云浮硫铁矿临边爆破技术优化探讨

2017-08-08王隆声

科技与创新 2017年15期

关键词：光面云浮采场

王隆声

（广东广业云硫矿业有限公司，广东云浮527343）

云浮硫铁矿临边爆破技术优化探讨

王隆声

（广东广业云硫矿业有限公司，广东云浮527343）

硫铁矿是我国重要的工业资源，临近边爆破技术是矿山开采过程中的关键技术，一旦爆破技术控制不到位，有可能引发严重的安全事故，不同地段的临近边爆破应在满足边坡稳定性研究评价对临近边坡爆破的要求上进行。根据云浮硫铁矿的地质及台阶边坡情况，以及云浮硫铁矿边坡稳定性研究对临近边坡爆破的要求，结合多年在该矿的爆破实践经验、爆破效果及成本经济分析，提出了云浮硫铁矿临近边坡爆破技术优化方案。

硫铁矿；临边爆破；预裂爆破；光面爆破

1 云浮硫铁矿的地质及台阶边坡情况

云浮硫铁矿的地质构造相比其他矿山而言较复杂，其主要的断层有F1，F3，F4，F5等，一组由南向北，由北东转变为南北以及北西至北西西走向的弧形压扭性断裂。现阶段，云浮硫铁矿露天采场西帮、北端帮和东帮的终了台阶均已形成。局部采坑已采至214 m，西帮垂直高差达248 m，形成的台阶最多达24个；东帮垂直高差达200 m，形成的台阶最多达15个；北端帮垂直高差达144 m，形成的台阶最多达15个。在露天采场的西帮，尤其是南采区的西帮，由于断裂发育、风化层厚、岩石破碎和强度较低、局部土体遇水易崩解或软化，而且地形较陡和固定边坡的垂直高差大，容易发生滑坡、崩塌等地质灾害；北西部铁矿体顶底板围岩均为强风化岩石，由于岩石多呈土状，强度低和遇水易崩解或软化，也易发生滑坡、崩塌地质灾害。另外，矿体内的粉矿结构松散，分布有粉矿的部位也可能发生崩塌现象。由于区内断层、褶皱等软弱结构面发育，滑坡、崩塌等边坡失稳现象仍可能发生，而边坡的滑坡、崩塌都将对采场产生严重的危害，给矿山开采造成严重影响。

2 边坡稳定性研究及对临近边坡爆破的要求

2013年中科院武汉岩土研究所和云浮硫铁矿联合进行了研究，云浮硫铁矿露天采场从现状边坡至最终边坡的开挖过程中，边坡整体是稳定的，局部台阶边坡存在稳定性问题。

2.1 硫铁矿露天矿边坡稳定性研究分区情况

根据云硫露天矿开采境界及各断层分布情况，对采场边坡共分5个区，分别为东帮（A区）、南端帮（B区）、南区西帮（C区）、北区西帮（D区）和北端帮（E区），如图1所示。

2.2 各区边坡稳定性及对临边爆破的要求

A区各个剖面在各种工况下的边坡安全系数都大于1.20，边坡整体稳定。应当控制最大段装药量和爆源与潜在滑体之间的距离，防止工程爆破诱发滑坡。

图1 云浮硫铁矿边坡坡稳定性研究分区图

B区各个计算剖面的安全系数都大于1.15，边坡整体稳定。3号剖面现状边坡与最终边坡的坡脚处都有塑性区出现，可能发生局部台阶失稳破坏。工程爆破对B区边坡稳定的影响很大，特别是开采初期，可能导致上部岩体发生失稳破坏。因此，在该区靠帮爆破时，应当控制最大段装药量和爆源与潜在滑体之间的距离，防止工程爆破诱发滑坡。

相对于A区和B区，采场爆破对C区的影响较小，工程爆破不会引起C区边坡发生整体边坡失稳。

D区各个计算剖面的安全系数都大于1.15，边坡整体处于稳定状态。8，9，10号剖面的最终边坡坡脚处都出现了剪切破坏塑性区，可能发生局部台阶边坡失稳。工程爆破对D区边坡的稳定性影响较小，考虑爆破荷载后，安全系数平均降低5.4%.E区已基本靠帮，工程爆破对边的影响不大。

总体来说，整个云浮硫铁矿露天采场东帮边坡的稳定性要高于西帮，南采区边坡的稳定性最差。

3 临边爆破技术在硫铁矿中的应用情况

就工程爆破边坡保护技术而言，预裂爆破和光面爆破是2种最常用的临边控制爆破技术，云浮硫铁矿露天矿对这2种技术在不同时期均有成功的应用。按孔径分大孔径（Φ250牙轮钻孔）和小孔径（潜孔钻孔），小孔径又分垂直孔和斜孔。现将爆破效果简述如下。

3.1 大孔径预裂爆破的应用情况

从1989年开始，云浮硫铁矿在南北采场各边坡台阶实施大孔径边坡预裂爆破（大孔径一次成帮爆破预裂爆破）。爆后直接用4 m3电铲采挖，基本不需要人工削坡，台阶坡底部位留有2～4 m高的半坡孔，坡面整齐，效果较理想。但是，从这几年的不断实践中看到，在采用上述方案实现一次成帮的过程中还存在一个问题——对于坚硬岩层的边坡地段而言，边坡坡面保护较好，但是固定帮坡底抬高现象严重，不能达到设计标高，坡面上半壁孔孔位过高，基本无坡面，而是一个直角面。

3.2 小孔径垂直光面爆破

小孔径垂直光面爆破技术是2010年开始采用的临边控制爆破技术，从爆破后效果看，边坡面自上而下垂直，岩石自然结构受影响比较小，根底较少。多处出露大量半壁孔，半壁孔率达70%以上，边坡自然稳定性增强。

3.3 斜孔光面爆破

小孔径垂直光面爆破技术也是2010年开始采用的临边控制爆破技术，从爆破后效果看，岩石自然结构受影响较小，底部存在少量根底。台阶上部由于上台阶爆破超深部分被破坏，上部半壁孔较少，但局部半壁孔达75%以上，边坡自然稳定性增强。

4 不同临近边坡爆破技术的经济性比较

根据多年的穿孔成本测算，牙轮钻延米穿孔成本比潜孔钻低，垂直孔比斜孔低，穿孔效率牙轮钻最高，150潜孔钻斜孔效率最低；在边坡长度相同的情况下，总体穿孔成本潜孔钻孔是牙轮钻孔的2倍以上，火工材料相差不大。可见，潜孔钻预裂爆破成本比牙轮钻大孔径预裂爆破高2倍以上，光面爆破比预裂爆破成本高。就爆破效果而言，小孔径比大孔径好，但无论用何种设备，多打孔、少装药，爆破效果都好。云浮硫铁矿作为矿山企业，在确保边坡安全、技术可行的情况下，经济合理是必须考虑的。表1为不同临近边坡爆破技术方案的经济性比较。