大型露天矿临近固定边坡爆破设计

金文法

(江西铜业集团公司德兴铜矿,江西德兴 334224)

大型露天矿临近固定边坡爆破设计

金文法

(江西铜业集团公司德兴铜矿,江西德兴 334224)

以德兴铜矿临近固定边坡爆破实践为例,详细说明了临近固定边坡爆破的各种措施及其参数的选择,并对爆破后的效果进行了总结。

露天矿;预裂爆破;辅助孔;缓冲孔

大型露天矿随着服务年限的加长,开采的不断深入,会不断地形成高陡边坡,因而边坡的稳定性也成为大型露天矿安全生产的一个重要因素。德兴铜矿的爆破技术人员通过几十年来的不断学习、摸索和实践,形成了一套行之有效的临近固定边坡的爆破设计和施工方法,下面以德兴铜矿西源岭 335m水平临近固定边坡的爆破设计为例,加以详细说明。

1 爆破区域

图1 爆破区域图

如图 1所示,爆破区域位于西源岭 335m水平,东北面临近固定边坡,其上方 350-410边坡断层、节理与裂隙很发育,破碎带多,边坡不稳定。该水平设计台阶并段 (不留设平台),废石区,好爆。

设计爆破区域宽从 45m到 56m,最低标高330.637m,最高标高 334.616m(局部抬高),平均标高在332m左右。

图1是爆破区域图。

2 爆破参数(含布孔参数)

2.1 顺延境界线的预裂爆破

预裂爆破在工程爆破中属轮廓爆破的范畴,是用于控制超挖、维护边坡稳定的一个行之有效的办法。预裂爆破是在主爆孔之前起爆布置在开挖边线(本设计为境界线,又称眉线)的一排预裂孔,爆破的结果是在相邻孔之间形成裂缝,整个预裂孔的布孔平面形成一个断裂面,使主爆孔爆破后的裂隙不再深入保留区,主爆孔爆破后,沿预裂面形成一个超挖很少或没有超挖的光滑坡面。预裂爆破参数如下:

(1)孔深:根据台阶高度 15m、坡面角 70°的施工要求,预裂孔孔深 h1=h/sin70°=16(m),为防止超深引起对坡底的破坏,本次预裂孔设计不超深。

(2)不耦合系数(即炮孔直径 d1与药卷直径 d2比值)[1]:一般为 2～4,采用钻头直径为 150 mm的边坡钻打预裂孔,形成的炮孔直径为 d1=150mm,选用药卷为 OR ICA预裂爆破专用炸药,直径为 d2 =55 mm,计算得不耦合系数(=d1/d2)为 2.73。

(3)线装药密度:根据该地段矿岩 f系数、岩性和 II类岩线装药密度经验值 (类似地段的线装药密度),选为 0.9kg/m3,单孔装药量 (=16.5×0.9),实际按 16kg给定。

(4)堵塞长度:一般按经验公式L2=(1～1.2)a1计算(式中 a1为预裂孔孔距:150mm),保证堵塞长度在1.5m以上。

2.2 主爆孔爆破

预裂爆破完毕后,布设主爆孔,孔位图见图 2。为发挥预裂孔爆破后形成的预裂缝的作用,防止不合理孔深的主爆孔与预裂孔贯穿,设计以预裂孔为基准布设辅助孔和缓冲孔各一排 (孔深有变化,下面会做详细说明),之后再布设正常的全深孔。

根据《最终边坡管理规定》的临近边坡孔数和每面炮的总装药量,设计各面炮的孔位图如下 (实际布孔时会根据自由面情况作局部调整,但各面炮的主爆孔孔数和总装药量严格遵循《最终边坡管理规定》)。

图2 孔位图

2.2.1 辅助孔和缓冲孔

(1)布孔方式和布孔参数。预裂孔布设并爆破完毕后,以预裂孔为基准向采区方向布设辅助孔和缓冲孔各一排,以形成期望的坡面角(70°),并保证坡底不受破坏。如图 3辅助孔和缓冲孔剖面图。

从保证爆破效果的角度考虑,辅助孔孔深以 6m最为合理,如不足 6m,爆破后会在台阶边缘遗留伞岩,影响边坡美观,且容易发生掉块,造成安全隐患;超过 6m会与预裂孔贯通,导致漏药,爆破失效,辅助孔孔距为 4m,距离境界线(即已爆预裂孔)4m。

从保护坡底不受破坏的角度考虑,缓冲孔孔深以 15m最为合理,不足 15m,爆破后会产生根底;超过 15m会破坏坡底,缓冲孔距为 7m,与辅助孔的距离为4m。

图 3 辅助孔和缓冲孔剖面图

(2)装药量。6m深辅助孔爆破以克服眉线伞岩为目的,一般装药量为 50kg,充填高度 5.3m;15m深缓冲孔以克服根底为目的,一般装药量为 500kg,但本次设计考虑到降低爆破震动对边坡的危害,设计采用间隔装药方式,一般为 455 kg,充填高度6.8m(后面会给出计算依据)。

(3)装药结构。为维护边坡稳定和控制临近边坡一侧炮孔最大一响药量,缓冲孔采用间隔装药,孔内底部装 320kg乳化炸药和澳瑞凯第 15段(375ms)非电导爆管雷管配合;孔内上部装 135kg乳化炸药和澳瑞凯第 16段 (400ms)非电导爆管雷管配合。中间用橡胶公司生产的爆破节能器 (或称炮孔隔离塞)隔断并用岩粉充填 1.5m,计算充填高度为 6.8m,示意图见图 4。

图 4 间隔装药结构图

2.2.2 全深孔爆破设计

(1)布孔方式。从能量分布的观点看,以三角形布孔最为理想,所以本次采用三角形布孔。

(2)爆破参数选择。

①底盘抵抗线W1,由牙轮钻机钻孔作业的安全条件[2]:

