抚顺西露天矿北帮小构造地带爆破方案

2017-05-03刘涛，邢振

露天采矿技术 2017年4期

关键词：装药量露天矿药量

刘涛，邢振

（抚顺矿业集团有限责任公司西露天矿，辽宁抚顺 113001）

抚顺西露天矿北帮小构造地带爆破方案

刘涛，邢振

（抚顺矿业集团有限责任公司西露天矿，辽宁抚顺 113001）

从边坡工程、水文地质条件、构造以及爆破冲击造成的边坡破坏模式等方面进行分析，合理确定爆破技术参数，减轻爆破振动对小构造地带边坡产生的冲击，确保爆破后边坡的完整性和稳定性。

到界边坡；小构造；边坡稳定性；爆破振动

0 引言

按照西露天矿北帮开采设计规划，实施爆破时考虑到北帮整体的边坡稳定，特别研究制定了北帮局部小构造地带降震爆破方案。主要依据边坡工程地质、水文地质、构造以及边坡破坏模式等方面计算，通过改良炮孔间距、行距参数、起爆网路联接方式等，计算每孔装药量及爆破振动速度，降低小构造边坡受到的冲击影响，确保爆破后小构造发育地带边坡的整体稳定性。

1 开采边界设计与边坡稳定情况分析

西露天矿北帮开采范围为E1200—E3400，岩种多以绿色页岩与油母页岩为主，设计最终平盘规格按照绿色页岩段高16 m留12 m保安平台，油母页岩、电铁系统保留20 m平盘宽度，北帮设计坡面角为60°。

北帮小构造较发育地带多为地下水源丰富区域，地下水源形成主要是来自降雨与地表水径流入。经过地下水软化、溶蚀作用，加快了绿色页岩、油母页岩泥化过程，这是造成北帮小构造地带边坡整体稳定性破坏的重要原因。

依照GB50197—005露天煤矿工程设计规范中最终边坡安全稳定系数要求，北帮边坡安全稳定系数须达到1.3以上（1.3以下为欠稳定边坡）。采用Morgenstern-Price法进行边坡安全稳定系数计算，考虑了水压对边坡稳定性的影响，以 E2000与E2400两个区域进行剖面，对开采G界和设计边界进行测定分析，考虑含水情况下开采G界稳定性系数为1.346～1.347，设计边界稳定性系数为1.351～1.352，边坡整体安全稳定储备系数不足。

2 北帮小构造地带爆破存在的问题

西露天矿北帮到界边坡多处小构造较发育地带，随着逐年开采降深以及自然风化等因素，已多次出现大面积滑落、位移等灾害。以往进行爆破作业时，难以确定炮孔与小构造地带坡顶或坡底线之间的距离，导致爆破单耗难以掌握。间距大时，爆破后无法满足设计采掘要求，影响采掘宽度与整体降深，甚至采掘后边坡常出现“伞檐”、“鹅头”。间距小时，爆破振动会直接对小构造地带造成冲击，破坏边坡岩体完整性、稳定性。

3 爆破方案设计

针对以上存在的问题，我们在不同的采区进行多次小范围爆破模拟试验，根据小构造边坡到界条件、采掘方式、平盘宽度等，重新确定炮孔与坡顶或坡底线之间的距离，降低小构造到界边坡一侧最近炮孔起爆药量，压缩爆破单耗，并改进布孔参数、装药结构、起爆网路联接方式等。以北帮E1900小构造地带爆破设计为例，具体方案如下。

3.1 布孔参数的确定

孔距、行距及孔深等参数的确定,主要是依据岩种、台阶高度、抵抗线、地质条件，以及针对安全保护对象如小构造地带、电柱、巷道、铁道、构筑物等综合性因素。设备选用GZ-160型潜孔钻机，潜孔钻头Φ=160 mm。根据实际施工情况，确定台阶高度H =8 m；台阶坡面角α=60°；边孔至坡顶线安全距离c=2.5 m；台阶要素如图1。

