复合型准预裂爆破在露天终了边坡中的应用研究*

陈岳会，杨郜辉，马沁春，李建东

（鹤庆北衙矿业有限公司，云南 大理 671507）

某露天矿出露的地层有二叠系上统峨眉山组（Pe）、三叠系下统青天堡组（Tiq）、三叠系中统北衙组（Tb）、第四系更新统蛇山组（Qns）、更新统“Qp”及全新统“Q”。其中三叠系中统北衙组（Tb） 按其岩性特征，自下而上划分为T.b'-T，b五个岩性段，T，b地层出露不全，顶部直接与Q，s、Q’不整合接触。围岩主要由石英正长斑岩、矽卡岩、角砾岩、大理岩、灰岩、白云岩等组成，属于中等坚固和坚固状态，f=1～10，岩石的抗压强度为 （50～65） MPa。

目前矿山西部边帮已临近终了，采取并段台阶施工，临时台阶高10 m，终了台阶高15 m，终了坡面角60°，终了境界范围长1 300 m、宽900 m，最高标高1 945 m、坑底1 540 m，垂直高差405 m。该区域岩体结构主要由石英正长斑岩、矽卡岩、角砾岩、大理岩、灰岩、白云岩等组成，属于中等坚固和坚固状态，f=2～9，岩石的抗压强度为（50～60） MPa。爆破施工主要采用JK590潜孔钻机钻孔孔径（110～165） mm，钻孔速度0.5 r/min穿孔，作业面采用逐孔起爆，终了边坡采用预裂爆破，炸药为2#岩石乳化炸药（φ90）。其爆破参数和爆破网络图如下，详见表1爆破参数表，图1逐孔爆破网络示意、图2预裂爆破网络示意图。

图1 逐孔爆破网络示意图Fig.1 Schematic diagram of hole-by-hole blasting network

图2 预裂爆破网络示意图Fig.2 Schematic diagram of presplitting blasting network

表1 爆破参数表Tab.1 Blasting parameters

结合矿山近期终了边坡爆破施工情况看，整体爆破效果不太理想，存在以下几方面问题：①预裂孔深度较深且密集，导致穿孔量大、耗时间长；②预裂孔的药卷均采用竹片进行绑扎，如图3所示，既耗费人力也耗费物材（竹片），同时由于孔深大需绑扎的药卷长，给装药增添了一定的难度；③采用预裂爆破块度大，且易产生大量的根底，如图4所示。

图3 预裂孔药卷绑扎结构图Fig.3 Structure diagram of presplitting hole charge rolling binding

图4 预裂爆破铲装后现场图Fig.4 On-site diagram of presplitting blasting loading

综上，为了更好的管理矿山边坡，提高爆破质量及工作效率，需对现有预裂爆破技术进行优化和改进。结合目前国内矿山预裂爆破的应用[1-10]，综合矿山已有穿孔设备、爆破研究能力及相关爆破经验参数，提出开展复合型准预裂爆破方法研究。

复合型准预裂爆破是把预裂爆破和常规爆破进行组合的一种形式，跟常规预裂爆破的布孔和起爆方式是一致的，见图5预裂爆破布孔示意图、图6预裂爆破起网络图。不同处主要体现在预裂孔的孔深和装药结构上，孔深采用深浅结合的方式进行，深孔正常打孔，浅孔为正常孔深的1/2；装药结构上深孔上半段按常规预裂爆破的结构装药，下段按一般爆破的结构进行装药。详见图7常规预裂爆破预裂孔装药结构图和图8复合型准预裂爆预裂孔装药结构图。

图5 常规预裂爆破布孔示意图Fig.5 Schematic diagram of conventional presplitting blasting hole arrangement

图6 常规预裂爆破起爆网络图Fig.6 Diagram of detonation network of conventional presplitting blasting

图7 常规预裂爆破预裂孔装药结构图Fig.7 Charge structure diagram of re-cracked holes for conventional presplitting blasting

图8 复合型准预裂爆预裂孔装药结构图Fig.8 Charge structure diagram of pre-cracked holes for compound quasi-presplit blasting

1 试验区工程概况

选试验点为露天矿西部1 895 m平台，该平台已临近终了，目前台阶参数为高15 m，边坡角60°，边坡岩石结构主要为灰质角砾岩、石英正长斑岩、灰岩等，硬度系数f≈3～7，岩石的抗压强度为（50～60） MPa。为了进一步改进型爆破效果，现结合以往爆破施工情况，采用复合型准预裂爆破进行试验研究。

2 爆破实验研究

2.1 钻孔设备的选型

目前矿山拥有JK590潜孔钻机钻孔，钻孔直径为（110～165） mm，结合以往爆破经验，现有设备可满足本次试验研究钻孔的需要；根据复合型准预裂爆破试验的孔径设计，主炮孔、缓冲孔选用165 mm孔径钻杆，预裂孔选用110 mm孔径钻杆。

