某鈾鉬露天礦預(yù)裂爆破合理參數(shù)試驗(yàn)研究

劉海洋，閆志國，戶方遠(yuǎn)，郭曉棟，李文星，尹義仁

(1.中核沽源鈾業(yè)有限責(zé)任公司，河北 張家口 076561；2.中核第四研究設(shè)計(jì)工程有限公司，河北 石家莊 050021)

預(yù)裂爆破不僅在垂直、傾斜開挖壁面上得到廣泛應(yīng)用，在規(guī)則的曲面、扭曲面以及水平建基面等也得到應(yīng)用[1-2]。由于預(yù)裂爆破技術(shù)具有超挖量少、礦巖完整和爆破震動(dòng)輕等優(yōu)點(diǎn)，不僅廣泛應(yīng)用于露天和地下工程開挖，也廣泛地應(yīng)用于水利、電力、交通運(yùn)輸、舊建筑物基礎(chǔ)拆除、船塢碼頭等工況施工。

截止2016年底，某鈾鉬礦已開采至1 492 m梯段，最高標(biāo)高1 464 m，最低標(biāo)高1 492 m，露天開采封閉圈標(biāo)高為1 516 m，上下高差達(dá)72 m，臺(tái)階數(shù)6個(gè)。初步設(shè)計(jì)中，沒有提及預(yù)裂爆破的相關(guān)參數(shù)。為了降低生產(chǎn)成本、降低采剝比、提高邊坡穩(wěn)定性及延長礦山服務(wù)年限，通過預(yù)裂爆破試驗(yàn)選擇經(jīng)濟(jì)合理的施工參數(shù)，為礦山進(jìn)一步開采提供技術(shù)支持。

1 礦巖地質(zhì)概況

本礦山礦巖主要分3類巖：A類為次流紋斑巖和熔巖角礫巖，巖石較堅(jiān)固，穩(wěn)定性強(qiáng)；B類為斑巖、流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r、流紋巖，巖石為中等堅(jiān)固，孔隙率小，礦體穩(wěn)定性較好；C類礦體上、下盤礦巖為流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r、構(gòu)造角礫巖帶、破碎裂隙帶，不堅(jiān)固，礦巖破碎松散、孔隙率大、穩(wěn)定性差，容易坍塌和冒頂。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)礦巖及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

通過礦床《詳查地質(zhì)報(bào)告》、《可行性研究》和《初步設(shè)計(jì)》等方案中的地質(zhì)資料，收集礦山邊坡部分相關(guān)礦床地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件、礦巖特性等資料，并參考同類礦山經(jīng)驗(yàn)，在條件試驗(yàn)中考察孔徑、孔距、線裝藥系數(shù)、不耦合系數(shù)、堵孔長度等參數(shù)對(duì)預(yù)裂爆破效果的影響，最終為擴(kuò)大試驗(yàn)確定爆破參數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇B類礦巖進(jìn)行條件試驗(yàn)研究。預(yù)裂爆破驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：A類、B類、C類礦巖的預(yù)裂爆破眼痕率分別≥80%、≥70%和≥50%；預(yù)裂面保持平整，不平整度≤15 cm；預(yù)裂縫貫通且在地表有一定的開裂寬度，保證爆破效果[3]。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備及裝藥結(jié)構(gòu)

選擇KAISHAN LGCY-10/13型號(hào)潛孔鉆機(jī)，KAISHAN LGY18/18G空壓機(jī)進(jìn)行預(yù)裂爆破鉆孔施工。裝藥結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)剖面示意如圖1～3所示。

a—裝藥結(jié)構(gòu)示意；b—裝藥結(jié)構(gòu)實(shí)物。圖1 裝藥結(jié)構(gòu)

圖2 條件試驗(yàn)平剖面示意

圖3 擴(kuò)大試驗(yàn)平剖面示意

3 條件試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 孔徑對(duì)預(yù)裂爆破效果的影響

初步選取φ90 mm和φ100 mm 2種孔徑進(jìn)行預(yù)裂爆破試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)見表1。