图1 台阶要素

3.1.1 底盘抵抗线、孔距、行距的确定

1）底盘抵抗线

Wd=c+ctg α·H

式中：Wd为底盘抵抗线，m；α为台阶坡面角，（°）；H为台阶高度，m。

底盘抵抗线Wd=2.5+0.577×8≈ 7 m

2）孔距的计算

a=mk·Wd

式中：a为孔距，m；mk为炮孔密集系数，与岩石的坚硬程度有关，岩石坚固性系数f见表1。

孔距a=0.7×7≈ 5 m

3）行距的计算

b=kf·a

式中：b为行距，m；kf为行距系数，根据岩石的难易爆破程度而定，一般取0.75～0.8，硬度小时取大值，反之取小值。

行距b=0.75×5=3.75 m，取整数3 m；

表1 岩石坚固性系数f

3.1.2 超钻深度的确定

孔距与底盘抵抗线之积为炮孔覆盖面积，其值的大小直接影响爆破经济技术指标与爆破效果。当孔深小于或等于台阶段高时，相邻炮孔的爆破漏斗交叉点必将高于下一平盘，出现残留根底，为了克服这种现象，设计孔深应超过台阶高度某一数值，这个数值就是超钻深度。

超钻深度值主要取决于底盘抵抗线的大小，抵抗线过小，不仅增加了穿孔工作量且浪费炸药，还会造成药柱集中于炮孔底部，出现爆破不均匀，上部产生大块，底部出现冲炮等。抵抗线过大，容易造成硬帮或残留根底增多，而且爆破后冲力也增大。还要考虑到岩种的性质、炸药种类、台阶高度、行距、地形条件以及岩层含水情况等因素。如台阶岩层上软下硬时，超钻系数应增加10%～15%，台阶岩层上硬下软时，则应适当减少超钻深度，合理确定超钻深度是取得良好爆破效果的前提。

根据岩种赋存条件的不同，先发孔、后发孔的超钻值也不一样，一般先发孔的超钻值等于其超钻系数乘以底盘抵抗线，后发孔的超钻值等于其超钻系数乘以后发孔的抵抗值。

h=kg·Wd

式中：h为超钻深度，m；kg为超钻系数；按其先发、后发孔及岩种不同取值计算，超钻系数参照见表2。

表2 超钻系数参照

先发孔超钻深度：h1=0.3×7≈ 2 m

后发孔超钻深度：h2=0.2×7≈ 1.5 m

3.1.3 确定炮孔与坡底线之间的距离

以往设定最近炮孔与到界边坡坡底线之间的距离为5 m，考虑到北帮E1900小构造地带边坡含水情况下安全稳定性系数偏低，根据多次爆破试验效果来看，决定将最近炮孔与坡底线距离设定为6.5 m，加大爆破振动对小构造地带的冲击储备距离，小构造地带炮孔距离示意图如图2所示。

图2 小构造地带炮孔距离示意图

3.2 确定装药量，压缩爆破单耗

装药量的确定取决于爆破作用指数，也就是指爆破漏斗半径r与最小抵抗线Wd的比值，以n表示，可以用n=r/Wd表示。爆破作用指数n在工程爆破中是一个极重要的参数，若改变爆破作用指数n，则爆破漏斗的大小、岩石的破碎性质和抛移程度都随之而发生变化。主要采取以松动爆破为主，炸药爆破后只使岩体破裂，几乎没有抛掷作用，从外表看，不形成可见的爆破漏斗。减弱抛掷爆破漏斗与松动爆破漏斗对比如图3所示。

图3 减弱抛掷爆破漏斗与松动爆破漏斗对比

按照爆破作用指数n=0.75计算，以往距坡底线最近炮孔装药量为35 kg，松动爆破时采用的装药量一般较小。因此，爆破时所产生的振动较小，碎石飞散的距离也较小，出于对小构造地带边坡安全稳定的考虑，我们在原爆破工艺的基础上采取减弱松动爆破方法，降低松动爆破作用指数。

装药时，采取“外增里减”装药法，即是外行孔适当增加药量，距坡底线最近炮孔减少药量，进一步减弱爆破时对小构造地带边坡的冲击振动。将里行孔给药量确定为21 kg，经计算得出爆破用作指数为0.62，小于松动爆破作用指数n=0.75。

抚顺西露天矿北帮岩种以绿色泥岩为主，且分为较硬与较弱2种。岩种较硬情况下里侧第1行孔装药量为21 kg，较软时为14 kg，第2行孔装药量为35 kg。南侧边孔装药量为42 kg，确保爆破后外侧无残留根底。爆破参数对比值见表3所示。

表3 爆破参数对比值

3.3 装药结构的确定

装药结构对岩体的破碎程度起着至关重要的作用。通过实验确定，与坡底线最近炮孔采取连续装药结构，其它炮孔采取分段装药，这样既可保证底部岩体的破碎，又避免了上部岩体炮后产生大块，有效达到了松动爆破效果，降低了爆破后冲对边坡的影响。装药结构如图4所示。

