预裂爆破技术在露天矿山治理工程中的应用_张迎春.pdf

预裂爆破技术在露天矿山治理工程中的应用张迎春,赵良玉,张遵辉,刘丰博,周晓光(湖南铁军工程建设有限公司,湖南 长沙 4 1 0 1 1 6)摘 要:结合自然资源部发布的 非金属矿行业绿色矿山建设规范 等行业标准,以及业主单位对矿山提出的施工质量要求,就某露天石灰石矿山存在的边坡不规整、台阶超高、岩体整体稳定性差等问题,根据矿山现状,制定合理的爆破设计。采用预裂爆破技术实施爆破后,达到了矿山台阶降低、坡面规整、台阶平整、半孔率高、震动小等效果,有效提高了永久边坡的稳定性。该技术手段对类似治理工程具有一定的借鉴意义。关键词:预裂爆破;边坡、台阶治理;坡面规整;半孔率;安全0 引言国发2 0 1 82 2号文件对推进露天矿山综合整治作了明确的部署安排,主要有4个方面工作:全面摸底排查露天矿山情况;依法开展露天矿山综合整治;加强露天矿山生态修复;严格控制新建露天矿山建设项目。按照“谁开采、谁治理,边开采、边治理”原则,结合当地工作实际,建立露天矿山综合整治长效机制,突出重点区域、重点矿种,围绕开采准入标准、矿山升级改造、生态环境治理和提高资源保障能力等内容,制定出符合实际、切实可行的政策措施,推动露天矿山综合整治取得实效。如何响应政策及满足业主新的需求,如何解决某露天石灰石矿山存在的边坡、台阶等问题以实现矿山和谐发展,引人深思。1 工程概况1.1 工程现状该矿山是一座年开采量为9 0万t的露天石灰石矿山,矿区主要为山区斜坡地形,多为岩溶低山地貌,地形起伏较大,为坚硬岩石,地表岩溶较发育,常见有溶沟、石芽、溶槽、岩溶漏斗、岩溶洼地、溶洞等。因本场地主要施工区域高于当地最低侵蚀基准面,溶洞一般表现为干洞。矿区分东西2个采区,东采区(见图1)总体高度约8 0m,共有3个边坡,坡面上存在悬石、浮石,边坡角度为9 0,台阶宽度3 5m不等。图1 东采区现状1.2 工程治理需达到的目标(1)台阶:宽度4 8m;高度1 2 1 5m。(2)坡面角:不应大于7 0,允许偏差 2。(3)安全性:震动方面不超过标准,不引起地方纠纷;爆破飞石不超过1 0 0m。(4)平整度:台阶平整要求 3 0c m以内。(5)半孔率:6 0%以上。2 矿山爆破现状及存在的问题2.1 矿山爆破现状该矿山一直采用普通深孔爆破技术指导施工,临近矿界预留边坡处,采用挖掘的方式,爆破参数未做调整。自上而下,分层开采,采用矩形布孔方式,I S S N1 6 7 1 2 9 0 0C N4 3 1 3 4 7/T D采矿技术 第2 3卷 第2期M i n i n gT e c h n o l o g y,V o l.2 3,N o.22 0 2 3年3月M a r.2 0 2 3DOI:10.13828/ki.ckjs.2023.02.023孔距4.5m,排距4m,两排孔,孔深1 6 3 0m,炮孔直径9 0 1 1 5mm,采用 7 09 0mm的2号岩石乳化炸药,连续装药,炸药单耗0.3 6k g/m3。2.2 存在的问题粗放施工,台阶严重超高,最高约3 0m,未按规范设置安全平台、清扫平台,边坡坡面多凸起凹下,成伞状且危石多,台阶底面极不平整,机械设备行走困难,存在较多安全隐患。炸药单耗较大、成本高,且爆破产生的震动多次受到当地居民投诉。矿山现状与 非金属矿行业绿色矿山建设规范 等要求严重冲突,亟需综合整治。3 预裂爆破技术通过实地测量,梳理思路,与业主单位详细沟通,调整观念,针对该矿山存在的问题,制定预裂爆破技术等相关综合方案。先沿开挖边界布置密集预裂炮孔1,与紧挨需处理台阶宽度、高度的区域设置缓冲孔、主爆孔,各孔内采取不同结构的装药方式,主要涉及合理控制预裂孔、缓冲孔,主爆孔的孔网参数和相应的装药结构参数以及合理的延期时间。