大孔径垂直预裂爆破施工技术在欧山石灰岩矿靠帮边坡中的应用实践

吴求忠

(安徽枞阳海螺水泥股份有限公司,安徽 铜陵 244000)

露天矿靠帮边坡稳定性一直是矿山开采所关注的重要环节,如果边坡稳定性差,一旦发生滑坡、崩塌等事故,必将对矿山造成严重的经济损失,甚至会造成人员伤害。 因此,在源头加强露天矿靠帮边坡稳定性管理显得尤为重要。 控制爆破是提高靠帮边坡稳定性的重要手段,但传统的预裂、光面等控制爆破一般采用小孔径密集炮孔不耦合装药,使用竹片等绑扎炸药与导爆索起爆,总体钻孔量和爆破施工量大,实际操作困难。 为减少钻孔量与爆破施工量,使用一种预裂孔PVC 管施工技术与方法,在预裂爆破后实现了完整性较好的预裂面及靠帮边坡,有效提高了台阶靠帮边坡的围岩完整性和稳定性,保障了矿山开采的安全性。 该施工技术与方法对类似露天矿靠帮边坡的稳定性控制具有一定的借鉴意义。

1 工程概况

欧山石灰岩矿位于安徽省铜陵市枞阳县,矿区内出露地层有三叠系下统和龙山组、南陵湖组及第四系,三叠系下统岩性以石灰岩为主,岩石普氏系数f=8～10,夹有少量泥质灰岩、瘤状灰岩等,矿床总体为一单斜构造,呈层状产出,倾角为5°～25°。矿山采用露天开采方式,自上而下台阶式开采,台阶高度设计为15 m,采用深孔爆破,钻孔直径为203 mm,钻孔深度为17 m。

2 施工方案

为提高靠帮边坡稳定性,在临近靠帮边坡区域时,采用预裂爆破开挖,主爆区采用连续耦合装药的深孔爆破,接近边坡面区域的缓冲孔采用间隔装药,边坡面采用连续不耦合装药的大孔径垂直预裂爆破,所有钻孔均采用DM45 型液压潜孔钻机90°孔,孔径为203 mm。 预裂爆破实施完成后,终了台段坡面角刷坡成65°,并在坡面植树种草用于矿山恢复治理。

3 爆破参数设计

3.1 计算预裂爆破参数

1)钻孔直径D:露天矿山深孔爆破时,孔径多为140～310 mm。

2)台阶高度H:台阶高度与主体采矿平台台阶相同,一般情况下H≤15 m。

3)炮孔超深h:预裂孔根据矿山实际情况可选择不超深,考虑到下方需要超挖换土刷坡,用于植树种草,便于开展边坡恢复治理,超深取值为2 m。

4)炮孔长度L:L=(H+h)sinα,α为钻孔角度。

5)孔距a预:a预=(8 ～12)D,D为炮孔直径,mm。

6)预裂孔与缓冲孔排间距b预,一般取1. 5 ～2.5 m。 缓冲孔孔间距a缓,一般为正常主炮孔的1/3～1/2。

7)缓冲孔与主炮孔排间距b缓:该距离不小于预裂孔孔间距,一般为正常主炮孔的1/3～1/2。

8)线装药密度q预:q预=K预a预,q预为预裂孔线装药密度,g/m;K预为岩石预裂爆破炸药单耗,g/m3。 一般情况下,中薄层或者含泥质、竹叶状结构的及裂隙较发育的石灰岩取330～500。

9)单孔装药量Q预:Q预=q预L预,L预为预裂孔装药长度,m。

10)充填高度L填:L填=(1.0～1.2)a预。

3.2 确定爆破参数

根据上述施工方案,综合考虑地质状况、雷管与炸药品种、施工便捷性等因素,经多次试验,在开采界线到达最终边帮之前,根据岩石结构设计不同的爆破参数,同时依据爆破效果情况进行调整优化,最终确定最优参数,结果见表1。

表1 爆破参数设计

4 施工工艺

4.1 精确布置预裂孔与缓冲孔孔位

根据矿山开采初步设计确定好最终开挖界线,在CAD 图纸上标出预裂孔与缓冲孔孔位,并将孔位坐标数据批量导入RTK 仪器中,然后现场放样,精确布置预裂孔及缓冲孔孔位。

4.2 穿孔施工

根据现场实际情况布置主炮孔,并根据布置好的预裂孔及缓冲孔孔位实施穿孔作业,采用DM45 型液压潜孔钻机穿孔,穿孔角度为90°,孔径为203 mm。

4.3 预裂孔不耦合装药PVC 管施工工艺新方法

预裂孔装药是控制爆破施工最为重要的一步,装药过程不仅要严格按照设计参数进行,还需要满足施工简便、易操作等原则,装药质量在一定程度上决定了预裂爆破的效果。

PVC 管不耦合装药具体操作方法是:将ø50 mm PVC 管提前放置于预裂孔中,爆破装药施工时管中充填粉状乳化炸药,使用8#雷管制作药包或导爆索进行起爆。 为了克服夹制作用,在炮孔底部装填0.3～0.5 m 粉状乳化炸药。 预裂孔PVC 管现场施工如图1 所示。

图1 预裂孔PVC 管施工现场

4.4 装药结构

主炮孔采用耦合连续装药,缓冲孔采用耦合间隔装药,预裂孔采用连续不耦合装药。 预裂孔中放置的PVC 管装药后,在PVC 管内距离孔口3 m 位置使用岩渣进行堵塞,PVC 管外、炮孔孔内距离孔口3 m 位置也使用岩渣进行堵塞。

5 爆破网路及爆破效果

炮孔起爆顺序为预裂孔、主炮孔、缓冲孔。 预裂爆破的炮孔先于主炮孔100～150 ms 起爆。 爆破网路采用导爆管起爆,如图2 所示。

图2 爆破网路(单位:ms)

爆破后沿预裂孔一线,形成了一条明显的预裂缝,保留岩体无后冲现象,基本无破坏,岩石铲挖后,半孔率十分明显,达到95%以上,坡面观感稳定、平整、美观,达到了预期的效果,铲挖后边坡效果如图3 所示。

图3 预裂爆破边坡效果图

6 结语

1)采用大孔径垂直预裂爆破施工技术,使用一种预裂孔PVC 管施工方法,在预裂爆破后实现了完整性较好的预裂面及靠帮边坡,有效提高了台阶靠帮边坡围岩的完整性和稳定性,提高了施工的便捷性,保障了矿山开采的安全性。

2)利用价格低廉的PVC 管进行不耦合装药,省去了传统预裂爆破使用竹片绑扎炸药与导爆索的步骤,施工便捷。 同时采用大孔径炮孔减少了炮孔的数量,降低了钻机穿孔施工量。

3) 可以根据炮孔直径和岩石性质的不同选择合适的PVC 管直径,以获取最优的爆破效果。