試驗(yàn)結(jié)果表明：孔徑φ90 mm和φ100 mm的眼痕率分別為70%和85%，均符合≥70%的要求；預(yù)裂面不平整度均≤15 cm，預(yù)裂縫貫通且在地表有一定的開裂寬度。

表1 孔徑對(duì)預(yù)裂爆破影響試驗(yàn)參數(shù)

由于礦巖裂隙較大，造成φ100 mm平整度較低，但孔徑φ100 mm眼痕率優(yōu)于φ90 mm，故選取孔徑φ100 mm作為之后條件試驗(yàn)和擴(kuò)大試驗(yàn)的孔徑參數(shù)。

3.2 孔距對(duì)預(yù)裂爆破效果的影響

初步確定了0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2 m孔距，研究孔距對(duì)預(yù)裂爆破效果的影響，試驗(yàn)參數(shù)見表2，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2 孔距對(duì)預(yù)裂爆破影響試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn)結(jié)果表明：在6種孔距下，預(yù)裂縫均貫通且在地表有一定的開裂寬度；在孔距為0.7、0.9、1.0 m時(shí)，爆破效果好，符合要求；在孔距為0.9 m時(shí)，預(yù)裂面平整度最好，在爆破效果、成本控制上優(yōu)勢(shì)明顯。故選取0.9 m作為之后條件試驗(yàn)孔距參數(shù)。

3.3 線裝藥系數(shù)對(duì)預(yù)裂爆破效果的影響

初步確定438 g/m、484 g/m、531 g/m 3種線裝藥系數(shù)，研究線裝藥系數(shù)對(duì)預(yù)裂爆破效果的影響，試驗(yàn)參數(shù)見表4。

表4 線裝藥系數(shù)對(duì)預(yù)裂爆破影響試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn)結(jié)果表明：在3種線裝藥系數(shù)下，預(yù)裂縫均貫通且在地表有一定的開裂寬度；線裝藥系數(shù)為438、484、531 g/m時(shí)，炮孔眼痕率分別為75%、75%和60%，預(yù)裂面不平整度分別為≤15 cm、≥15 cm、≥15 cm。線裝藥系數(shù)為438 g/m時(shí)預(yù)裂效果最好，而線裝藥系數(shù)為531 g/m時(shí)效果最差。故選取438 g/m作為之后條件試驗(yàn)線裝藥系數(shù)參數(shù)。

3.4 不耦合系數(shù)對(duì)預(yù)裂爆破效果的影響

初步確定32 mm和42 mm 2種藥卷直徑，即不耦合系數(shù)分別為3.13和2.38，分別進(jìn)行預(yù)裂爆破條件試驗(yàn)，研究不耦合系數(shù)對(duì)預(yù)裂爆破效果的影響，試驗(yàn)參數(shù)見表5。

表5 不耦合系數(shù)對(duì)預(yù)裂爆破影響試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn)結(jié)果表明：在不耦合系數(shù)為3.13和2.38條件下，預(yù)裂縫均貫通且在地表有一定的開裂寬度；不耦合系數(shù)為3.13(藥卷直徑為32 cm)時(shí)的眼痕率為80%，不平整度≤15 cm，爆破結(jié)果符合要求；不耦合系數(shù)為2.38(藥卷直徑為42 cm)時(shí)的眼痕率為75%，不平整度≥15 cm，不符合要求。故選取3.13作為之后擴(kuò)大試驗(yàn)不耦合系數(shù)參數(shù)。

3.5 條件試驗(yàn)確定的參數(shù)

