露天矿边坡减振降速爆破网路优化设计

马修胜 李永刚 马修利

(新疆祥瑞安全生产技术服务中心(有限公司),新疆 乌鲁木齐830002)

新疆北山露天煤矿为深凹露天矿,位于奇台县境,昼夜温差大,风化剥蚀严重,岩体结构面复杂,节理裂隙发育,影响到地表以下20-30m的浅部基岩层。该矿岩层倾斜方向由北向南,岩层倾角16-190,采用由北向南沿煤层倾斜方向台阶推进的开采方式实现分区纵采,首采区在南部工作帮在降深推进过程中上部台阶逐个到界形成固定帮,通过对南帮+680、+670上部剥离台阶揭露的岩体结构和岩性变化勘验分析认为,裂隙分布零乱,没有规律性,岩体的连续性和完整性遭到破坏,表现为不定向发育的非构造裂隙岩体,形成非均质岩体结构边坡。

1 非均质岩体构造与爆破作用

1.1 在深孔爆破瞬发起爆作用下,爆破振动是影响边坡稳定的主要因素。对于节理、裂隙发育的到界台阶,炸药爆炸给岩体的潜在破坏面以附加的动力,使非构造裂隙进一步扩展并产生次生爆破裂隙,岩体结构面增加,岩体结构受到破坏。

1.2 非均质岩体由于赋存有大量节理和裂隙,炸药爆炸时压缩应力波峰值随装药表面到炮孔壁的距离增大而急剧下降使爆破作用减小,选用低爆力工业炸药不耦合分段装药可减轻爆破作用对边坡安全稳定的影响。

1.3 实现在节理、裂隙发育的非均质岩体中的预裂爆破,很大程度上取决于预裂孔爆破参数的选择和主爆孔、缓冲孔爆破网路的优化设计与毫秒微差时间间隔的选取。若毫秒微差间隔时间过短,爆破微差减振作用不明显,无法使前、后起爆的深孔产生的地震波相互干扰,从而加重爆破振动危害。

1.4 非均质岩体爆破,会使爆轰波一部分能量沿侧向自由面方向用于破碎岩石而减弱或从侧向自由面释放溢出,降低正常破碎的有效压力和压力作用时间,造成岩石最容易沿原生裂隙错动或张开,使沿裂隙面的抗剪强度和垂直于裂隙方向的抗拉强度减少到最小,爆破后易产生岩石大块。

2 爆破设计方案

2.1 爆破参数

采用预裂控制爆破,设计确定台阶坡面角70°,沿台阶坡面选用90mm的潜孔钻机打倾斜预裂孔,线装药密度1.1 kg/m,药包装药密度960kg/m3,药包长度0.3 m,药包重量1.2 kg,不耦合系数1.25。主爆孔和缓冲孔选用150mm的潜孔钻机打垂直深孔,炸药单耗0.36 kg/m3,爆破参数可见表1。

表1 爆破参数

2.2 爆破技术要求

2.2.1 设计确定炮区长度40-50m,沿采装作业的台阶坡面由外向内分别平行布设主爆、缓冲和预裂三排孔,起爆顺序为预裂孔-主爆孔-缓冲孔。

2.2.2 以预裂孔瞬发起爆的药量为主爆孔和缓冲孔分段单位起爆药量,并依此计算确定分段间隔起爆孔数和实际起爆药量。

2.2.3 由于节理、裂隙的作用,岩体首先从强度最低的弱面裂开,导爆管雷管由于爆后应力的持续及雷管延时间隔参差不齐,在爆破网路设计中,导爆管雷管每段间隔时间都确定为25ms。

2.3 爆破网路设计

设计采用非电导爆管+导爆索的混爆毫秒微差爆破网路。其中,预裂孔采用导爆索并联起爆网路,沿台阶坡顶线布设预裂孔,以不大于258kg瞬发起爆药量为单位起爆药量,不耦合分段装药,实现孔内药包多点瞬发直接起爆。主爆孔和缓冲孔采用耦合连续集中装药,非电导爆管+“四通”爆破网路连接,非电导爆管雷管+乳化炸药起爆药+铵油炸药的分段单位药量毫秒微差间隔起爆。爆破设计网路可见图1、2所示,毫秒间隔时间可见表2。

图1 +680水平爆破网路

表2 毫秒微差间隔时间

2.3.1 9个主爆孔选3段的导爆管雷管进行分段,以3个孔的药量为单位起爆药量,间隔50ms分三次微差起爆；

2.3.2 10个缓冲孔每5个孔药量为单位起爆药量,间隔50ms分二次微差起爆,排间选用4段的导爆管雷管间隔75ms微差起爆。

图2 +670水平爆破网路

3 爆破关键技术及效果分析

3.1 预裂孔爆破关键技术及效果分析

3.1.1 选用较小的预裂孔距,使沿炮孔联线方向有应力叠加,爆破后岩体中的非构造裂隙沿炮孔联线发展而形成贯穿预裂缝,预裂缝带能反射或吸收随后起爆的主爆孔和缓冲孔的应力波,控制所产生的爆破振动,最大限度地减少对岩壁的破坏和边坡的清帮工作量。

3.1.2 采用不耦合分段装药结构,使炮孔沿药卷周边留环状间隙,降低炮孔壁上冲击波所带来的尖峰压力,采用分段装药,沿炮孔轴向留有装药间隔,使炮孔在长度方向上的药量分布更加均匀,减低爆破振动强度对台阶坡面的破坏,爆破质量可见表3。

表3 预裂孔、主爆孔台阶坡面爆破质量对比

3.2 主爆孔和缓冲孔爆破关键技术及效果分析

3.2.1 分段单位起爆药量小于或等于预裂孔瞬发起爆的药量,在不加大爆破振动强度的同时保证爆破规模,并使炸药在爆轰中释放出来的部分能量转换成的弹性波所引起的地表浅层振动,由于起爆药量的减少而相对减弱。

3.2.2 采用相同段位连接的炮孔作为起爆单元,使爆轰沿正向自由面和侧向自由面分散作用在炮区四周,振波被岩体结构面吸收,起到对预裂孔的台阶坡面爆破作用减弱和缓冲的目的,缓冲孔侧向自由面可见表4。

表4 缓冲孔侧向自由面

4 结论

4.1 露天矿近距离爆破振动,持续时间较短,通常在0.1 ～1.5 s范围内,振动频率高,衰减很快,可看成是脉动或瞬时振动,根据现场爆破实验,爆破振动对边坡的影响,与一次起爆孔数和装药量有直接关系。

4.2 通过预裂孔导爆索爆破网路设计,采用不耦合分段装药,孔内药包多点瞬发起爆形成的爆破破裂面,可减弱主爆孔和缓冲孔爆破作用对台阶坡面的影响。

4.3 通过主爆孔和缓冲孔非电导爆管爆破网路设计,分段单位药量毫秒微差间隔起爆,控制相同段数导爆管一次单位起爆药量和起爆孔数,可分散爆破能量,减小爆破振动对边坡影响。