露天矿山工程边坡控制性爆破施工技术研究

2024-04-24孙野

工程机械与维修 2024年1期

孙野

摘要：分析研究边坡控制性爆破施工技术的必要性，详细阐述了边坡控制性爆破施工技术在爆破参数、爆破施工流程等方面的设计方案。以某露天矿山为例阐述了实施爆破前的地质地貌的勘测工作，在获得其地层岩性构成情况具体数据基础上，实施了设计方案，并对爆破过程进行测试和分析。实践证明，采用边坡控制性爆破施工技术，进行露天矿山工程边坡控制性爆破施工，可以实现边坡不同位置的同步、同规模爆破，确保施工质量的结论。

关键词：露天矿山工程；边坡施工；控制性爆破；技术研究

0 引言

在矿山工程开发建设过程中，往往需要进行大规模的露天岩体开挖[1]。从提高工作效率的角度出发，为了能够最大限度地保证工程进度和预期的安全、质量目标，使得矿山开采项目的经济效益得到进一步提升[2]，爆破施工技术成为了岩体开挖工程应用较为普遍的施工方法之一。

1 研究边坡控制性爆破施工技术的必要性

露天矿山的爆破施工会对边坡的稳定性造成不利影响，不仅会给矿山开采工程带来一定的安全隐患[3]，同时也会降低矿山开采的效率。为了解决这一问题，采用适当措施对爆破施工过程进行有效控制极为必要[4]。现阶段微差爆破和不耦合装药都是较为常见的控制手段。除此之外，增设预裂缝也是较为常见的降低爆破振动对边坡岩体损伤的方式之一[5]。

但是上述方法在控制精度方面仍存在进一步优化的空间。为此，我们开展了露天矿山工程边坡控制性爆破施工技术研究，并通过测试的方式分析验证了该项技术在矿山开挖工程中对边坡稳定性产生的积极作用。

2 边坡控制性爆破施工技术设计方案

2.1 爆破参数的设计

2.1.1 潜孔钻机的选用

实现对边坡控制性爆破施工质量的有效控制，对爆破参数进行合理设计是极为必要的[6]。在预裂爆破阶段，将CM351型履带式高风压潜孔钻机和T35、T40型履带式顶锤式潜孔钻机设置为爆破孔及缓冲孔的钻孔装置[7]。

2.1.2 布设缓冲孔和填装炸药

对于缓冲孔的设计，其间距在2.0m以上，其孔径以90mm为宜。缓冲孔与预裂孔的排距也在2.0m以上。采用?70乳化炸藥作为爆破材料，对缓冲孔进行连续装药处理。

结合矿山地质结构的硬度及其振动传导性能，可对缓冲孔的孔径进行适应性调整[8]。当矿山地质结构的硬度较高、振动传导性能较低时，可以适当增大缓冲孔的孔径；当矿山地质结构的硬度较低、振动传导性能较高时，可以适当缩小缓冲孔的孔径。通过这样的调整，可最大限度保障边坡区域不同地质结构取得相同的爆破效果性。

2.1.3 布设预裂孔和填装炸药

对预裂孔进行设计，其间距为0.80m，孔径为90.0mm。在具体实施阶段，填装乳化炸药作为爆破材料，并在孔底放置2倍的加强药量，装药密度在325～425g/m，以确保其爆破性能。在距离孔口1m的位置，充填炮泥或岩粉予以堵塞。其孔径的调整原因和调整方法，与缓冲孔相同。

2.1.4 布设爆破孔和填装炸药

在布设爆破孔时，其间距和排距分别设置为4.20m和3.60m。爆破孔的孔径控制在110.0～120.0mm区间范围内。在具体实施阶段，采用乳化炸药作为爆破材料，对爆破孔进行连续装药。为了最大限度保障装药的精准性，降低由于炸药量的差异出现爆破效果异常的问题，炸药采用人工装填方式，并利用木棍或竹棍对炸药进行捣实处理。采用岩屑或黏土对爆破孔的封口处进行堵塞，以此避免出现炸药外漏等情况。填装的炸药量，执行单耗炸药量0.5～0.6kg/m3的标准。

按照上述方式，对边坡爆破施工的相关参数进行设计，并在实施阶段进行有效控制，可从根本上改进爆破效果、提高施工质量。

2.1.5 预计爆破效果

实施爆破时，设置多个检测点进行检测并进行数据分析。预期每个检测点之间在X、Y、Z三个方向的振动速度的差值不大于0.30m/s；每个检测点之间在X、Y、Z三个方向的矢量合速度的差值不大于0.15m/s。

2.2 爆破施工流程的设计

在对边坡的控制性爆破施工参数设计的基础上，在具体施工过程中，充分考虑了爆破之后脱落大体积岩体对露天矿山工程边坡产生的二次振动作用，因此在爆破施工过程中引入了解小工序。边坡控制性爆破施工流程如图1所示。

由图1可知，边坡控制性爆破施工流程的具体步骤，共分为8个阶段。

在施工准备阶段，需要准备施工所需的材料、设备，对待爆破的露天矿山环境进行地质勘探，为爆破阶段各个爆破点炸药使用量的设计提供可靠基础。在设计布孔和测量定位两个阶段，主要是按照前述设计方案中的设置的参数，确定爆破孔及缓冲孔的钻孔位置。

