预裂爆破在矿山露天开采的应用

姜贵川，邓久荣，郑彦涛

（1.贵州息烽磷矿有限责任公司，贵州 贵阳 550001；2.贵州化工建设有限责任公司，贵州 贵阳 550001）

预裂爆破少量的炸药使用非耦合，在开始爆破前的主要爆破孔要形成一条具有一定宽度，可以反应出应力波的预裂缝，削弱应力波的矿山边坡破坏性能力。爆破后还可以呈现外形扁平，表面光滑，减少超欠挖量，以及单独使用预裂岩体开挖面积和储量，开挖面积表面预裂爆破应力波的反射，并预留岩体应力波的传播大大减少，同时，也使矿山地质变化效果大大降低，从而有效保护储备矿区岩体和建筑物。对于采矿工程施工来说，它将减少总剥离量，增加采矿量，并带来巨大的经济效益。

1 工程概况

息烽地区矿山位于贵州省中部，该矿区成立于1964年，是我国早期所建造的矿山工程之一，生产规模较大，并且是一个较为重要大型矿山。矿区位于云贵高原丘陵地区，该矿区露天采矿形成“U”型槽谷人地形、海拔最高的1010(矿区西南部)，东北最少732m(田)，最大相对高差278m，总体地势西南高、东北低、剥蚀型高原矿山地质地貌类型多。针对露天矿区开采形成的高陡边坡稳定性的影响，通过分析预裂爆破的技术参数和效果，进行实时监测，确保采场边坡的安全高效开采。

2 预裂爆破参数选择

正确地选择预矿山裂爆破参数，是取得良好的预裂爆破效果的前提。然而，预裂爆破的重要参数及其影响因素很多，如孔径、孔距、炸药性能、线装药密度、装药结构、岩体的组织及构造等，现就我国矿山840m水平顶板扩帮（6号勘查线附近），具体确定其参数，由于从矿山地质资料可知此矿山地质岩体段属于白云岩，而白云岩的抗压强度从《矿山岩石力学》查到〔B〕=78-245mpa，《根据露天矿爆破》总结的预裂破爆参数经验公式，可算出不耦合系数K=1+18.32〔B〕-0.26，则K=3.4-4.2，符合各矿采用的不耦合系数，一般为2.4～5的范围。根据此段矿山地质条件可取不耦合系数为4，确定预裂爆破参数如下：

（1）钻孔直径。由于矿山缺乏所需专用设备，只好采用生产钻孔机来钻预裂孔，而矿山工程采用KT7潜孔钻机，其孔径φ＝100mm。

（2）钻孔间距a=19.5φ(k-1)-0.523，其中φ=100mm，K=4。a=19.5×100(4-1)-0.523=1866mm.符合孔间距为钻孔直径的10倍～13倍要求。并取钻孔间距a=1.8m。

（3）线装药密度ρ=78.5φ2K-2ρ；其中φ=100mm，K=4，ρ炸药密度为0.933克/cm3，则ρ=1322.9克/m。

预裂爆破装药密度变化范围为0.6Kg/m～3.5Kg/m，而ρ=1.3229Kg/m也满足需要。

（4）预裂孔深。由于此地段台阶高度H=10m，根据矿山地质条件并确定预裂孔深度H=11.5m，其误差不能超过±0.3m。

（5）预裂孔排列。由于受平台宽度的限制，预裂孔布置成垂直孔。

（6）装药结构。预裂爆破要求炸药在孔内均匀分布，因此装药不耦合。由于底部夹持较大，不容易形成所需的裂纹。因此，通常有必要增加孔底的电荷密度。一般底加量2.5倍。

（7）堵塞长度。为了保证高压爆炸气体，需要良好的孔口堵塞。堵塞长度较短，而装药太高，可能会导致孔变成漏斗。堵塞时间过长，充电过低，顶部很难形成完整的预裂。堵塞长度和炮孔直径有关，通常并取直径为12倍～20倍，因此，取为2.5m，并且孔口1.5m不装药，不堵塞。

（8）起爆方式与起爆时差，采用导爆索起爆，预裂孔超前主爆孔的起爆时差为100ms。

3 预裂爆破效果及评价

一般根据裂缝的宽窄，新壁面的平整程度留下的孔痕百分率以及减震效应的百分率来衡量预裂爆孔的效果。预裂爆破在息烽大型露天矿山作业时可以达到以下质量标准：

（1）岩体在预裂面上形成贯通裂缝，其地表裂缝宽度不应小于1cm。

（2）预裂面保持平整，壁面的不平整程度小于15cm。

（3）壁上孔痕的百分率在硬岩中不少于80%。在软岩中不少于50%。

（4）减震效应。降低爆破地震效应是预裂爆破的重要特点，一般应达到按照设计和预估对降震百分率值的要求。

4 技术问题及注意事项

（1）根据矿山的岩体类型，合理确定孔距和装药量是十分重要的。在预裂爆破方面，岩体的性质对爆破效果的影响要大于其他爆破方法。因此，预裂爆破的设计和施工在不同的地质条件下是不同的。

（2）爆破后，岩体很容易沿裂隙方向展开。如果要求矿井预裂垂直于岩层，则必须采用孔距均匀的炮眼，使预裂沿预定方向出现。预裂爆破的裂缝沿井筒中心的轴线方向形成。

（3）在矿山工程实践操作当中，预裂爆破可超前主爆区先行起爆，即在主爆区尚未爆破开挖之前，先沿设计轮廓实施预裂爆破，形成预裂缝，而后逐步进行主爆区的作业。

（4）预裂爆破产生的危险飞石是不容忽视的，因此有必要对预裂孔进行封盖，且盖层材料不能离岩体太近。其原因是在矿山爆破工程中必须给爆炸气体提供膨胀空间。

5 总结

矿山边坡的稳定性受地质气候条件的影响，受爆破方法和技术的制约。因此，如何在爆破施工中更好地保护边坡稳定是一个关键问题。

结合大型矿山工程的工程实践，证明预裂爆破技术是解决这一问题的有力措施。预裂爆破是利用相邻炮孔内炸药爆轰时瞬间产生的应力和爆破产生高压气体的气楔作用，使得岩石沿相邻炮孔的轴线形成一条裂缝，从而在以后的开挖中形成一个平整和稳定的面。在开挖区主爆破炮孔爆破前，沿设计轮廓线先形成平整的预裂缝（当根据岩石性质地质条件选用的预裂爆破参数～孔间距、不耦合系数、线装药密度合适时，预裂缝的宽度可达成1cm～2cm）。预裂缝形成后，再起爆主爆破炮孔组，能在一定范围内，减小主爆破炮孔组的爆破地震效应。