光面爆破技术在某大型露天矿山边坡治理中的应用*

2017-12-05刘成敏刘红芳罗福友周浩仓王云茂赵建平

采矿技术 2017年6期

刘成敏，刘红芳，罗福友，周浩仓，王云茂，赵建平

(1.江西国泰五洲爆破工程有限公司，江西南昌 330038； 2.江西瑞林稀贵金属科技有限公司，江西丰城市 331100； 3.江西国泰民爆集团股份有限公司，江西南昌 330012； 4.江西省爆破工程技术研究中心，江西南昌 330012; 5.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南长沙 410012)

刘成敏1,3,4，刘红芳2，罗福友1,4，周浩仓1,4，王云茂1,3,4，赵建平5

针对某大型凹陷露天矿的开采现状，充分考虑其地质条件、岩石特性与边坡保护的需要，在不改变原有开采方案与工艺的前提下，设计应用光面爆破技术进行边坡治理，详细介绍了该爆破技术的炮孔参数设计、炮孔布置以及起爆网络设计，方案实施后，有效解决了台阶不成型、坡面不齐的问题，较好地维护了边坡的稳定性，取得了良好效果。

光面爆破；大型露天矿；边坡治理；安全隐患

光面爆破法具有保护围岩的完整性，提高围岩的稳定性和承载能力等优点，能够控制爆破作用的范围和防线，使爆后的边坡平整，光滑，满足设计要求，广泛应用于边坡治理与隧道开挖等各类工程中。

某大型露天凹陷开采矿山由于开采历史较久，采矿权历经多次转让，没有延续性的开采规划和合理的边坡保护方案，造成矿山开采混乱，开采边界边坡高陡，由于岩溶地质，存在大量的岩溶裂隙，给矿山的正常生产带来了很大的安全隐患。针对该矿的特点，设计了应用光面爆破技术进行边坡治理的方案，成功解决了边坡治理的难题。

1 矿山现状

1.1 开采现状

某矿山年产矿石720万t，采用凹陷露天开采，生产工艺为：表土剥离—深孔钻机穿孔—爆破—机械铲装—液压锤二次破碎—汽车运输至区内破碎站(破碎)—皮带运输至水泥厂，开拓方案为公路开拓。

目前，矿山已在矿区南西端形成一采坑，采坑有积水现象，积水用于矿山中部采场生产用水。采场沿东西向布置往北东向推进，已有5个作业台阶，台阶高度12～15 m，平台宽度约40 m以上，台阶坡面角约75°～90°，没有掏采现象。

1.2 边坡地质条件

开采地面起始标高+163～+167 m，最低标高为+60 m，最终边坡垂直高度约100余米。边坡松散堆积层厚度5～10 m，基岩为红色碎屑岩和水泥灰岩，采区范围内有溶洞、裂隙、泥质夹层等分布，易发生地表塌陷。采场边坡中上部为全～强风化红色碎屑岩及松散层，边坡稳定性差。西南侧边坡位于某河流旁，属岩土混合斜向斜坡，洪水季节在静水压力作用下，易产生潜蚀管涌现象。东侧边坡为岩土混合斜向斜坡，边坡稳定性一般较好。北侧边坡属混合顺向斜坡，由于境外汇水面积较大，易产生山洪片流及顺层面局部崩滑，因此矿区的工程地质类型中等复杂。

1.3 边坡参数设计

该矿最终边坡有关参数如图1所示，开采作业面边坡角表土及风化层≤45°，新鲜岩体为 68°，生产台阶高度15 m，最终边坡角为47°～50°。根据目前开采情况，最终边坡未能达到安全要求，故需进行边坡治理，采用光面或预裂爆破使边坡坡面平整、稳定，以达到安全要求。

图1 设计边坡

2 光面爆破方案

2.1 光爆孔参数设计

在参考了大量的边坡治理方案后，在不改变矿山原有工艺的前提下，设计相应的参数。根据矿山现有钻孔设备，其钻孔直径分别为140 mm和170 mm，光面爆破选取140 mm孔径设备更有利于边坡稳定。台阶高度为12～15 m，孔深按照现场地形坡度变化来确定。设计采取一次到底的方法进行爆破，另外爆破孔深应比设计底板高程超深0.5～1.5 m，以确保爆后底板的平整性。光面爆孔参数的计算公式为：

(1) 炮孔长度L：

L=(H+h)/sinα

式中，L为炮孔长度，m；α为边坡钻孔角度。

(2) 抵抗线W光：

W光=KD(m)

式中，K为计算系数，一般取K=15～25；D为钻孔直径。W光=2.1～3.5 m，软岩取大值，硬岩取小值。

(3) 炮孔间距a光：

a光=mW光

式中,m为比例系数，取m=0.6～0.8；故a光=1.26～2.8 m。

(4) 单孔装药量Q光：

Q光=q光L

式中，q光为线装药密度，q光=K光a光W光，g/m；K光为岩石光面爆破炸药单耗，g/m3，石灰岩取160～380 g/m3，含泥质、裂隙较发育的取小值，结构完整、致密的取大值。

2.2 主炮孔参数设计

实施光面爆破的区域前端部分预留2～3排主炮孔和1～3排辅助炮孔，或只预留光爆层。光面爆破的炮孔起爆时间应比前排主炮孔(或辅助炮孔)滞后50～250 ms。

表1 主炮孔的相关参数

2.3 炮孔布置

根据开采方案的边坡设计，确定了两种炮孔布置方式，以形成所需的坡面，光面孔的倾角分别为68°和45°，具体见图2。

图2 炮孔布置

2.4 起爆网路设计

起爆网路采用高精度毫秒延期导爆管雷管，主炮孔孔内一致用400 ms延期雷管，孔间用25 ms雷管连接，排间用42 ms雷管连接，光面爆破炮孔每3～5个孔作为一组同时起爆，组间用25 ms雷管连接。其爆破网路如图3所示。

图3 爆破网路

3 施工要求

为达到光面爆破的目的，施工过程中必需严格按照制定的施工方案进行钻孔和施爆。

光爆孔施工的过程中，需要选择合适的药卷直径，药卷直径与炮孔直径要相配，要求爆破后产生的效果既能克服较大的岩石抵抗，使炮孔内壁周边的岩石少受或不受破坏，又要能保证稳定的炮轰[7]。研究表明不耦合系数为1.5～4时能取得较好的爆破效果[8]。

施工过程中采用了空气间隔不耦合装药的方式，为防止出现底部夹制，底部加大装药量，采用直径为90 mm的炸药，其它各段采用直径为70 mm的炸药，保证不耦合系数为2左右。每孔内部孔底段与孔口段各装一发同段别的雷管，分别采用反向和正向起爆的方式安装，各分段之间通过导爆索传爆。为方便装药和保证装药质量，采用专用的吊装袋进行装药，炸药装入炮孔前，根据每孔的装药量，将炸药先装入吊装袋内，再将整体装入炮孔中。