在对岩体进行静态破碎处理后，利用机械对破碎进行解小。这样做的目的是避免造成大规模的岩石脱落，避免对周围边坡的稳定性造成破坏。对于解小的破碎岩体结构，具体的解小标准以边坡的高度为基准进行控制。当边坡的高度在10.0m以下时，解小后的岩体结构应在20.0m3以下；当边坡的高度在10.0m以上时，解小后的岩体结构应在10.0m3以下。之后再使用挖掘机将其运送至装料台，完成对边坡控制性爆破施工之后的处理工作。

按照上述所示的方式，即可实现对边坡爆破施工质量的稳定控制，最大限度保障爆破效果与预期目标一致。

3 设计方案的实施和检测分析

根据前述边坡控制性爆破施工技术设计方案，以某露天矿山为例，在进行地质地貌勘测和分析的基础上，采用实施了该设计方案，然后进行了爆破检测和分析。

3.1 地质地貌的勘测

3.1.1 地质勘测

经勘测发现，该露天矿山的地质为构造侵蚀、剥蚀中的丘陵地貌，尤其是岩溶地貌特征最为突出。从前期地质勘察的结果可以发现，山体溶洞结构发育较为明显，而山体外层是溶洞结构最主要的集中区域，这是影响爆破施工最主要的因素之一。

在受风化及溶洞的影响作用下，山体表面有大量衍生的竖直和水平次生裂隙，使得岩体外部的强度相对偏低。在爆破施工过程中，因受到振动而发生塌落的概率相对较大。

3.1.2 地貌勘测

在地质勘测和分析的基础上，对该矿山的地貌进行勘测与分析。该矿山与现有高速公路紧邻，山体呈现陡峭趋势。爆破施工区域的地面标高在+141～+158m区间范围内，具有一定的起伏，且地表起伏范围相对较大。在矿山周边环境中，农作物、灌木等植被比较丰富。

3.1.3 勘测结果

经过对该露天矿山地质地貌的勘测，获得了其地层岩性构成情况的具体数据，如表1所示。

3.2 测试与分析

根据表1所示该露天矿山地层岩性构成情况的具体数据，运用边坡控制性爆破施工技术开展爆破施工，通过具体的测试结果，分析和验证边坡控制性爆破施工技术的控制效果。

3.2.1 测试方法

在爆破区域设置了10个测试点，对应的编号分别为1-1～1-10，在此基础上，对X、Y、Z向振动速度进行矢量合成，确定爆破振动矢量合速度，以此分析该项技术的控制效果。

3.2.2 测试结果

按照上述测试方法对爆破区域的10个测试点进行了测试并进行了记录，得出的测试结果如表2所示。

3.2.3 分析测试结果

根据表2所示的测试结果，对边坡控制性爆破施工技术的实际应用效果进行分析。从表2可知，X方向的振动速度基本稳定在0.45～0.75m/s区间范围内。最大值位于1-8测试点，其与最小值1-9测试点的差值为0.315m/s；Y方向的振动速度基本稳定在0.48～0.77m/s

区间范围内，最大值1-5测试点与最小值1-2测试点的差值为0.292m/s；Z方向的振动速度基本稳定在0.44～0.70m/s区间范围内，最大值1-6测试点与最小值1-5测试点的差值为0.266m/s。从上述分析可知，施行边坡控制性爆破施工技术，在X、Y、Z三个方向的振动速度之差稳定在0.30 m/s的范围以内，符合设计方案的预期。

在分析X、Y、Z三个方向振动速度的基础上，对其矢量合速度进行分析。从表2可知，X、Y、Z三个方向的矢量合速度始终稳定在0.60～0.74m/s区间范围内，最大值1-8测试点与最小值1-2测试点的差值为0.136m/s，该差值小于设计方案0.15m/s的预期。

由此可以得出結论：采用边坡控制性爆破施工技术进行露天矿山工程边坡爆破施工，可以实现边坡不同位置的同步、同规模爆破，可以确保施工质量。

4 结束语

在矿山开采过程中，爆破是必不可少的施工内容之一。如何保障爆破的精准性，成为备受关注的施工技术。

本文提出的露天矿山工程边坡控制性爆破施工技术，充分考虑了炸药量及其作用范围，以及矿山地质构成属性特征等因素，对边坡不同位置实现同步、同规模爆破，保障了爆破振动传播的基本一致。

通过对露天矿山工程边坡控制性爆破施工技术的设计与研究，希望能够为矿山爆破施工提供有价值的参考。

参考文献

[1] 唐小再，刘桐，何涛，等.基于数值模拟的浆砌块石大桥爆

破拆除优化研究[J].煤矿爆破，2023，41（2）：20-27.

[2] 张伍，张忠杰，肖传玉，等.横通道爆破施工条件下水平耦

联隧道动力响应研究[J/OL].人民长江，2023，06（12）： 1-10.

[3] 王超.毫秒延期爆破技术在喀斯特岩溶地区特大高边坡施