劉 濤，邢 振

（撫順礦業(yè)集團有限責任公司 西露天礦，遼寧 撫順 113001）

撫順西露天礦北幫小構(gòu)造地帶爆破方案

劉 濤，邢 振

（撫順礦業(yè)集團有限責任公司 西露天礦，遼寧 撫順 113001）

從邊坡工程、水文地質(zhì)條件、構(gòu)造以及爆破沖擊造成的邊坡破壞模式等方面進行分析，合理確定爆破技術(shù)參數(shù)，減輕爆破振動對小構(gòu)造地帶邊坡產(chǎn)生的沖擊，確保爆破后邊坡的完整性和穩(wěn)定性。

到界邊坡；小構(gòu)造；邊坡穩(wěn)定性；爆破振動

0 引言

按照西露天礦北幫開采設(shè)計規(guī)劃，實施爆破時考慮到北幫整體的邊坡穩(wěn)定，特別研究制定了北幫局部小構(gòu)造地帶降震爆破方案。主要依據(jù)邊坡工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、構(gòu)造以及邊坡破壞模式等方面計算，通過改良炮孔間距、行距參數(shù)、起爆網(wǎng)路聯(lián)接方式等，計算每孔裝藥量及爆破振動速度，降低小構(gòu)造邊坡受到的沖擊影響，確保爆破后小構(gòu)造發(fā)育地帶邊坡的整體穩(wěn)定性。

1 開采邊界設(shè)計與邊坡穩(wěn)定情況分析

西露天礦北幫開采范圍為E1200—E3400，巖種多以綠色頁巖與油母頁巖為主，設(shè)計最終平盤規(guī)格按照綠色頁巖段高16 m留12 m保安平臺，油母頁巖、電鐵系統(tǒng)保留20 m平盤寬度，北幫設(shè)計坡面角為60°。

北幫小構(gòu)造較發(fā)育地帶多為地下水源豐富區(qū)域，地下水源形成主要是來自降雨與地表水徑流入。經(jīng)過地下水軟化、溶蝕作用，加快了綠色頁巖、油母頁巖泥化過程，這是造成北幫小構(gòu)造地帶邊坡整體穩(wěn)定性破壞的重要原因。

依照GB50197—005露天煤礦工程設(shè)計規(guī)范中最終邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)要求，北幫邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)須達到1.3以上（1.3以下為欠穩(wěn)定邊坡）。采用Morgenstern-Price法進行邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)計算，考慮了水壓對邊坡穩(wěn)定性的影響，以 E2000與E2400兩個區(qū)域進行剖面，對開采G界和設(shè)計邊界進行測定分析，考慮含水情況下開采G界穩(wěn)定性系數(shù)為1.346～1.347，設(shè)計邊界穩(wěn)定性系數(shù)為1.351～1.352，邊坡整體安全穩(wěn)定儲備系數(shù)不足。

2 北幫小構(gòu)造地帶爆破存在的問題

西露天礦北幫到界邊坡多處小構(gòu)造較發(fā)育地帶，隨著逐年開采降深以及自然風化等因素，已多次出現(xiàn)大面積滑落、位移等災(zāi)害。以往進行爆破作業(yè)時，難以確定炮孔與小構(gòu)造地帶坡頂或坡底線之間的距離，導(dǎo)致爆破單耗難以掌握。間距大時，爆破后無法滿足設(shè)計采掘要求，影響采掘?qū)挾扰c整體降深，甚至采掘后邊坡常出現(xiàn)“傘檐”、“鵝頭”。間距小時，爆破振動會直接對小構(gòu)造地帶造成沖擊，破壞邊坡巖體完整性、穩(wěn)定性。

3 爆破方案設(shè)計

針對以上存在的問題，我們在不同的采區(qū)進行多次小范圍爆破模擬試驗，根據(jù)小構(gòu)造邊坡到界條件、采掘方式、平盤寬度等，重新確定炮孔與坡頂或坡底線之間的距離，降低小構(gòu)造到界邊坡一側(cè)最近炮孔起爆藥量，壓縮爆破單耗，并改進布孔參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)、起爆網(wǎng)路聯(lián)接方式等。以北幫E1900小構(gòu)造地帶爆破設(shè)計為例，具體方案如下。