根據(jù)以上條件試驗(yàn)結(jié)果，得到的預(yù)裂爆破參數(shù)見表6。表6中的參數(shù)是在對(duì)B類礦巖的試驗(yàn)研究中獲得的，在A類、C類礦巖爆破參數(shù)選擇時(shí)可作一定的參考。根據(jù)條件試驗(yàn)結(jié)果以及預(yù)裂爆破經(jīng)驗(yàn)參數(shù)可知：在孔徑確定的條件下，孔距和線裝藥系數(shù)對(duì)礦巖預(yù)裂爆破影響最大；在礦巖條件好的情況下，孔距可相應(yīng)增大。故在第1次擴(kuò)大試驗(yàn)時(shí)，A類礦巖孔距定為1 m，C類礦巖孔距定位0.8 m。線裝藥系數(shù)影響不平整度，可根據(jù)擴(kuò)大試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行微調(diào)。

表6 條件試驗(yàn)確定的預(yù)裂爆破參數(shù)

4 擴(kuò)大試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 不同礦巖條件的擴(kuò)大試驗(yàn)

根據(jù)本礦山地質(zhì)資料和條件試驗(yàn)確定的參數(shù)，初步確定A類、B類、C類礦巖的預(yù)裂孔距分別為1.0、0.9、0.8 m，其余預(yù)裂爆破參數(shù)見表7。在此條件下，進(jìn)行預(yù)裂爆破第1次擴(kuò)大試驗(yàn)。

表7 不同孔距的擴(kuò)大試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn)結(jié)果表明：

1)A類礦巖眼痕率為80%，眼痕率≥80%，達(dá)標(biāo)；不平整度≥15 cm，不符合要求。分析認(rèn)為是由于炮孔線裝藥系數(shù)不夠造成的，下一次擴(kuò)大試驗(yàn)應(yīng)對(duì)線裝藥系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

2)B類礦巖眼痕率為60%，眼痕率<70%，不達(dá)標(biāo)；炮孔的不平整度上部達(dá)標(biāo)，下部不達(dá)標(biāo)。分析認(rèn)為是由于裝藥結(jié)構(gòu)不好造成的，尤其是底部裝藥太多，導(dǎo)致下部超爆，沒有眼痕。下一次擴(kuò)大試驗(yàn)應(yīng)對(duì)裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。

3)C類礦巖眼痕率為30%，眼痕率<50%，不達(dá)標(biāo)；不平整度也不達(dá)標(biāo)。分析認(rèn)為是由于上下部礦巖性質(zhì)不一樣造成的，上部C類礦巖，爆破效果尚可；下部為高嶺土質(zhì)，沒有眼痕。下一次擴(kuò)大試驗(yàn)應(yīng)選取上下部巖性差別不大的部位進(jìn)行爆破試驗(yàn)。

4.2 調(diào)整參數(shù)后擴(kuò)大試驗(yàn)

根據(jù)本礦山地質(zhì)資料和第1次擴(kuò)大試驗(yàn)結(jié)果，調(diào)整A類、B類、C類礦巖單孔裝藥量分別為6.0、5.4、5.4 kg，線裝藥系數(shù)分別為461、415、415 g/m，進(jìn)行第2次擴(kuò)大試驗(yàn)。礦巖爆破效果如圖4所示。

A類礦巖 B類礦巖 C類礦巖圖4 礦巖爆破效果

試驗(yàn)結(jié)果表明：A類、B類、C類礦巖的眼痕率分別為90%(≥80%)、75%(>70%)和60%(>50%)，不平整度均≤15 cm，爆破效果符合要求。

5 結(jié)論

研究得到了3類礦巖的預(yù)裂爆破推薦參數(shù)：孔徑為100 mm；不耦合系數(shù)為3.13；炮孔堵塞長度為1.5 m；與主爆區(qū)毫秒延時(shí)為200 ms；A類、B類、C類礦巖的孔距分別為1.0、0.9、0.8 m，線裝藥系數(shù)分別為461、415和415 g/m。研究結(jié)果為該鈾鉬礦的露天開采提供了技術(shù)支撐，可有效提高邊坡穩(wěn)定性，降低剝采比，提高礦山服務(wù)年限；并可為類似礦山的預(yù)裂爆破提供技術(shù)參考。