2.2 爆破参数

2.2.1 主炮孔

1）孔深，参照台阶参数穿孔，垂直孔，孔深15 m；

式中，Wm—底盘抵抗线经验值，mm；

E为钻孔偏差，一般取2%；

D为炮孔直径，mm；

即底盘抵抗线W＝43×0.165-0.02=7.07，取7m；

2） 排距b＝1～1.2W，即排距b＝1×7＝7，取7m；

3） 孔距a＝1.1～1.4W，即孔距a＝1.2×7＝8.4，取8 m；

4） 超深 h＝ （0.15～0.35） W，即超深 h＝0.3×7＝2.1，取2 m；

5） 填塞长度 L＝（0.7～1.0） W，即填塞长度L＝1×7＝7，取 7 m；

式中，H为装药高度，m；H为打孔深度17 m；填塞长度（7～10） m；q为炸药单耗，kg/m3；根据试验点岩石坚固系数 f≈3～7，q 取 （0.3～0.7）kg/m3，综合以往经验取0.4 kg/m3；

即单孔装药量Q＝0.4×7×8×10＝224 kg。

2.2.2 缓冲孔

因预裂孔为倾斜孔，为避免炮孔的贯穿而影响爆破效果，缓冲孔只打一定深度，垂直孔，孔深参照以往经验，H0＝4.5m；排距：距主炮孔的距离减少1/2～1/3，根据以往经验a0＝5 m；距预裂孔一般以后冲不破坏保护岩石的最小距离作为排距，取（1/2～2/3） b，根据以往经验b0＝4 m；孔距：取（1/2～2/3） a，根据以往经验 a0＝5 m；填塞长度：取（8～10） D，根据以往经验L0＝1.5 m；单孔装药量参照以往经验Q0＝qa0b0H1，即单孔装药量Q0＝0.4×5×4×（4.5-1.5）＝24 kg。

2.2.3 预裂孔

预裂孔为倾斜孔，孔深参照台阶参数进行取值，取 17 m；孔距 a1＝（7～12）D，即孔距 a1＝10×0.165=1.65，取1.5 m；装药不耦合系数2～5，因矿山预裂爆破炸药使用2#岩石乳化炸药，药卷直径为32 mm，每节药卷质量为200 g，长度为20 cm，根据经验耦合系数K＝3.5；线装药密度：

式中，б为岩石的极限抗压强度，kg/cm2；根据岩石抗压强度为（50～60）MPa，结合以往经验，取55 MPa，550 kg/cm2；a1钻孔间距，m；即线装药密度△t＝0.36×5500.53×1.50.67=1.33，取 1.3 kg/m；单孔装药量，因本次研究的预裂孔是分两段进行装药，所以单孔装药量计算如下：

式中，r为炮孔半径，mm；K为装药不耦合系数；

即单孔装药量 Q1＝100×3.14×0.552×1.3/3.52=9.99，取 10 kg。

孔距，因下段为间隔孔，所以 a2＝2×a1＝3 m；排距按以往经验b2＝4 m；

装药深度按打孔深度的1/2计，H2＝17/2＝8.5 m；炸药单耗降低1/3，取值q2＝0.3 kg/m3；即单孔装药量Q1＝0.3×3×4×8.5＝30.6 kg。

2.2.4 炮孔布设及起爆网络

1）炮孔布设。根据上述爆破参数的取值，综合1 895 m台阶现场情况，绘制复合型准预裂爆破炮孔布置图，见图9、图10；

图9 复合型准预裂爆破布孔图Fig.9 Hole arrangement diagram of compound quasi-presplit blasting

图10 复合型准预裂爆破布孔剖面图Fig.10 Profile map of compound quasi-presplit blasting

2）装药结构及起爆网络。根据复合型准预裂爆破的形式，装药结构按照图8进行；为保证起爆的同步性和预裂效果，预裂孔先起爆，孔内采用导爆索起爆条状乳化炸药，主爆孔和缓冲孔采用毫秒导爆管雷管起爆，分别使用ms3、ms5、ms7。起爆网络图详见11。

图11 复合型准预裂爆破起爆网络图Fig.11 detonation network diagram of compound quasi-presplit blasting

3 爆破效果

从本次复合型准预裂爆破试验研究情况来看，总体效果比较理想，主要体现在：预裂孔因采用深浅结合的形式进行布设打孔，打孔量整体减少了1/3；预裂孔装药结构的改变，从绑药到装药的难易程度讲，①由于所需绑扎药卷量减半，人力和竹片的消耗缩减1/2，绑扎时间减少1/2；②由于药卷采用竹片绑扎，曲变度小，孔深减半装药难度变得相对容易，跟以往常规预裂爆破对比，预裂孔每孔装药时间缩减约2 min；爆后效果，现场人为感观爆破震动较小，爆堆的形状良好，大块率少，且边坡线较为平直，见图12所示；爆堆铲装完成后，现场查看评估，岩壁基本完好，孔痕率达60%，根底基本不存在，见图13。

图12 爆破后边坡效果图Fig.12 Side slope effect picture after blasting

图13 爆破铲装后边坡效果图Fig.13 Side slope effect picture after blasting shovel loading

5 结语

复合型准预裂爆破试验研究所选取的爆破参数合理，爆破基本达到预期的果，可应用于矿山终了边坡的爆破施工。

1） 相对常规预裂爆预裂孔打孔量破减少一半、绑扎药卷人力和竹片的消耗减少一半、每孔装药时间缩减约2 min，爆后边坡线较为平直、大块率少、岩壁基本完好，孔痕率达60%，不存在根底；

2）爆破试验结果参数选取合理，可运用于矿山终了边坡的爆破施工，同时也可为同类型矿山边坡爆破施工提供一定的参考。