首云铁矿露天岩柱剥离治理工程靠帮预裂爆破

2016-08-01王洪军

现代矿业 2016年6期

关键词：裂孔炮孔装药

王洪军

(北京科技大学土木与环境工程学院)

首云铁矿露天岩柱剥离治理工程靠帮预裂爆破

王洪军

(北京科技大学土木与环境工程学院)

摘要靠帮预裂爆破工艺在露天台阶永久性边坡成型中应用广泛。以首云铁矿露天岩柱剥离治理工程为例，介绍了露天岩柱剥离治理工程靠帮预裂爆破设计与爆破施工流程。应用预裂爆破工艺取得了露天台阶永久性边坡一次成型的效果，并通过网络优化设计，减小了爆破振动，提高了边坡稳定性，可供类似工程参考。

关键词预裂爆破爆破参数爆破振动爆破施工边坡稳定性

通过在首云铁矿露天岩柱剥离治理工程Ⅱ#矿带160m平台不规则边坡进行靠帮预裂爆破，以形成稳定规整的永久性边坡，在露天岩柱剥离治理工程进行的同时，井下开采也在同步作业，因此，有必要考虑露天预裂爆破地震波效应对于井下开采的影响。为此，本研究采取如下措施：①主炮孔采用逐孔起爆方式，减少爆破振动对井下开采的影响；②在主炮孔与预裂孔之间加设2排缓冲孔，装药量约为正常装药量的60%，爆破振动小，适度破碎岩石，有利于成型边坡稳定；③预裂孔内用长竹竿捆绑药包，预裂孔之间采用导爆索连接传爆。

1预裂爆破设计参数

预裂爆破用于提供最终边坡平整的边坡面，即在主爆破实施前预先爆破预裂孔，形成一个具有一定宽度的预裂缝(带)，用以减弱主炮孔爆破时，爆破冲击波等有害效应对永久边坡产生的破坏性影响，防止主爆区裂隙延伸至永久边坡的保留岩体中。在预裂爆破参数设计中，由于影响因素较多，故本研究采用经验数据和经验公式进行预裂爆破设计[1]。

1.1预裂孔孔径及间距

为确保钻机型号统一，减少露天穿孔设备类型，便于维修，本研究选用现有的钻机型号，则预裂孔的孔径取150mm，根据工程经验，炮孔间距一般为炮孔直径的8～12倍，故炮孔间距取1.3～1.5m。

1.2预裂孔长度及填塞长度

预裂孔采用75°倾斜钻孔，则预裂孔长12.4m，预裂孔填塞长度一般为孔直径的12～20倍，本研究设定的预裂孔填塞长度为炮孔直径的15倍。

1.3线装药密度及预裂装药系数

采场片麻岩的抗压强度平均为90MPa，相对于φ150mm孔径。参照类似工程经验，预裂孔底部加强装药，在炮孔底部3m线装药密度取1 500g/m，中部7m取600g/m，顶部2.2m取500g/m，则整个预裂孔的线装药密度取960g/m。

1.4预裂孔单孔装药量

本研究预裂孔的单孔装药量取9.8kg。

1.5不耦合系数

炸药爆破时，在岩体内产生的冲击荷载超过岩石的动抗压强度时，将会在临近药包周围的岩体内形成粉碎圈，粉碎圈范围虽小，但其耗能巨大。因此，进行靠帮爆破时应避免在永久边坡上产生粉碎圈，改变装药结构，调节炮孔内的爆轰压力，引导爆炸能量沿着预裂孔连线之间的方向破裂扩展，有效保护最终边坡。因此，预裂孔的装药须进行不耦合装药，确保预裂孔孔壁上的冲击压力小于岩石动态抗压强度，且大于岩石的动抗拉强度[1-3]。不耦合系数一般为3～5，根据首云矿的岩石特性，本研究不耦合系数取3.33，乳化药卷直径取45mm。为避免预裂孔底部的夹制性过大，底部3.0m装药4.50kg进行加强，上部药卷逐条成串捆扎于长竹竿上，并依次用导爆索将所有药卷串联，最后用麻绳将导爆索的传爆端与短棍绑扎并悬吊于孔口。

