预裂爆破在北蕉石灰石矿的应用

王维良 赵斌斌 周咸领 许 贝

（浙江恒荣建设工程有限公司）

北蕉石灰石矿经过前期的开采，矿区已经形成+375、+390、+405、+440 m 4个台阶，坡面存在坡面较多不稳定岩石，易发生落石、坍塌等安全隐患，爆破对边坡的安全稳定问题日益凸显。

临近边坡采用直径40 mm的炮孔进行弱松动控制爆破，高陡边坡能达到施工效果［1］，但不能满足矿山基建期进度要求。采取预裂爆破或光面爆破进行施工，在边坡段施工中取得较好的效果［2-5］。露天矿临近高边坡控制爆破技术选择高精度澳瑞凯雷管可减少爆破对高边坡的破坏［6］。多数高陡边坡采取自上而下深孔爆破爆破方式开采，临近边坡段采取控制爆破方式是可行的。

1 工程概况

北蕉石灰石矿为江山南方水泥有限公司石灰质原料的自备矿山，生产规模为240万t/a。采场边坡参数：终了台阶高度为15 m，终了台阶坡面角为60°，终了台阶平台宽度：+375、+360、+345 m均为5 m，其余根据矿体的赋存状态而定（5～220 m不等）。

周边环境矿区周边环境较好，矿山南侧500 m以外为大陈乡红星村，矿山西北侧500 m以外为大陈乡早田坂村，距爆区西侧约168 m有一矿山临时管理用房，南西侧有一条采矿场至46省道1.5 km运矿道路。在爆破危险区内无公共设施需进行特殊保护，但是，矿山爆破如果一次爆破量过大或一段起爆药量过大时，所产生的爆破震动会对村庄民房产生一定影响，出现过村民阻工情况。为了最大限度的确保周边村民民房的安全，设计和评估单次爆破最大药量小于3 000 kg，最大单响药量为85 kg。

2 爆破方案比选

（1）方案1。采取深孔爆破技术在临近变坡段进行分层爆破。优点：可以减少爆破对边坡的破坏和控制有害效应；缺点：施工麻烦，经过前期实践表明边坡段达不到预期效果（如图1）。

（2）方案2。采用导爆索进行预裂爆破进行施工。优点：台阶平整度较好；缺点：控制其产生的噪声较难，施工工序麻烦。

（3）方案3。用PVC管进行预裂爆破进行施工。优点：施工进度较快，爆破产生的噪音较小，台阶平整度能有效控制；缺点：线装药密度难以控制。

为了避免因噪音和振动再次导致附近村民阻工并综合以上方案，决定采取方案3进行试爆，其台阶平整度能有效控制，施工进度较快，扰民最小。

所以爆破作业尽量控制最高一段药量，每次爆破量不超过3 t，同时采用预裂爆破技术施工，以40 m为一段分段施工以降低爆破震动速度和噪声传播。

3 爆破参数设计

在给定孔径的情况下最小抵抗线W可根据以下公式计算［7］：

式中，K为系数，K=30～40；φ为炮孔直径，mm。

本工程W取3.5 m。

3.1 主爆孔爆破参数

布孔方式为梅花形（如图2）；台阶高度H=15 m；钻孔直径D=90 mm；钻孔倾角为80°（如图3）；最小抵抗线W=3.5 m；孔间距a=4 m；排距b=3.5 m；钻孔超深1.5 m；孔深L=17 m（计算值16.75 m）；采用2号岩石乳化炸药（2 000 g）；装药结构（如图4）为连续装药（装药高度为11.7 m）；堵孔l=4 m（4 m位置塞蛇皮袋后进行堵孔）；炸药单耗q=0.33 kg/m3；单孔药量Q=70 kg。

3.2 缓冲孔爆破参数

台阶高度H=15 m；钻孔直径D=90 mm；钻孔倾角为60°；孔间距a=2.5 m；排距b=2.8 m；钻孔超深1.5 m；孔深L=19 m（计算值19.05 m）；采用2号岩石乳化炸药（2 000 g）；装药结构为间隔装药；堵孔长度l=3.5 m；炸药单耗q=0.33 kg/m3；单孔药量Q=35 kg。

缓冲孔底部吊装5 m乳化炸药，中间用PVC管间隔4 m，在吊装2 m乳化炸药，在3.5 m位置塞蛇皮袋1个，堵孔3.5 m。

3.3 辅助孔爆破参数

第一排辅助孔钻孔直径D=90 mm；钻孔倾角为75°；孔间距a=3 m；排距b=3.5 m；孔深L=10 m；采用2号岩石乳化炸药；装药结构为连续装药（装药高度5 m）；堵孔l=4 m（4 m位置塞蛇皮袋后进行堵孔）；炸药单耗q=0.32 kg/m3；单孔药量Q=30 kg。

