多種減振爆破技術(shù)在和尚橋鐵礦的應用

李 杰 劉文勝 王建華

（馬鋼礦業(yè)資源集團南山礦業(yè)有限公司）

隨著礦產(chǎn)資源不斷的開發(fā)以及城鎮(zhèn)化建設的快速發(fā)展，越來越多的礦山都處于城鎮(zhèn)、村莊包圍圈內(nèi)，甚至部分礦山處于城市的包圍之中，馬鋼南山礦業(yè)公司和尚橋鐵礦便是其中之一。和尚橋鐵礦為國家規(guī)劃礦區(qū)，是馬鋼“十一五”規(guī)劃礦山。該礦位于馬鞍山市向山鎮(zhèn)西南5 km的佳山鄉(xiāng)、向山鎮(zhèn)境內(nèi)，在其周圍分布著多個村民聚居的村莊及礦山在建的廠區(qū)、辦公生活區(qū)，礦區(qū)警戒線200～600 m范圍內(nèi)有住戶781戶，礦區(qū)爆破環(huán)境十分復雜。采場最終境界距南山礦業(yè)公司2#泵房150 m，距新建的排巖粗破碎及膠帶運輸系統(tǒng)100 m；采石支河由東向西橫穿礦區(qū)，爆破護堤工作十分艱巨，以防河水倒灌采場；礦區(qū)距市區(qū)東環(huán)路僅1.3 km，近乎于城市中的礦山，對爆破振動要求非常嚴格。

為減少爆破振動對周邊居民生活環(huán)境、采石支河河堤及工業(yè)設施的影響，馬鋼礦業(yè)資源集團南山礦業(yè)公司針對不同區(qū)域環(huán)境特點，開展爆破技術(shù)研究，通過現(xiàn)場試驗及監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，形成多種減振爆破技術(shù)［1-6］，并在日常生產(chǎn)中推廣應用。

1 爆破減振機理分析

1.1 緩沖爆破減振機理

緩沖爆破是指在靠幫爆破時，臨近邊幫布置1～2排緩沖孔，最后一排主爆孔不超深，孔距較正常孔降低30%，即半孔（圖1）。半孔平行于最終境界線布置，減小每孔裝藥量，微差時間早于主爆孔起爆。緩沖孔起爆后，在緩沖孔周邊形成壓縮區(qū)，主爆孔爆破振動波傳入該區(qū)域后形成反射，從而降低爆破振動波峰。

1.2 孔底軟塞間隔爆破減振機理

軟塞爆破技術(shù)采用低密度的固體物質(zhì)（一般為泡沫塑料）放置在孔底（圖2），部分能量貯存在軟塞中，降低了爆破初始脈沖壓力峰值，延長了整個炮孔的爆破作用時間，使能量沿炮孔的分布趨于均勻，改變破碎能量的分配狀況，減少爆破粉碎區(qū)，擴大爆破破碎區(qū)，從而降低爆破振動強度，提高爆破能量利用率，最終改善爆破效果，尤其是孔底爆破效果。

1.3 切割爆破減振機理

切割爆破類似于預裂爆破，炮孔布置在最終境界線上，采用不耦合裝藥，孔內(nèi)放置加工好的定向切割爆破炸藥組合裝置。切割爆破的主要目的是防止爆破后破壞境界外巖體，減少周邊爆破振動。切割爆破的2個重要指標是合理的孔距和線裝藥密度。線裝藥密度的計算應考慮如下因素。

（1）炮孔壓力必須小于巖石動抗壓強度，否則粉碎圈就會形成。

（2）控制爆破振動，減少周圍巖石破碎程度。

切割爆破是在主裝藥爆破起爆前，先起爆切割孔，使沿切割孔的連線上提前形成2～3 cm寬的切割縫。在深孔爆破時，爆破范圍外的巖石邊坡受到切割縫的良好保護。切割縫是一個連續(xù)的面，降振作用比較好。

現(xiàn)場采用馬鞍山礦山研究院發(fā)明的一種用于露天礦山定向切割爆破的炸藥組合裝置（圖3），該炸藥組合裝置安放于露天礦邊坡傾斜切割孔中，可以在保證切割孔定向成縫的前提下，大幅度增大切割孔間距，從而減小穿孔量，降低切割爆破成本。

和尚橋采場主要圍巖為閃長玢巖，普氏硬度系數(shù)f=8～10，切割爆破不耦合系數(shù)K=4～4.5，炮孔間距m=2.2～2.5 m，線裝藥密度為1.4～1.5 kg/m。

