露天爆破中岩根和大块产生的原因及对策研究

马三振 代治国 蔡国成 樊涛

摘 要：露天爆破大块率和根底率是衡量爆破质量的2项重要指标。但是，因环境条件、地质结构、岩性组成、爆破参数与技术和施工与管理等因素的影响，往往达不到理想的爆破效果，爆破后难免会产生部分大块、根底甚至底板大面积抬高等问题。基于此，本文主要探讨产生根底及大块的原因，然后提出针对性的预防大块及根底产生的对策。

关键词：露天爆破；岩根；大块

中图分类号：TD235 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）16-0084-03

Causes and Countermeasures of Rock Masses and Blocks in

Open Air Blasting

MA Sanzhen DAI Zhiguo CAI Guocheng FAN Tao

Abstract： The mass rate and base rate of open pit blasting are two important indexes to measure the quality of blasting. However， due to the influence of environmental conditions， geological structure， lithologic composition， blasting parameters and technology， construction and management and other factors， it often fails to reach the ideal blasting effect. After blasting， it is unavoidable to raise a large area of large areas， roots and even the bottom floor. Based on this， this paper mainly discussed the causes and the reasons for the big blocks， and then put forward the corresponding countermeasures to prevent the bulk and the roots.

Keywords： an open-air blasting；rock roots； large blocks

穿孔爆破是露天采場生产的第一道工序。爆破的目的是为采场后期铲装、运输和破碎等工艺环节提供最佳的爆堆尺寸和块度，直接影响矿山生产及技术经济指标的完成。评价爆破质量的2项重要指标是大块率和根底率。然而，由于环境条件、岩性变化、地质构造、爆破技术、爆破参数和施工与管理等客观因素的存在，爆破质量无法达到预期设想的效果，爆破后会产生部分大块、根底甚至底板抬高（二层台）等问题，对后期铲装作业带来影响，导致现场采装设备的磨损[1，2]。某露天金属矿山采用中深孔台阶式爆破开采，每一台阶高度为10m，穿孔设备使用的是CS165E潜孔钻机。炮孔装药方式为底部连续柱状装药，上部采用岩粉进行炮孔充填。经过长期爆破施工发现，特殊地质环境条件下爆破后出现大块和岩根的可能性很大，通过调整爆破设计参数和施工组织方式可以减少大块和岩根但不能避免[3-5]。因此，探索预防大块及根底产生的对策显得尤为迫切。

1 爆破过程中产生根底及大块的现状

在实际生产中，因地质构造、岩性变化、环境条件、爆破参数与技术和施工与管理等因素的影响，爆破质量无法达到预期效果，爆破后会不可避免地产生大块、根底甚至底板抬高（二层台）等问题，给下一次施工带来不便，影响铲装作业，导致设备磨损。某露天金属矿山采用中深孔台阶式爆破开采，每一台阶高度为10m，穿孔设备使用的是CS165E潜孔钻机。炮孔装药方式为底部连续柱状装药，上部采用岩粉进行炮孔充填。长期的爆破施工发现，特殊地质环境条件下爆破后出现大块和岩根（见图1）的可能性较大，通过调整爆破设计参数和施工组织方式可以减少但不能避免。目前，岩根孔装药填塞方式采用和主爆区一样的方法，但主爆区炮孔为垂直孔、深度大，岩根孔多为倾斜孔布置且深度较浅。采用同样的方式进行装药与填塞，不仅浪费人力，且效率低、装填效果差。因此，探索预防大块及根底产生的对策显得尤为迫切。

2 产生根底及大块的原因

2.1 岩石可爆性差

岩石可爆性指岩石抵抗炸药爆破破碎的难易程度的性能。其是岩石物理力学性质和地质结构对炸药、爆破参数和工艺等因素在爆破过程中的综合表现，影响后续的爆破效果。影响岩石爆破性的内在因素是岩石本身的物理力学性质，外在因素是炸药性质、爆破工艺等。前者取决于岩石的地质生成条件、矿物成分、结构和后期的地质构造，表现为岩石密度、孔隙性、碎胀性、弹性、塑性、脆性和岩石强度等物理力学性质；后者则取决于炸药类型、药包形式和重量、装药结构、起爆方式和间隔时间、最小抵抗线与自由面的大小、数量、方向及自由面与药包的相对位置等。岩石本身的物理力学性质是最主要的影响因素。炸药爆炸对岩石的爆破作用主要有两个方面：一是克服岩石颗粒之间的内聚力，使岩石内部结构破裂，产生新鲜断裂面；二是使岩石原生的、次生的裂隙扩张而破坏。前者取决于岩石本身的坚固程度；后者则受岩石裂隙性所控制。因此，岩石的坚固性和岩石的裂隙性是影响岩石爆破性最根本的影响因素。

2.2 局部岩石存在差异

同一区域分布2种以上矿岩，矿岩交互出现，可爆性存在差异，但孔网参数设计未根据岩石差异变化，造成可爆性差的区域炮孔装药不足，使得抵抗线不均匀，爆破作用方向发生变化，爆破后对岩石的爆破作用不够，从而留下大块及根底。