图4 装药结构

药柱高度：L1=L-L2；

填充高度：L2=（0.7～1.0）Wd或L2=（20～30）d（d为炮孔直径）；

3.4 起爆网路联接

起爆网路联接，使用地面MS6段、孔内MS12段两种毫秒微差延时雷管，以“多并串联”方式联接，起爆网路联接如图5，由南向北对角线式间隔起爆，实现南侧孔先起爆形成自由面，北侧孔再起爆，有效降低了冲击波（压缩应力波）对小构造地带边坡的振动。

图5 起爆网路联接

4 爆破安全振速测算

爆破安全振动速度测算，主要是计算爆破振动对小构造边坡及北帮上方建筑物的稳定是否造成影响，爆破振速的大小是北帮稳定与否的至关重要因素。为了保护北帮小构造发育地带边坡稳定，需严格控制起爆药量，安全振速不能超过60 cm/s。

爆破安全振动速度的计算，主要因素是最大一段起爆药量，以北帮E1900小构造地带爆破设计方案为例，具体可按下式计算:

V＝K（Q1/3/R）a

式中：R为北帮到界距离，m；V为爆破震动速度，m/s；Q为最大一段起爆药量，kg；K、a为与爆破地形、地质条件有关的系数和衰减指数，根据岩性不同，K、a值可参照表4选取。

表4 K、a值参照

该区域岩种取中硬岩石，K取值200，a取值1.7，到界距离R=6.5 m，当岩种较硬时，爆破最大一段起爆药量Q=21 kg，振速为46.5 cm/s；岩种较软时Q=14 kg，振速为37 cm/s。均小于60 cm/s。

为保证北帮边坡上方建筑的安全性，依据上述方案，实际测量得出炮区与上方地表建筑垂直高度185 m、水平距离471 m，经计算实际距离为506 m。k取值200，a取值1.7，较硬岩以炮区最大6行孔为例，里行孔最大一段起爆药量为21 kg，计算振速为0.028 cm/s；剩余5行孔最大一段起爆药量为35 kg，根据网路联接单孔起爆振速为0.038 cm/s、双孔起爆振速为0.056 cm/s、三孔起爆振速为0.07 cm/s；南侧边孔最大一段起爆药量为42 kg，起爆振速为0.042 cm/s。按照GB6722—2014爆破安全规程规定，重要工业厂房不允许超过安全振动速度值为0.4 cm/s，现计算出的振动值远低于规定值，所以对北帮上方建筑没有任何安全影响。爆破后，保证了小构造地带边坡的完整性和稳定性，降低了爆破产生的振动冲击破坏，挖掘机采掘后，台阶坡面坚硬光滑无裂隙。

5 结语

爆破设计方案实施前，我们对北帮多处小结构发育地带进行了现场勘查，挑选代表性区域实施多次爆破试验，爆破后，对台阶爆破质量与小结构发育地带岩体稳定性，均进行了细致检查和对比，通过不断优化爆破设计方案，达到满足生产需要同时，实现“降震保坡”的目的。

［1］中华人民共和国煤炭工业部.GB50197—2005煤炭工业露天矿设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2005.

［2］高国骧.抚顺西露天矿开采技术［M］.北京：煤炭工业出版社，1993.

［3］张萌.露天爆破工程［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1986.

［4］李志新.地质及矿山地质学［M］.北京：冶金工业出版社，1979.

［5］骆中洲.露天采矿学［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1986.

［6］采矿设计手册：矿床开采卷（上）［M］.北京：中国建筑工业出版社，1988.

［7］张志呈.爆破基础理论与设计施工技术［M］.重庆：重庆大学出版社，1994.

［8］高金臣，张金泉.煤矿爆破实用手册［M］.北京：煤炭工业出版社，2008.

［9］中国工程爆破协会.GB6722—2014爆破安全规程［S］.北京：中国标准出版社，2014.

［10］张达贤，张幼蒂.露天采矿新工艺［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1990.

【责任编辑：解连江】

Blasting scheme of small structural zone in Funshun West Open-pit Mine north slope

LIU Tao,XING Zhen
(West Open-pit Mine,Fushun Mining Group,Fushun 113001,China)

Considering slope engineering,hydrogeological conditions,structure,slope failure mode caused by blasting impact,the article reasonably determines blasting parameters,reduces the impact of blasting vibration on small tectonic zone slope,in order to ensure the integrity and stability of slope after blasting.

bounded slope;small structure;slope stability;blasting vibration