W1=Hctgα+B

B为钻机台阶边缘作业的最小安全平台宽度,取Bmin=2m,计算得W1为9m;前排孔台阶剖面图见图5。

图 5 前排孔台阶剖面图

②单耗:根据该地段岩性,确定炸药单耗(BDS)为 0.833kg/m3。

③孔距 a与排距 b:该地段相对好爆,按照选定的炸药单耗孔网设计为 (7×8)m2,即 a=8m,b= 7m。

④孔深根据《2008年 7月份月末现状图》提供的顶板标高确定,超深按 2.5m算。

⑤每孔装药量,单排孔爆破或多排孔爆破的第一排孔的每孔装药量Q1按以下公式计算:

Q1=qaW1H

式中:q为炸药单耗,根据岩石 f系数(此处为 II类岩)定为 0.833kg/m3;a为孔距,8m;W1为底盘抵抗线,9m;H为台阶高度,15m。

多排孔爆破时,从第二排孔起,以后各排孔的每孔装药量Q2按以下公式计算:

Q2=qa bH

式中:q为炸药单耗,0.833kg/m3;a为孔距, 8m;b为排距,7m;H为台阶高度,15m。

计算得每面炮总药量在 25t左右。

⑥装药结构:采用连续装药结构。

⑦充填高度:一般充填高度不小于底盘抵抗线的 0.75倍,根据每孔设计装药量运用公式:L=HQ/68(L为充填高度,H为孔深,Q为每孔装药量,式中数字 68为炮孔每米装药量,单位 kg/m)计算得: 17.5m深炮孔充填 7.2m,符合爆破设计与安全要求。

3 起爆网络

根据该地段岩性和 335-410边坡的稳定性情况,地表网络使用大段别豪秒延期雷管延时,即控制排和控制列分别用 65ms和 100ms的非电导爆管雷管搭配。以下做出第 1面炮的地表网络示意图,其余各面炮按控制排 65ms,控制列 100 ms严格执行,并实行逐孔起爆。

图 6 爆破网络示意图(第 1面炮)

4 爆破安全

主要是控制爆破振动,爆破振动控制以控制单面炮爆破规模和控制最大一响药量为主要措施。临近固定边坡地段主炮孔(含缓冲孔)控制在 40个以内,并适当延长地表网络延期时间,相邻炮孔地表网络延期时差控制在 20ms以上,防止爆破振动叠加。

距离边坡最近的炮孔爆破引起质点的振动速度按萨道夫斯基公式计算如下[3]:

v=K1K2(Q1/3/R)a

式中:v为爆破引起的质点振动速度,cm/s;Q为单响药量,辅助孔 50kg,缓冲孔 455kg,主炮孔700kg;R为药柱中心到 350边坡 (坡底)的最近距离,辅助孔、缓冲孔与主炮孔到 350边坡 (坡底)的最近距离分别为 8.23m、16.13m与 20.98m。其确定依据见图 7。K1为系数 1,此为预裂爆破减振系数,一般 K1=0.4～0.7,此处取 0.4;K2为系数 2,此为与爆破点地形、地质条件有关的系数,取 K2=229.38;a为爆破振动衰减指数,取 a=2.1。各项取 值代入公式计算结果见表 1。

图 7 320-335台阶剖面图

表 1 爆破振动计算结果表

通过以上计算,335水平的辅助孔、缓冲孔、最近一排主炮孔爆破引起的质点振动速度均在19cm/s以下,按《基岩破坏特征与实际质点振速的关系》分析:爆破时坡面一些不稳定的岩石会滚落(19cm/s时土岩破坏特征),另一方面,该地段边坡软弱面多,不排除爆破时局部破碎带会垮塌。

5 爆后效果及总结

德兴铜矿在2009年8月西源岭335m水平临近固定边坡的区域实施爆破,爆破当时,335台阶以上边坡稳定,未出现垮塌现象;爆破后,经电铲开挖掉所有矿岩后,预裂孔半孔率达到 89.5%,335水平边坡保护完好,只是边坡坡面上有少许伞岩,经处理后边坡坡面平整,坡面角度为 69.2～70.4°,爆破效果良好。

通过以上爆破实践,德兴铜矿在临近固定边坡的区域的爆破主要采用了以下措施对边坡进行保护:

(1)在实施主炮孔爆破前,沿露天矿境界线实施预裂爆破,提前形成预裂面。

(2)在主炮孔爆破时,在主炮孔与固定边坡之间加打辅助孔和缓冲孔,在主炮孔之后起爆,以减少主炮孔对预裂面的破坏。

(3)在缓冲孔中实施间隔装药,以减少缓冲孔对预裂面和边坡的破坏。

REFERENCES

[1] 黎剑强.爆破工程施工安全技术标准实用手册[K].安徽:安徽文化音像出版社,2004.

[2] 顾毅成.爆破工程施工与安全[M].北京:冶金工业出版社, 2004.

[3] 杨仕春.工程爆破实用手册[K].北京:工业出版社,2003.

Design of Blasting Engineering near the Fixed Slope of Large-scale Open-pitM ine

J IN Wen-fa
(Dexing CopperMine of JCC,Dexing,Jiangxi,China 334224)

Take the blasting engineering near the fixed slope ofDexing CopperMine as a case,this article introduces the various methods and parameters selection for the blasting engineering near the fixed slope and sums up the effects of the blasting engineering.

Open-pitMine;Presplit blasting;Subsidiary holes;Shock mitigation holes

book=19,ebook=113

TD854.2

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1009-3842(2010)02-0019-04

2010-01-04

金文法(1967-),男,江西波阳人,采矿工程师,从事采矿管理工作。Email:jinwenfa@163.com