1.6预裂孔布置

沿边坡的坡顶线方向布置预裂孔，为防止爆破对永久边坡造成破坏，实际爆破中应留设厚1.0m的边坡保护层，见图1。

图1　靠帮区域主炮孔、缓冲孔和预裂孔布置(单位：m)

1.7起爆方式

本研究起爆方式采用非电导爆管起爆法，预裂孔导爆索超前第1排主爆孔150ms起爆，各预裂炮孔同段齐发爆破。

2爆破施工

2.1主炮孔施工

由于露天预裂爆破与地下开采作业并行，爆破地震波效应会对地下开采产生影响，因而有必要有效控制地面爆破振动。因此，本研究主爆孔与缓冲孔均采用逐孔起爆方式，尽可能减少爆破振动对地下开采的影响。

(1)孔径控制。由于受邻近爆区台阶爆破的影响，炮孔内部会出现一定的岩移与松动，炮孔孔径会发生改变，因此，有必要有效控制炮孔孔径。

(2)孔深。考虑到工程客观条件，主爆孔倾角90°，孔深应超深1.5m。

(3)排距和孔距。主炮孔排距取3m，孔距取7m，采用小抵抗线宽孔径的大密集系数布孔，各排间炮孔按三角形布置。

(4)装药与填塞。采用不耦合装药，水孔应根据实际水深加入适量的乳化炸药。无水孔根据实际孔深，加入120～160kg铵油炸药。爆破作业过程中，炮孔堵塞3.8～4.2m为宜，无水炮孔堵塞4m，有水炮孔堵塞4.5m。

2.2缓冲孔施工

根据客观实际条件，为便于网络连接，统一配发管，缓冲孔超深1m，缓冲孔孔间距定为5～6m，排距3m；缓冲孔与预裂孔排间距约3.7m，缓冲孔装药量取正常主爆孔的60%。缓冲孔施工与预裂孔施工相似，采用上部空区间隔装药法，具体爆破参数根据实际爆破效果进行调整。

2.3预裂孔施工

(1)预裂孔角度控制。预裂孔倾角与方位角会影响预裂爆破的超欠，进而影响预裂爆破效果，因此应对预裂孔角度进行有效控制。

(2)装药与填塞。按设计线装药密度，将φ45mm乳化药卷和导爆索一并绑于长竹杆上装入孔内。预裂孔装药仅须堵塞孔口段且孔口堵塞长为1.5～2.0m。为克服预裂孔底部夹制性过大，在底部3m装药约4.5kg加强，药卷间隔约25cm放置[4]，预裂孔装药结构见图2。

(3)导爆索的连接角度。预裂孔内的导爆索与主传爆索的传爆方向应为锐角[2]。

图2　预裂孔装药结构示意

2.4爆破网络

为保证爆破网络的稳定性，确保炮孔均能起爆，提高爆破效率，采用孔内双雷管地表双网络的爆破连接网络。由于预裂孔应超前非预裂孔150ms爆破，所以利用MS6管连接非预裂孔区域，从而达到预裂孔超前爆破的目的。在实际应用中，非预裂孔利用孔内雷管延时与地表雷管延时以达到逐孔起爆的效果，通过计算得出孔数最多排起爆端至末端的地表传爆时间，保证地表网络均传爆完毕。根据孔数最长排传爆时间得出靠近自由面1排的孔内段位数，同排炮孔孔内段位相同，不同排炮孔段位往后依次增加，但不超过6排。当排数超过4排后，分为2组并用地表MS2段管连接成双网络，预裂孔用导爆索串联后，用MS1管起爆即可。预裂爆破炮孔布置如图3所示，爆破网络连接如图4所示。