3.1 布孔參數(shù)的確定

孔距、行距及孔深等參數(shù)的確定,主要是依據(jù)巖種、臺階高度、抵抗線、地質(zhì)條件，以及針對安全保護對象如小構(gòu)造地帶、電柱、巷道、鐵道、構(gòu)筑物等綜合性因素。設(shè)備選用GZ-160型潛孔鉆機，潛孔鉆頭Φ=160 mm。根據(jù)實際施工情況，確定臺階高度H =8 m；臺階坡面角α=60°；邊孔至坡頂線安全距離c=2.5 m；臺階要素如圖1。

圖1 臺階要素

3.1.1 底盤抵抗線、孔距、行距的確定

1）底盤抵抗線

Wd=c+ctg α·H

式中：Wd為底盤抵抗線，m；α為臺階坡面角，（°）；H為臺階高度，m。

底盤抵抗線Wd=2.5+0.577×8≈ 7 m

2）孔距的計算

a=mk·Wd

式中：a為孔距，m；mk為炮孔密集系數(shù)，與巖石的堅硬程度有關(guān)，巖石堅固性系數(shù)f見表1。

孔距a=0.7×7≈ 5 m

3）行距的計算

b=kf·a

式中：b為行距，m；kf為行距系數(shù)，根據(jù)巖石的難易爆破程度而定，一般取0.75～0.8，硬度小時取大值，反之取小值。

行距b=0.75×5=3.75 m，取整數(shù)3 m；

表1 巖石堅固性系數(shù)f

3.1.2 超鉆深度的確定

孔距與底盤抵抗線之積為炮孔覆蓋面積，其值的大小直接影響爆破經(jīng)濟技術(shù)指標與爆破效果。當孔深小于或等于臺階段高時，相鄰炮孔的爆破漏斗交叉點必將高于下一平盤，出現(xiàn)殘留根底，為了克服這種現(xiàn)象，設(shè)計孔深應(yīng)超過臺階高度某一數(shù)值，這個數(shù)值就是超鉆深度。

超鉆深度值主要取決于底盤抵抗線的大小，抵抗線過小，不僅增加了穿孔工作量且浪費炸藥，還會造成藥柱集中于炮孔底部，出現(xiàn)爆破不均勻，上部產(chǎn)生大塊，底部出現(xiàn)沖炮等。抵抗線過大，容易造成硬幫或殘留根底增多，而且爆破后沖力也增大。還要考慮到巖種的性質(zhì)、炸藥種類、臺階高度、行距、地形條件以及巖層含水情況等因素。如臺階巖層上軟下硬時，超鉆系數(shù)應(yīng)增加10%～15%，臺階巖層上硬下軟時，則應(yīng)適當減少超鉆深度，合理確定超鉆深度是取得良好爆破效果的前提。

根據(jù)巖種賦存條件的不同，先發(fā)孔、后發(fā)孔的超鉆值也不一樣，一般先發(fā)孔的超鉆值等于其超鉆系數(shù)乘以底盤抵抗線，后發(fā)孔的超鉆值等于其超鉆系數(shù)乘以后發(fā)孔的抵抗值。

h=kg·Wd

式中：h為超鉆深度，m；kg為超鉆系數(shù)；按其先發(fā)、后發(fā)孔及巖種不同取值計算，超鉆系數(shù)參照見表2。

表2 超鉆系數(shù)參照

先發(fā)孔超鉆深度：h1=0.3×7≈ 2 m

后發(fā)孔超鉆深度：h2=0.2×7≈ 1.5 m

3.1.3 確定炮孔與坡底線之間的距離

以往設(shè)定最近炮孔與到界邊坡坡底線之間的距離為5 m，考慮到北幫E1900小構(gòu)造地帶邊坡含水情況下安全穩(wěn)定性系數(shù)偏低，根據(jù)多次爆破試驗效果來看，決定將最近炮孔與坡底線距離設(shè)定為6.5 m，加大爆破振動對小構(gòu)造地帶的沖擊儲備距離，小構(gòu)造地帶炮孔距離示意圖如圖2所示。