3.1 预裂孔相关参数的确定(1)预裂孔孔距a裂,按公式(1)计算:a裂=ED(1)式中,E为孔距计算系数,与岩性及孔径有关,孔径小、岩石坚硬完整取大值,反之取小值,通常E=8 1 2;D为炮孔直径,取1 1 5mm。(2)预裂孔、缓冲孔、主炮孔之间的关系:一般情况下,缓冲孔孔间距取正常主炮孔间距的1/22/3,缓冲孔与预裂孔排间距取1.5 2.5m,所取最佳值与主炮孔的孔径、排距、装药量、岩石强度等有关,若主炮孔药包直径及药量都比较大时,取值也可调整放大;缓冲孔、主炮孔之间的距离一般也取正常主炮孔的1/2 2/3。(3)预裂孔定位。预裂孔口应布置在台阶坡顶面边界线上,炮孔须稍向轮廓线外偏斜,炮孔倾角与设计坡面角一致,炮孔深度应控制其眼底在同一平面上,不小于主炮孔孔深。预裂孔向两端的延伸应超出主炮孔爆破时地表的破坏范围,一般为51 0m。预裂孔和主炮孔在同一网路中起爆时,预裂孔超前主炮孔起爆的时间应遵循一定的标准。3.2 预裂孔装药结构3.2.1 装药系数的选择一般深孔爆破采用耦合装药,预裂爆破采用不耦合装药。在允许的装药量情况下,不耦合系数可随孔距的减小而适当增大,岩石抗压强度大时,应取较小的不耦合系数2,该矿山采用的2号岩石乳化炸药,确定预裂孔采用的不耦合装药系数为1.8 53.6。3.2.2 装药结构3预裂孔采用细药卷间隔装药,并用导爆索串联起爆。3.2.3 装药量的选择及堵塞预裂炮孔的装药量主要与岩石性质、抗压强度、炮孔直径、炮孔间距以及线装药密度有关,线装药密度经验值一般取1 5 02 0 0 0g/m,当岩石完整时取大值,裂隙发育、破碎时取小值;岩石坚固时取大值,反之取小值。预裂炮孔的装药一般采取分段装药,为防止出现根底,底部适当加强装药,加强装药段长度约为0.2倍炮孔长度,装药量一般取线装药量的2 5倍4,中部正常装药,装药长度约为0.5倍炮孔长度,顶部减弱装药和填塞段长度约为0.3倍炮孔长度。一般情况下,孔口填塞长度小于缓冲孔、主爆孔填塞长度,一般取炮孔直径的1 2 2 0倍。通常试爆后,结合实际做出调整。3.3 台阶基本参数该矿山的综合治理,原则上一步到位,从采矿权边界线开始,按从上至下的顺序将东部采区现有的3个超高台阶调整成6个,最终形成+3 5 5m以上整体削顶、拓宽,成为第一个台阶,设安全平台,宽度4m;+3 5 5m+3 4 0m为第二个台阶,设安全平台,宽度4m;+3 4 0m+3 2 5m为第三个台阶,设清扫平台,宽度8m;+3 1 0m为第四个台阶,设安全平台,宽度4m;+2 9 5m为第五个台阶,设安全平台,宽度4m;+2 8 0m为第六个台阶,设清扫平台,宽度8m。3.4 综合应用根据优化的参数,准确测量、布设炮孔;利用矿山现有设备S WD F 1 3 8钻机,实施钻孔;通过试爆调整炸药单耗,优化装药方式和装药量。预裂孔、缓冲孔、主爆孔的孔径均为1 1 5mm,其中:预裂孔间距为1.5m,1 5m的台阶高度和7 0 的台阶坡面角,孔深确定为1 6.5m,抵抗线为1.5m,采用不耦合装药,填塞长度不小于1.5m;主炮孔垂直钻孔,孔深1 5.5m(超深0.5m),主炮孔排距为631采矿技术2 0 2 3,2 3(2)5m4m,抵抗线为4m,缓冲孔垂直钻孔,孔深5m,缓冲孔到预裂孔距离为2.5m,缓冲孔到主炮孔距离为3.5m,主炮孔填塞长度不小于3.5m,缓冲孔填塞长度不小于2.5m,均采用耦合装药。炮孔布设如图2所示。图2 炮孔布设(单位:m)3.4.1 预裂孔装药设计预裂孔采用不耦合装药,分3段装药,具体为:底部3m加强装药段,每0.9k g为一个药包,药包按3 0c m距离间隔装药,共装药4.5k g;3m向上至1 1m位置正常装药段,每0.6k g为一个药包,药包按3 0c m距离间隔装药,共装药7.2k g;1 1.3m至1 5m位置减弱装药段,每0.3k g为一个药包,药包按3 0c m距离间隔装药,共装药1.8k g;用防水胶布将导爆索与每段药卷联接捆绑固定在长竹片上,每个预裂孔累计装 3 2mm的2号岩石乳化炸药4 5卷,总计1 3.5k g。