大石板沟尾矿库定向爆破筑坝的实践

2011-04-01郑敏昌廖九波

采矿技术 2011年3期

关键词：药包单耗条形

郑敏昌，廖九波

(1.汉中天鸿基矿业有限公司，陕西汉中市 723102;2.中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙 410083)

大石板沟尾矿库定向爆破筑坝的实践

郑敏昌1，廖九波2

(1.汉中天鸿基矿业有限公司，陕西汉中市 723102;2.中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙 410083)

简述了定向爆破筑坝在大石板沟尾矿库的成功实践，采取了准确定向抛掷、防止导硐冲炮、减少爆破振动、控制爆堆形状、降低炸药单耗、节省工程成本等一系列科学、行之有效的措施，可为其它同类型工程提供借鉴。

尾矿库;定向爆破;定向抛掷;爆破振动;炸药单耗

定向爆破筑坝由于其施工机械简易、工期短、见效快、效益好而在矿山尾矿库初期坝的堆筑中被广泛采用。使爆落的岩石定向准确、爆堆集中、坝形规整，防止冲炮、减少爆振，降低炸药单耗、节省成本，则是定向爆破工程的重点研究方向。笔者在大石板沟尾矿库定向爆破筑坝工程中做了一些有益的尝试，并收到了良好的效果，供今后同类工程借鉴[1～5]。

1 工程概况

大石板沟尾矿库是陕西省汉中市天鸿基矿业有限公司楠木树铅锌矿的尾矿库，地处大巴山中段，属中山剥蚀地貌，两肩基岩裸露，呈中风化。岩石为白云质灰岩，岩石坚硬，较完整，岩石产状为138°～188°∠7°～25°，对坝体稳定有利。岩石干燥密度2.74 ～ 2.82 g/cm3，饱和单轴抗压强度 80.4 ～136.8 MPa。坝址处右岸山低坡缓，坡度为28°，修有上坝公路。左岸山高坡陡，坡度52°，局部达68°。河谷断面呈“V”字形，底部宽15 m，坝顶处宽90 m。初期坝为堆石坝，清基后坝轴线处坝顶标高970 m，坝底标高935 m，坝高35 m。上游坝坡比1∶1.6，下游坝坡比1∶1.75，坝顶宽4 m。上游坝脚距坝轴线53 m，上游坝脚距坝轴线70 m，坝底宽123 m。坝体方量8.5万m3。坝址所处地形地貌如图1所示。

本次爆破采用双岸爆破。左岸在960，975 m标高各设置1排主药包，主药包为条形，采用分集装药的形式;右岸在960 m标高设置2排副药包。共掘导硐、药室长度221.73 m，工程量411.6 m3。填塞长度 112.5 m，工程量210 m3。把47.64 t的总装药量分14响起爆，最大一段单响药量为4.53 t，总延时293 s。

2 技术措施

2.1 准确定向措施

2.1.1 利用凹面地形定向

工程左岸在原设计坝轴线的下游约10 m处有一小冲沟，形成1个天然凹面，对爆破定向非常有利。把坝轴线向下游平移10 m。则移动后的坝体方量增加约2000 m3，而库容仅970 m水平以下就增加约3万m3，这在经济上是合理的。坝轴线移动情况详见图1。

图1 坝址处地形地貌

2.1.2 利用起爆顺序定向

硐室爆破最大的有害效应就是爆破振动。减小爆破振动最有效的方法就是采用微差爆破，降低最大一段单响药量，把长度大的条形药包分割成非条形药包，实现分集装药。可是在实践中发现，条形分集药包的起爆顺序会明显影响爆岩的运动方向。究其原因，就是先响药包鼓包后会在其相邻后响药包之间形成1个高压气体泄逸的弱面，致使后响药包的爆岩运动方向朝先响药包一侧偏转，起到了诱导抛掷方向的作用。根据这一原理，本工程把左岸960 m水平的条形药包分割成4个分集药包，把975 m水平的条形药包分割成6个分集药包。并把起爆顺序安排为从坝轴线处的分集药包先响，依次分别向外，使两端的分集药包最后起爆[6，7]。

2.2 坝形规整措施

2.2.1 双岸爆破定型

从图1可看出，右岸山低坡缓，爆区坡度仅为28°的凸面地形，且其下方有排洪隧道通过，非常不利于药包的布置。爆破设计做了单岸爆破和双岸爆破2个方案，比较其爆堆堆积形状，双岸爆破明显优于单岸爆破。此外，上坝公路就修在右岸，双岸爆破也有利于大型设备通向爆堆作业。因此，本工程采用了双岸爆破，在左岸布置主药包，意在取方采石;在右岸布置副药包，意在规整爆堆形状[8]。