2.3 孔网参数设计不当

露天采场台阶的坡面一般是凹凸不平的。根底的产生取决于底盘抵抗线Wd，矿岩破碎程度取决于平均抵抗线Wa，爆破安全性取决于最小抵抗线Wm。进行爆破设计时，前排孔设计要遵循Wd、Wm和Wa三个指标相对均衡的原则。进行后排孔设计时，要注意孔网参数不能過大或过小，保证孔网参数设计的合理性。

2.4 装药结构不合理

炮孔装药高度小是台阶上部产生大块的主要原因。实践发现，炮孔采用连续柱状装药结构，斜孔爆破效果优于直孔爆破。因此，可以调整炮孔装药结构，使炮孔分上下两段进行药柱装填，中间采用空气或惰性物质进行间隔处理，在保持炸药单耗不发生改变的情况下，提高装药高度，增大上部爆炸能量，达到减少大块产生的目的。

2.5 炮孔成孔差

穿孔质量不能达到设计要求，个别炮孔孔位有偏差，导致孔网参数不均衡。此外，爆区炮孔超深变化大，导致爆破效果差。炮孔成孔后，孔口防护措施不到位，由于外界作用导致孔口岩渣掉落至孔内及孔壁发生塌落使炮孔深度减小，导致炮孔抵抗线发生变化，使得爆破后岩体破碎不均衡，产生大块和根底。

2.6 其他原因

2.6.1 岩体中裂隙发育程度及岩层间节理方向的影响。露天爆破由于受上部台阶超钻作用、前部台阶爆破后冲及邻近爆破的震动作用，爆破后的岩体大部分为块状结构，因此，爆破后产生的岩体一般是沿着原来的裂隙和节理发生破碎的，台阶上部岩体这种现象最为明显。研究表明，带有新鲜破裂面的大块仅占大块总数的3%～5%。当台阶坡面与岩层走向为斜交或是垂直时，岩层裂隙对爆破后大块、根底产生的影响更明显。

2.6.2 地质断层的影响。断层是普遍存在的。断层的存在，第一，使单孔负担面积发生变化，改变了抵抗线的大小；第二，对装药孔而言，其能起到泄能的作用，从而导致岩体破碎不理想，电铲挖掘困难，易于形成挡墙、根底等问题。

3 预防大块及根底产生的对策

3.1 采用大孔距、小抵抗线的爆破方法

采用大孔距、小抵抗线的方法对降低大块及根底具有显著的效果，其原理主要表现在3方面。第一，大孔距、小抵抗线的爆破方式能使爆破产生的反射拉力作用大大增强，对岩石破碎程度与裂隙网络形成具有重要作用。第二，大孔距、小抵抗线的爆破方法能使爆炸气体的推力作用大大增强，爆炸产生的爆炸气体在向裂隙延伸的过程中，抵抗线越小，气体膨胀能就越小，作用于岩石破碎的爆炸能就越大，爆破大块率就越小。第三，炸药在炮孔中爆炸产生的爆炸能使岩石以炮孔为中心，形成放射状裂隙。当处于大孔距小抵抗线状态下时，爆炸产生的反射能量增强，有利于长裂隙的形成与发展，同时较大的孔距减弱了应力释放，径向裂隙得到充分发育。

3.2 采用微差爆破

在露天爆破中，采用微差爆破可以形成新的自由面，应力波叠加可以增强岩石的破碎作用。爆破自由面越多，爆破的效果越好，爆破大块率就越小。前一排炮孔爆破时，爆炸能将岩石推向开挖方向，从而为之后的排炮孔形成新的自由面，减轻爆破阻力，以此类推，形成良好的爆破效果。

3.3 选择合理的炸药单耗和装药结构

炸药单耗是控制爆破效果的重要参数，当炸药单耗较小时，爆炸能量较小，对岩石的破碎作用较小，容易形成爆破后块度大、留根底的现象；当炸药单耗较大时，产生的爆炸能量较大，作用范围也大，容易造成飞石等危险。装药结构可采用间隔装药结构，把炸药分成数段进行装填，使炸药的爆炸能量均匀地作用于岩石中。

现场施工时，岩根及大块的产生不仅会影响后续铲装效率，而且会给下次台阶爆破带来影响。所以，要做好地质勘探工作，根据不同区域岩石特性进行爆破设计，减少爆破后根底的产生，从而达到最优的爆破效果。

参考文献：

[1]林德余.矿山爆破工程[M].北京：冶金工业出版社，1993.

[2]中国力学学会工程爆破专业委员会.爆破工程[M].北京：冶金工业出版社，1992.

[3]裴峰.降低爆破大块及根底的技术措施[J].矿业快报，2000（16）：9-11.

[4]税承慧.露天爆破中产生大块和根底的原因及对策[J].现代矿业，2003（3）：11-13.

[5]李永强，许利生.浅析露天矿爆破大块和根底产生的原因及对策[J].现代矿业，2006（9）：46-48.