填塞时,先用编织袋把装药段与填塞段分隔,然后,采用岩粉将炮孔填塞,填塞长度1.5m,逐孔用1发数码电子雷管将导爆索联接做为起爆 药 具,设 置 延 时 均 为0 m s,超 前 主 炮 孔1 0 0m s5起爆。预裂孔装药结构如图3所示。3.4.2 主炮孔、缓冲孔装药设计用粉状铵油炸药对主炮孔连续装药,缓冲孔间隔装药,其中,主炮孔装药高度不大于1 1.5m,缓冲孔装药高度不大于2.5m,用 3 2mm的2号岩石乳化炸药加工成起爆药具,均放置于装药高度中心偏下,每个起爆药具又装1发数码电子雷管联接,炮孔装药完毕后,采用岩粉填塞炮孔,主炮孔的填塞长度不小于4m,缓冲孔的填塞长度不小于5m,孔间延时2 5m s,逐孔起爆,主炮孔和缓冲孔的排间延时为6 5m s。图3 预裂孔装药结构4 工程实践效果分析按照调整后的预裂、深孔爆破工艺进行爆破,爆破效果如下所述。(1)平台由3个调整为6个,每个台阶高度均未超过1 5m,形成4个安全平台,2个清扫平台,如图4所示。图4 整改后台阶现状(2)爆破后预裂孔的半孔痕较明显,半孔率指标要 求 在 硬 岩 中 不 少 于8 0%,软 岩 中 不 少 于5 0%8,该矿山虽为硬岩,但岩溶较发育,局部整体性较差,采取该综合治理工艺后,整体实现半孔率达6 0%以上,如图5所示。(3)靠帮边坡角整体控制在7 0 以内,未超出允731张迎春,等:预裂爆破技术在露天矿山治理工程中的应用许的偏差范围。(4)爆破后形成完整性较好的的边坡面和平台面,平整度符合要求,偏差控制在3 0c m以内。(5)通过业主单位及当地居民反馈,爆破时震动小,距爆破位置1 0 0m布设的2个测震点,震动测量数值为0.4 5 0.7c m/s,如图6所示。该数值远低于规范允许的标准,爆破飞石不超过5 0m,未产生矿区与地方居民的爆破施工纠纷。图5 整改后边坡现状(a)1号点峰值振动速度为0.7c m/s(b)2号点峰值振动速度为0.4 5c m/s图6 爆破振动速度实测数据 (6)爆破炸药综合单耗约为0.3k g/m3,比之前的0.3 6k g/m3下降1 6.7%。(7)总体上契合国家的政策、行业规范,围绕开采新标准,体现出矿山生态与周边百姓和谐共存,实现矿山可持续发展。5 结论随着国家绿色矿山标准化进程的不断深入,如节能减排绿色矿山、智能化矿山的建设需求越来越迫切。矿山企业既要与时俱进,转变理念,又要在实践中推陈出新,该矿山采用预裂爆破与深孔爆破相结的综合应用技术后,矿山现状发生巨大改变,受到主管机关的认可,给矿山的持续发展创造出新生,之后又在公司的多个矿山推行,使这种综合技术的应用越来越成熟。参考文献:1 汪旭光.爆破设计与施工M.北京:冶金工业出版社,2 0 1 1.2 翁春林,叶加冕.工程爆破M.北京:冶金工业出版社,2 0 1 6.3 公安部治安管理局.爆破作业技能与安全M.北京:冶金工业出版社,2 0 1 4.4 张梅.爆破工程M.北京:冶金工业出版社,1 9 9 3.5 齐宝军,璩世杰,王爱民,等.水厂铁矿邻近边坡控制爆破技术研究与应用J.爆破,2 0 0 9,2 6(3):3 8-3 9+6 8.6 李宝祥.金属矿床露天开采M.北京:冶金工业出版社,1 9 9 2.(收稿日期:2 0 2 2-0 7-1 9)作者简介:张迎春(1 9 8 2),男,河南邓州人,工程师,从事爆破工程及矿山施工管理工作,E-m a i l:2 2 8 3 3 2 8 4 q q.c o m。831采矿技术2 0 2 3,2 3(2)