第二排辅助孔钻孔直径D=90 mm；钻孔倾角为70°；孔间距a=2 m；排距b=3.5 m；孔深L=5 m；采用2号岩石乳化炸药；装药结构为连续装药；堵孔为l=3.5 m；炸药单耗q=0.32 kg/m3；单孔药量Q=9 kg。

3.4 预裂孔爆破参数

台阶高度H=15 m；钻孔直径D=90 mm；钻孔倾角为60°；孔间距a=1.3 m；距离缓冲孔2.0 m；钻孔超深h=1.5 m；孔深L=19 m（计算值19.05 m）；采用2号岩石乳化炸药（200 g）；不耦合系数2.81，装药结构为连续装药。孔底吊装2支φ70 mm（2 000 g）乳化炸药，中部13.5 m在外径φ50 mm PVC管内连续装φ32 mm乳化炸药，填塞2 m，单孔药量Q=18.8 kg。

预裂爆破注意事项：

（1）钻孔。钻孔角度应严格按照进行，钻孔质量直接影响到最终的准预裂效果，要严格控制布孔、穿孔质量。

（2）装药。因为未使用导爆索，在PVC管内装药一定要保证装药质量，以免引起盲炮。

（3）填塞。预裂孔内PVC管装药到位后，用蛇皮袋堵在设计位置然后进行填塞。炮孔布置见图2。

3.5 炮孔布置及爆破网路

一般预裂爆破宜采用炸药卷和导爆索制成药串进行间隔装药，也可用预裂爆破专用炸药卷进行连续装药。考虑到导爆索的爆破噪声较大，在本工程中不采用导爆索，本工程采用在预裂孔底部装入4 kg70乳化炸药后再在孔内插入外径为50 mm的PVC管，在PVC管内连续装药，内置2发高精度非电雷管。

为减少震动，预裂孔分3孔一响，采用25 ms高精度非电雷管间隔，先于第一排主爆孔90 ms起爆，主爆孔间用25 ms非电雷管连接，排间采取65 ms非电雷管连接，辅助孔缓冲孔采取1孔或2孔一响网络连接。孔内雷管均使用延时600 ms澳瑞凯高精度非电雷管。网路连接较为复杂，网路连接好后进行检查，同时孔外延时雷管用石粉压住后用蛇皮袋在盖控好，防止起爆过程中破坏起爆网路。炮孔剖面和装药结构分别见图3、图4。

3.6 安全验算

（1）爆破飞石距离估算。露天深孔爆破时可能产生的最远飞石距离由瑞典德汤尼克公式求之：

式中，RF为爆破时可能产生的最远飞石距离，m；d为孔深直径，cm。

计算得RF≤141 m，该距离小于本爆区距离周边建（构）筑物的最短距离（168 m），本工程实际安全警戒范围为200 m，因此爆破产生的飞石不会对爆区周围的人员和建（构）筑物产生危害。

（2）爆破振速的校核。爆破振动引起周围某测点的振速v一般使用萨氏公式计算：

式中，K为爆破条件场地系数，本工程K取200；α为爆破振动波传递衰减指数，本工程α取1.7；Q为爆破最大段药量，kg，本次爆破为70 kg；R为爆破中心至保护对象某测点的距离，m，本次爆破为168 m。

经计算v=0.37 cm/s远小于保护物最大允许振动速度设计值1.5 cm/s，可确保安全。

4 爆破效果

临近边坡段控制爆破施工中所有预裂爆破部位沿炮孔连线方向切开，坚硬的孔口无破坏，无溶洞位置半孔率达到70%以上，坡面应平整且稳定无隐患，无溶洞岩石边不平整处最间隙未超过15 cm，确保高边坡安全。

5 结论

（1）本工程预裂孔孔内插入φ50 mm的PVC管，在PVC管内连续装药，内置2发高精度非电雷管，可方便施工和减少爆破过程中产生的噪音。

（2）采取高精度非电延时雷管组成起爆网路是合理的。

（3）预裂孔线密度取1.0 kg/m，基本达到预期目的，从孔本身破坏的程度来看，药量明显偏大，但达到边坡稳定目的。

（4）本项目是主要是从方便施工角度去探讨和实践。采取PVC管连续装药代替导爆索进行控制爆破，对在人口密集位置或者公路边坡快速抢险工程具有参考价值。