露天矿山无导爆索光面爆破技术浅析

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摘要:针对受钻孔设备、爆破器材等因素限制的露天矿山，采用大孔径无导爆索光面爆破技术可保障矿山最终边坡稳定性。使用定制吊袋间隔装药，控制不耦合系数，设计合理的孔间距、光爆层厚度、线装药密度和延期时间，使光面孔受主爆孔爆破影响减少，保证相邻光面孔之间能充分贯通，提高半孔率及爆后岩壁平整度；选取合理的光面孔填塞长度，以减小填塞段孔壁超欠挖程度，保证爆后眉线的整齐度。试验取得了良好的爆破效果，为类似露天矿山最终边坡光面爆破提供了借鉴。

关键词:最终边坡;大孔径炮孔;不耦合系数;光爆层厚度

0引言

边坡稳定是露天矿山开采面临的重要问题，决定着矿山生产安全。随着表层矿产资源的日益枯竭，开采深度不断增大，边坡稳定性问题日益突出[1−2]。边坡稳定取决于其围岩的稳定性，保证其围岩受爆破作业扰动小，边坡稳定性就能得到保障。当前降低围岩受扰动的主要方法有光面爆破和预裂爆破控制法两种[3−6]，且光面爆破理论及实践已经很成熟，主要应用于隧道、路堑、矿山等，并取得了较好的效果，但针对大孔径光面爆破的研究比较少见。线装药密度、炮孔密集系数、装药结构、不耦合系数、网路延时是光面爆破效果的主要影响因素。目前，国内已有大孔径光面爆破的相关试验研究，如唐喜明[7]对广东某矿山采用无导爆索光面爆破技术，使边坡达到了稳定及平整；张五兴[8]通过对光面爆破参数优化和过程严格控制，使光面爆破半孔率达到90%以上，且岩面规整；刘成敏等[9]通过试验优化调整孔网参数、装药方式、装药量、起爆顺序，达到了预期爆破效果。本文探讨的大孔径光面爆破，利用定制吊袋代替传统的竹片，且孔内装大直径乳化药卷，采用无导爆索不耦合间隔装药方式进行爆破，并取得了较好的爆破效果。

1工程概况

赣州某石灰岩矿采用凹陷露天台阶式开采，前期开采沿矿体走向由西南向东北推进。凹陷式开采地面起始标高为+163m至+167m，设计采矿最低标高为+60m，最终边坡垂直高度约100m。边坡松散堆积层厚度为5～10m，基岩为红色碎屑岩和水泥灰岩。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。在采场的边界采用光面爆破法施工，矿山采场已有7个作业台阶，采场台阶高度为12～15m，平台宽度在40m以上。

2施工工艺

由于该矿山工作面较少，生产紧张，采用竹片及导爆索进行施工的方式存在爆前准备工作量大、施工耗时长、不便操作等问题。为便于光面爆破施工，矿山专门定制了吊袋，吊袋直径比药卷直径大2～3mm，采用乳化炸药间隔装药。施工时采用定制吊袋间隔装药，首先利用扎带把吊袋按设计长度分成若干段，如图1(a)所示；然后再按设计把药卷装入吊袋中，每段安插一发雷管，并进行固定，如图1(b)所示；最后缓慢放入炮孔内，完成后靠自由面反方向孔壁放置，如图1(c)所示。该施工过程熟练后，两个人就可以单独操作，且施工过程简单，可大大缩短光面爆破施工时间。

3影响因素分析

采用定制吊袋装药工艺进行光面爆破时，影响爆后效果的因素主要有不耦合系数、吊袋直径、药卷直径、装药结构、线装药密度、炮孔密集系数、填塞长度、网路延时等，其中不耦合系数大小取决于药卷直径，而吊袋直径一般比药卷直径大2～3mm，以保证药卷能顺利装入吊袋内并在孔内处于垂直状态。综合理论和以往经验，光面爆破不耦合系数宜控制在2～5之间，但由于爆破器材的限制，如采用直径为Φ32mm的乳化炸药连续装药，在无导爆索的情况下，装药过程中相邻药卷之间缝隙距离不易控制，易产生拒爆药卷、光面效果差等现象。受限于矿山设备及爆破器材，本矿边坡光面爆破只能采用直径为Φ70mm的乳化药卷间隔装药工艺。查阅相关资料可知，石灰岩光面爆破的炸药单耗取值范围在0.16～0.38kg/m3，密集系数控制在0.6～0.8，光面爆破孔延后于主爆孔150～200ms起爆，填塞长度需根据不同岩石的结构进行选取，一般情况下大于光面孔间距。炮孔孔口位置岩石较破碎，且周边环境较好的情况下，可取适当减少填塞长度。综合以上分析，该矿光面爆破不耦合系数基本不变，光面孔起爆延时时间变化较小，对光面效果影响甚微，因此影响该矿光面爆破的因素主要有光面孔线装药密度、光面孔密集系数、填塞长度3个因素。本矿针对这3个因素展开现场试验，对比爆后效果，选出适合该矿的最佳光面孔参数。