由于右岸地形不平直，且下方有排洪隧道，因此，右岸副药包在960 m水平布置了2排药包。第1排药包布置了3个集中药包，为后排药包开创自由面。第2排布置了1个条形药包，其最小抵抗线为13 m，使药包中心到下方排洪隧道的顶板距离不小于3W。爆后现场踏勘，排洪隧道安全无恙，没有发现塌方、掉渣现象。

2.2.2 爆堆边沿控制

爆堆在沟底上、下游的边沿线按过去传统的方法是采用计算法确定，然而此方法来源于集中药包爆破，且在作图时不直观，因此，本次爆破设计时提出利用几何作图法绘制条形药包爆堆在沟底上下游的边沿线，即利用爆破漏斗原理，计算出爆破漏斗半径，分别绘出各个影响抛散的药包的爆破漏斗母线的延长线，依次控制爆堆在沟底上下游的边沿线。实践证明此方法有效可行，且简便直观。

2.3 防止冲炮措施

在硐室爆破中，由于导硐堵塞的密实度远不如原岩，极易在导硐内发生冲炮。一旦发生冲炮，不仅会产生飞石，而且爆炸能量外泄会影响爆破效果。实践中发现，当药包最小抵抗线在水平投影上与导硐中心线相交时，则导硐会产生自锁而不会发生冲炮，这是因为药包爆破时，岩石自药包中心向自由面方向移动，使导硐靠近药包一侧的岩壁向另一岩壁移动，把整个导硐挤紧，形成自锁，避免爆炸能量从导硐逸出。本次定向爆破左岸两层主药包的导硐布置皆按此原理布置，保证了爆破效果。

2.4 降低成本措施

2.4.1 减少炸药计算量

本次爆破充分利用了左岸的凹形地面，使得药包最小抵抗线在水平投影都指向坝轴线，从而使两端药包的最小抵抗线在水平面上的投影与条形药室组成了1个扇形。显然，与平直地形的条形药包相比，其爆破方量要小。而条形药包炸药量计算公式来源于平直地形的条形药包，即炸药量的大小与条形药包的长度成正比。本设计如直接按公式计算炸药量，无疑药量偏大。因此，为了在保证爆破效果的前提下适当减少炸药的计算量，采取了降低n值的办法，设计选取 n=0.75[9，10]。

2.4.2 增加爆岩滑移上坝方量

节约成本的另一途径就是充分利用主爆区山高坡陡的有利地形，采用崩塌爆破使大量爆岩不用抛掷，而是利用爆渣自然安息角小的性质靠重力自动滑移上坝，提高上坝率，降低成本[11]。

从图2可看出，左岸山高坡陡，坡度52°，局部高达68°。本工程利用这一有利地形，选取W/H=0.5～0.6(H为药包埋置深度)，较一般硐室爆破中的0.8左右小，从而降低了炸药单耗，节约了成本。

图2 坝轴线剖面

2.5 溶洞处理

本次爆破在导硐、药室掘进过程中，发现2#导硐左侧药室13 m处有一溶洞，溶洞底板较药室底板高约1.5 m，溶洞底面呈三角形，底边长约9 m，最大宽度约5 m。溶洞下大上小，高约7 m，容积约60～80 m3。溶洞具体位置详见图1。

在处理溶洞时采用回避溶洞方案，如图3所示，从②桩点往溶洞方向2.75 m处，向山体深处掘一宽1.5 m，高1.8 m，长 3 m(从巷道中心线算起)，断面为矩形的新药室。然后，从②点往溶洞方向3.5 m处开始，一直到溶洞里的现有巷道全部堵死。堵塞方式采用“夹心”结构，即每隔1.5 m左右(净间距)浆砌0.5 m厚的块石墙，中间填塞散石渣。填塞时一定要将土石渣料严密接顶，不留空隙，以免爆破时冲向溶洞。在溶洞口和堵塞结束的端面处应采用浆砌 1 m 厚的块石墙[12，13]。

图3 溶洞处理示意

从爆破摄像和爆堆堆积情况看，未发现在溶洞处发生冲炮及溶洞吸收大量爆炸能量的现象。

3 爆破效果

经爆后测量验收确认，爆堆定向准确，爆堆实际轴线与设计轴线吻合。爆堆集中，堆石坝轮廓明显，没有抛散现象。爆破方量充足，筑坝后略有剩余，总虚方量约10万m3。坝脚处爆堆边沿控制基本到位，局部略有超出，上游超出约5 m，下游超出约10 m。爆堆马鞍高度23.12 m，平均高度28 m。经计算，本次定向爆破自然方量约8万m3，上坝方量约6.84 万 m3。炸药平均单耗为 0.56 kg/m3，上坝单耗为 0.7 kg/m3。上坝率为 68.40%，成坝率为82.96%。