露天礦邊坡減振降速爆破網(wǎng)路優(yōu)化設(shè)計(jì)

馬修勝 李永剛 馬修利

(新疆祥瑞安全生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)中心(有限公司),新疆 烏魯木齊830002)

新疆北山露天煤礦為深凹露天礦,位于奇臺縣境,晝夜溫差大,風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重,巖體結(jié)構(gòu)面復(fù)雜,節(jié)理裂隙發(fā)育,影響到地表以下20-30m的淺部基巖層。該礦巖層傾斜方向由北向南,巖層傾角16-190,采用由北向南沿煤層傾斜方向臺階推進(jìn)的開采方式實(shí)現(xiàn)分區(qū)縱采,首采區(qū)在南部工作幫在降深推進(jìn)過程中上部臺階逐個(gè)到界形成固定幫,通過對南幫+680、+670上部剝離臺階揭露的巖體結(jié)構(gòu)和巖性變化勘驗(yàn)分析認(rèn)為,裂隙分布零亂,沒有規(guī)律性,巖體的連續(xù)性和完整性遭到破壞,表現(xiàn)為不定向發(fā)育的非構(gòu)造裂隙巖體,形成非均質(zhì)巖體結(jié)構(gòu)邊坡。

1 非均質(zhì)巖體構(gòu)造與爆破作用

1.1 在深孔爆破瞬發(fā)起爆作用下,爆破振動是影響邊坡穩(wěn)定的主要因素。對于節(jié)理、裂隙發(fā)育的到界臺階,炸藥爆炸給巖體的潛在破壞面以附加的動力,使非構(gòu)造裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展并產(chǎn)生次生爆破裂隙,巖體結(jié)構(gòu)面增加,巖體結(jié)構(gòu)受到破壞。

1.2 非均質(zhì)巖體由于賦存有大量節(jié)理和裂隙,炸藥爆炸時(shí)壓縮應(yīng)力波峰值隨裝藥表面到炮孔壁的距離增大而急劇下降使爆破作用減小,選用低爆力工業(yè)炸藥不耦合分段裝藥可減輕爆破作用對邊坡安全穩(wěn)定的影響。

1.3 實(shí)現(xiàn)在節(jié)理、裂隙發(fā)育的非均質(zhì)巖體中的預(yù)裂爆破,很大程度上取決于預(yù)裂孔爆破參數(shù)的選擇和主爆孔、緩沖孔爆破網(wǎng)路的優(yōu)化設(shè)計(jì)與毫秒微差時(shí)間間隔的選取。若毫秒微差間隔時(shí)間過短,爆破微差減振作用不明顯,無法使前、后起爆的深孔產(chǎn)生的地震波相互干擾,從而加重爆破振動危害。

1.4 非均質(zhì)巖體爆破,會使爆轟波一部分能量沿側(cè)向自由面方向用于破碎巖石而減弱或從側(cè)向自由面釋放溢出,降低正常破碎的有效壓力和壓力作用時(shí)間,造成巖石最容易沿原生裂隙錯動或張開,使沿裂隙面的抗剪強(qiáng)度和垂直于裂隙方向的抗拉強(qiáng)度減少到最小,爆破后易產(chǎn)生巖石大塊。

2 爆破設(shè)計(jì)方案

2.1 爆破參數(shù)

采用預(yù)裂控制爆破,設(shè)計(jì)確定臺階坡面角70°,沿臺階坡面選用90mm的潛孔鉆機(jī)打傾斜預(yù)裂孔,線裝藥密度1.1 kg/m,藥包裝藥密度960kg/m3,藥包長度0.3 m,藥包重量1.2 kg,不耦合系數(shù)1.25。主爆孔和緩沖孔選用150mm的潛孔鉆機(jī)打垂直深孔,炸藥單耗0.36 kg/m3,爆破參數(shù)可見表1。

表1 爆破參數(shù)

2.2 爆破技術(shù)要求

2.2.1 設(shè)計(jì)確定炮區(qū)長度40-50m,沿采裝作業(yè)的臺階坡面由外向內(nèi)分別平行布設(shè)主爆、緩沖和預(yù)裂三排孔,起爆順序?yàn)轭A(yù)裂孔-主爆孔-緩沖孔。

2.2.2 以預(yù)裂孔瞬發(fā)起爆的藥量為主爆孔和緩沖孔分段單位起爆藥量,并依此計(jì)算確定分段間隔起爆孔數(shù)和實(shí)際起爆藥量。

2.2.3 由于節(jié)理、裂隙的作用,巖體首先從強(qiáng)度最低的弱面裂開,導(dǎo)爆管雷管由于爆后應(yīng)力的持續(xù)及雷管延時(shí)間隔參差不齊,在爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)中,導(dǎo)爆管雷管每段間隔時(shí)間都確定為25ms。

