裝藥太高，可能會導(dǎo)致孔變成漏斗。堵塞時間過長，充電過低，頂部很難形成完整的預(yù)裂。堵塞長度和炮孔直徑有關(guān)，通常并取直徑為12倍～20倍，因此，取為2.5m，并且孔口1.5m不裝藥，不堵塞。

（8）起爆方式與起爆時差，采用導(dǎo)爆索起爆，預(yù)裂孔超前主爆孔的起爆時差為100ms。

3 預(yù)裂爆破效果及評價

一般根據(jù)裂縫的寬窄，新壁面的平整程度留下的孔痕百分率以及減震效應(yīng)的百分率來衡量預(yù)裂爆孔的效果。預(yù)裂爆破在息烽大型露天礦山作業(yè)時可以達到以下質(zhì)量標準：

（1）巖體在預(yù)裂面上形成貫通裂縫，其地表裂縫寬度不應(yīng)小于1cm。

（2）預(yù)裂面保持平整，壁面的不平整程度小于15cm。

（3）壁上孔痕的百分率在硬巖中不少于80%。在軟巖中不少于50%。

（4）減震效應(yīng)。降低爆破地震效應(yīng)是預(yù)裂爆破的重要特點，一般應(yīng)達到按照設(shè)計和預(yù)估對降震百分率值的要求。

4 技術(shù)問題及注意事項

（1）根據(jù)礦山的巖體類型，合理確定孔距和裝藥量是十分重要的。在預(yù)裂爆破方面，巖體的性質(zhì)對爆破效果的影響要大于其他爆破方法。因此，預(yù)裂爆破的設(shè)計和施工在不同的地質(zhì)條件下是不同的。

（2）爆破后，巖體很容易沿裂隙方向展開。如果要求礦井預(yù)裂垂直于巖層，則必須采用孔距均勻的炮眼，使預(yù)裂沿預(yù)定方向出現(xiàn)。預(yù)裂爆破的裂縫沿井筒中心的軸線方向形成。

（3）在礦山工程實踐操作當(dāng)中，預(yù)裂爆破可超前主爆區(qū)先行起爆，即在主爆區(qū)尚未爆破開挖之前，先沿設(shè)計輪廓實施預(yù)裂爆破，形成預(yù)裂縫，而后逐步進行主爆區(qū)的作業(yè)。

（4）預(yù)裂爆破產(chǎn)生的危險飛石是不容忽視的，因此有必要對預(yù)裂孔進行封蓋，且蓋層材料不能離巖體太近。其原因是在礦山爆破工程中必須給爆炸氣體提供膨脹空間。

5 總結(jié)

礦山邊坡的穩(wěn)定性受地質(zhì)氣候條件的影響，受爆破方法和技術(shù)的制約。因此，如何在爆破施工中更好地保護邊坡穩(wěn)定是一個關(guān)鍵問題。

結(jié)合大型礦山工程的工程實踐，證明預(yù)裂爆破技術(shù)是解決這一問題的有力措施。預(yù)裂爆破是利用相鄰炮孔內(nèi)炸藥爆轟時瞬間產(chǎn)生的應(yīng)力和爆破產(chǎn)生高壓氣體的氣楔作用，使得巖石沿相鄰炮孔的軸線形成一條裂縫，從而在以后的開挖中形成一個平整和穩(wěn)定的面。在開挖區(qū)主爆破炮孔爆破前，沿設(shè)計輪廓線先形成平整的預(yù)裂縫（當(dāng)根據(jù)巖石性質(zhì)地質(zhì)條件選用的預(yù)裂爆破參數(shù)～孔間距、不耦合系數(shù)、線裝藥密度合適時，預(yù)裂縫的寬度可達成1cm～2cm）。預(yù)裂縫形成后，再起爆主爆破炮孔組，能在一定范圍內(nèi)，減小主爆破炮孔組的爆破地震效應(yīng)。