4爆破方案设计

4.1爆破参数设计

（1）钻孔直径：根据矿山现有两种型号的钻孔设备，其钻孔直径分别为140mm和170mm，光面爆破选取140mm孔径设备更有利于边坡稳定。钻孔施工中钻孔倾斜度应严格按设计的边坡坡度来确定。（2）台阶高度H：台阶高度为12～15m，孔深按照现场地形坡度变化来确定。本设计采取一次到底的方法进行爆破，孔深应比设计底板高程超深0.5～1.5m，以确保爆后底板的平整性。（3）炮孔长度L可按以下公式计算：L=(H+h)/sinα（1）式中，L为炮孔长度，m；α为边坡钻孔角度。（4）光爆层厚度：W=KD光（2）式中，K为计算系数，一般取K=15～25；D为钻孔直径，光面爆破选取140mm孔径设备更有利于边坡稳定，故本设计D=0.14m。W光=2.1～3.5m，软岩取大值，硬岩取小值。（5）爆孔间距是光面爆破中的重要参数，其经验公式为：a=mW光光（3）式中，m为比例系数，取m=0.6～0.8。故a光=1.26～2.8m。（6）光面爆破装药量：Q=qL光光（4）式中，Q光为光面爆破单孔装药量，g；q光为光面爆破的线装药密度，g/m。

4.2现场试验参数选取

根据上文对该矿光面爆破效果影响的因素分析，采用控制单一变量的方法，选取了4组不同的光面孔参数进行现场试验，对比其爆后效果，具体数据见表1。

4.3装药结构

主爆孔采用连续装药结构，每孔安插两发雷管；光面孔采用不耦合间隔装药结构，利用吊袋使药卷均匀分布于炮孔内。第1、第2组试验孔底加强段3节Φ70mm的乳化药卷，每节药卷重2kg，孔口减弱段一节药卷，中间两段各两节药卷，药卷长度40cm，共分为4段，每段药内安插一发起爆雷管；第3、第4组试验改变每条药卷重量，重量减少为1.6kg，装药结构与1、2组相同，装药结构如图2所示。4.4爆破网络设计该矿采用数码电子雷管起爆网路，主爆孔设计为逐孔起爆，孔间间隔时间取25ms，根据实际情况进行调整，一般孔排距越大，间隔时间越长，主爆孔与光面孔之间延时160ms。起爆顺序如图3所示。

5爆破效果

本次爆破作业严格按设计进行，精细施工，爆后效果如图4所示。第1组试验爆破效果显示，基本无半孔痕迹，孔口拉裂严重，眉线不齐，爆后岩壁平整度差；第2组试验半孔痕迹明显，孔口拉裂严重，爆后岩壁平整度一般，眉线整齐度一般；第3组试验半孔率达90%以上，孔口依然存在拉裂现象，爆后岩壁平整度好，眉线整齐度一般；第4组试验半孔率达95%以上，炮孔填塞段基本无超欠挖情况出现，爆后眉线整齐。

6结语

（1）使用定制吊袋进行光面爆破不耦合装药，选择合理的孔间距、光爆层厚度、线装药密度，可以在一定程度上保证光面孔爆后平整度及半孔率。（2）选择合理的光面孔填塞长度能有效降低填塞段孔壁超欠挖程度，并能保证爆后眉线的整齐度。（3）选取吊袋进行光面爆破施工，操作简便，省时高效，在保证爆后效果的同时，能节约大量施工时间，为类似矿山施工提供借鉴。

作者:陶明 罗福友 王云茂 郑初东 单位:江西国泰五洲爆破工程有限公司 江西国泰集团股份有限公司 江西省爆破工程技术研究中心