2.3 爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用非電導(dǎo)爆管+導(dǎo)爆索的混爆毫秒微差爆破網(wǎng)路。其中,預(yù)裂孔采用導(dǎo)爆索并聯(lián)起爆網(wǎng)路,沿臺階坡頂線布設(shè)預(yù)裂孔,以不大于258kg瞬發(fā)起爆藥量為單位起爆藥量,不耦合分段裝藥,實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)藥包多點(diǎn)瞬發(fā)直接起爆。主爆孔和緩沖孔采用耦合連續(xù)集中裝藥,非電導(dǎo)爆管+“四通”爆破網(wǎng)路連接,非電導(dǎo)爆管雷管+乳化炸藥起爆藥+銨油炸藥的分段單位藥量毫秒微差間隔起爆。爆破設(shè)計(jì)網(wǎng)路可見圖1、2所示,毫秒間隔時(shí)間可見表2。

圖1 +680水平爆破網(wǎng)路

表2 毫秒微差間隔時(shí)間

2.3.1 9個(gè)主爆孔選3段的導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行分段,以3個(gè)孔的藥量為單位起爆藥量,間隔50ms分三次微差起爆；

2.3.2 10個(gè)緩沖孔每5個(gè)孔藥量為單位起爆藥量,間隔50ms分二次微差起爆,排間選用4段的導(dǎo)爆管雷管間隔75ms微差起爆。

圖2 +670水平爆破網(wǎng)路

3 爆破關(guān)鍵技術(shù)及效果分析

3.1 預(yù)裂孔爆破關(guān)鍵技術(shù)及效果分析

3.1.1 選用較小的預(yù)裂孔距,使沿炮孔聯(lián)線方向有應(yīng)力疊加,爆破后巖體中的非構(gòu)造裂隙沿炮孔聯(lián)線發(fā)展而形成貫穿預(yù)裂縫,預(yù)裂縫帶能反射或吸收隨后起爆的主爆孔和緩沖孔的應(yīng)力波,控制所產(chǎn)生的爆破振動,最大限度地減少對巖壁的破壞和邊坡的清幫工作量。

3.1.2 采用不耦合分段裝藥結(jié)構(gòu),使炮孔沿藥卷周邊留環(huán)狀間隙,降低炮孔壁上沖擊波所帶來的尖峰壓力,采用分段裝藥,沿炮孔軸向留有裝藥間隔,使炮孔在長度方向上的藥量分布更加均勻,減低爆破振動強(qiáng)度對臺階坡面的破壞,爆破質(zhì)量可見表3。

表3 預(yù)裂孔、主爆孔臺階坡面爆破質(zhì)量對比

3.2 主爆孔和緩沖孔爆破關(guān)鍵技術(shù)及效果分析

3.2.1 分段單位起爆藥量小于或等于預(yù)裂孔瞬發(fā)起爆的藥量,在不加大爆破振動強(qiáng)度的同時(shí)保證爆破規(guī)模,并使炸藥在爆轟中釋放出來的部分能量轉(zhuǎn)換成的彈性波所引起的地表淺層振動,由于起爆藥量的減少而相對減弱。

3.2.2 采用相同段位連接的炮孔作為起爆單元,使爆轟沿正向自由面和側(cè)向自由面分散作用在炮區(qū)四周,振波被巖體結(jié)構(gòu)面吸收,起到對預(yù)裂孔的臺階坡面爆破作用減弱和緩沖的目的,緩沖孔側(cè)向自由面可見表4。

表4 緩沖孔側(cè)向自由面

4 結(jié)論

4.1 露天礦近距離爆破振動,持續(xù)時(shí)間較短,通常在0.1 ～1.5 s范圍內(nèi),振動頻率高,衰減很快,可看成是脈動或瞬時(shí)振動,根據(jù)現(xiàn)場爆破實(shí)驗(yàn),爆破振動對邊坡的影響,與一次起爆孔數(shù)和裝藥量有直接關(guān)系。

4.2 通過預(yù)裂孔導(dǎo)爆索爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì),采用不耦合分段裝藥,孔內(nèi)藥包多點(diǎn)瞬發(fā)起爆形成的爆破破裂面,可減弱主爆孔和緩沖孔爆破作用對臺階坡面的影響。

4.3 通過主爆孔和緩沖孔非電導(dǎo)爆管爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì),分段單位藥量毫秒微差間隔起爆,控制相同段數(shù)導(dǎo)爆管一次單位起爆藥量和起爆孔數(shù),可分散爆破能量,減小爆破振動對邊坡影響。