2 減振爆破現(xiàn)場試驗方案

根據(jù)和尚橋鐵礦區(qū)域地質(zhì)特點，對采場南部第四紀軟巖、中軟破碎巖靠幫部位采用緩沖爆破方式，中硬巖石部位采用大孔距定向切割+軟塞爆破方案，確保邊坡的穩(wěn)定；對距膠帶通廊較近部位采用孔底軟塞爆破，降低爆破振動對工業(yè)設施的影響。

2.1 緩沖減振爆破現(xiàn)場試驗

緩沖爆破現(xiàn)場試驗共進行3次，采用高風壓潛孔鉆鉆孔，緩沖孔距5 m，距最終境界線、主爆孔排距5 m，單孔藥量10 kg，提前主爆孔50 ms起爆。

試驗結(jié)果表明，緩沖爆破對于軟巖地段減振效果明顯，與常規(guī)深孔爆破相比，減振率可達15%以上，同時解決了第四紀軟巖部位預裂爆破效果不佳問題。

2.2 孔底軟塞減振爆破現(xiàn)場試驗

為驗證軟塞爆破在露天深孔爆破中降低爆破振動的作用，在孔底加填了長度0.7～1.0 m的軟塞，干孔裝藥時直接放入孔中，水孔時軟塞內(nèi)裝入碎石，再使軟塞慢慢沉入孔底。

在采場進行了4次軟塞減振爆破試驗，爆破采用澳瑞凱高精度導爆管雷管逐孔起爆，爆破礦巖量為6.71萬m3，最小抵抗線W=8～12 m，炸藥單耗q=0.35～0.45 kg/m3，并進行了爆破振動測試，結(jié)果如下。

（1）軟塞爆破效果良好，爆堆松散，表面大塊減少，未見根底，爆堆形狀控制較好，提高了鏟裝效率。

（2）爆破時，孔底軟塞墊層降低了爆炸沖擊波對孔壁及孔底平面的沖擊，能大大降低爆破地震強度，通過對4次試驗爆破振動測試結(jié)果分析，在爆距25 m處爆破振動降低14.2%～18.2%。

（3）單孔順序起爆可降低最大段藥量，進而減少爆破振動。當最大段藥量為260 kg時，距爆心92 m處實測振速為4.29 cm/s，與薩道夫斯基公式計算值相比，降振率達到了25.41%。

2.3 切割減振爆破現(xiàn)場試驗

切割爆破現(xiàn)場試驗與測試工作共做了8次，總孔數(shù)165個，切割孔孔徑為165 mm，切割線總長度383 m，其他參數(shù)詳見表1。

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現(xiàn)場測試情況表明，切割爆破的減振效果比較顯著，平均降振率達到46.21%。其中，爆距100 m的平均降振率為52.46%，爆距200 m為39.96%。切割加軟塞綜合爆破比單純切割爆破近區(qū)平均降振率均有所增大，尤其是垂直方向降振效果較為明顯。爆破挖掘后半孔率大于55%（圖4）。

3 減振爆破技術(shù)應用

和尚橋鐵礦減振爆破技術(shù)研究于2017年4月開始啟動，前期主要是采用緩沖爆破技術(shù)處理南部0 m水平以上臺階靠幫爆破，2018年2月份和尚橋鐵礦和馬鞍山礦山研究院爆破公司共同完成了孔底軟塞和切割兩種減振爆破措施現(xiàn)場工業(yè)試驗，通過現(xiàn)場爆破振動測試，確定爆破設計參數(shù)，并在采場爆破中推廣應用。

目前采場南部新建粗破碎系統(tǒng)部位以上5個臺階已全部靠至最終境界，邊坡長度1 470 m，共進行緩沖爆破10次，大孔距定向切割+軟塞爆破12次，完成爆破量25萬m3，鄰近采場地表水體未受到擾動，采場邊坡基本穩(wěn)定。采用孔底軟塞爆破20次，爆破量25萬m3，其中距新建粗破碎系統(tǒng)僅100 m的-24～39 m北南、東西2條運輸公路的爆破中，由于降低了爆破振動，粗破碎系統(tǒng)及膠帶通廊未受到影響，取得較好的減振效果。

4 結(jié)語

（1）和尚橋鐵礦采用多種爆破減振技術(shù)，解決了工程建設與生產(chǎn)的矛盾，確保了新建排巖系統(tǒng)工程項目按期建成。采場南部粗破碎及膠帶通廊系統(tǒng)上部邊坡采用緩沖爆破和定向切割爆破技術(shù)，降低爆破振動15%～46%，保證了南幫臨近水體高陡邊坡的穩(wěn)定，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)。

（2）采用馬鞍山礦山研究院研發(fā)的露天礦山定向切割爆破炸藥組合裝置，在保證切割孔定向成縫的前提下，大幅度增大切割孔間距，比一般預裂爆破孔距擴大46%～67%，減小了穿孔量，降低切割爆破成本，并獲得了良好的切割爆破效果。