圖2 小構(gòu)造地帶炮孔距離示意圖

3.2 確定裝藥量，壓縮爆破單耗

裝藥量的確定取決于爆破作用指數(shù)，也就是指爆破漏斗半徑r與最小抵抗線Wd的比值，以n表示，可以用n=r/Wd表示。爆破作用指數(shù)n在工程爆破中是一個極重要的參數(shù)，若改變爆破作用指數(shù)n，則爆破漏斗的大小、巖石的破碎性質(zhì)和拋移程度都隨之而發(fā)生變化。主要采取以松動爆破為主，炸藥爆破后只使巖體破裂，幾乎沒有拋擲作用，從外表看，不形成可見的爆破漏斗。減弱拋擲爆破漏斗與松動爆破漏斗對比如圖3所示。

圖3 減弱拋擲爆破漏斗與松動爆破漏斗對比

按照爆破作用指數(shù)n=0.75計算，以往距坡底線最近炮孔裝藥量為35 kg，松動爆破時采用的裝藥量一般較小。因此，爆破時所產(chǎn)生的振動較小，碎石飛散的距離也較小，出于對小構(gòu)造地帶邊坡安全穩(wěn)定的考慮，我們在原爆破工藝的基礎(chǔ)上采取減弱松動爆破方法，降低松動爆破作用指數(shù)。

裝藥時，采取“外增里減”裝藥法，即是外行孔適當增加藥量，距坡底線最近炮孔減少藥量，進一步減弱爆破時對小構(gòu)造地帶邊坡的沖擊振動。將里行孔給藥量確定為21 kg，經(jīng)計算得出爆破用作指數(shù)為0.62，小于松動爆破作用指數(shù)n=0.75。

撫順西露天礦北幫巖種以綠色泥巖為主，且分為較硬與較弱2種。巖種較硬情況下里側(cè)第1行孔裝藥量為21 kg，較軟時為14 kg，第2行孔裝藥量為35 kg。南側(cè)邊孔裝藥量為42 kg，確保爆破后外側(cè)無殘留根底。爆破參數(shù)對比值見表3所示。

表3 爆破參數(shù)對比值

3.3 裝藥結(jié)構(gòu)的確定

裝藥結(jié)構(gòu)對巖體的破碎程度起著至關(guān)重要的作用。通過實驗確定，與坡底線最近炮孔采取連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，其它炮孔采取分段裝藥，這樣既可保證底部巖體的破碎，又避免了上部巖體炮后產(chǎn)生大塊，有效達到了松動爆破效果，降低了爆破后沖對邊坡的影響。裝藥結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 裝藥結(jié)構(gòu)

藥柱高度：L1=L-L2；

填充高度：L2=（0.7～1.0）Wd或L2=（20～30）d（d為炮孔直徑）；

3.4 起爆網(wǎng)路聯(lián)接

起爆網(wǎng)路聯(lián)接，使用地面MS6段、孔內(nèi)MS12段兩種毫秒微差延時雷管，以“多并串聯(lián)”方式聯(lián)接，起爆網(wǎng)路聯(lián)接如圖5，由南向北對角線式間隔起爆，實現(xiàn)南側(cè)孔先起爆形成自由面，北側(cè)孔再起爆，有效降低了沖擊波（壓縮應(yīng)力波）對小構(gòu)造地帶邊坡的振動。

圖5 起爆網(wǎng)路聯(lián)接

4 爆破安全振速測算

爆破安全振動速度測算，主要是計算爆破振動對小構(gòu)造邊坡及北幫上方建筑物的穩(wěn)定是否造成影響，爆破振速的大小是北幫穩(wěn)定與否的至關(guān)重要因素。為了保護北幫小構(gòu)造發(fā)育地帶邊坡穩(wěn)定，需嚴格控制起爆藥量，安全振速不能超過60 cm/s。

爆破安全振動速度的計算，主要因素是最大一段起爆藥量，以北幫E1900小構(gòu)造地帶爆破設(shè)計方案為例，具體可按下式計算:

V＝K（Q1/3/R）a

式中：R為北幫到界距離，m；V為爆破震動速度，m/s；Q為最大一段起爆藥量，kg；K、a為與爆破地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，根據(jù)巖性不同，K、a值可參照表4選取。

表4 K、a值參照

該區(qū)域巖種取中硬巖石，K取值200，a取值1.7，到界距離R=6.5 m，當巖種較硬時，爆破最大一段起爆藥量Q=21 kg，振速為46.5 cm/s；巖種較軟時Q=14 kg，振速為37 cm/s。均小于60 cm/s。

為保證北幫邊坡上方建筑的安全性，依據(jù)上述方案，實際測量得出炮區(qū)與上方地表建筑垂直高度185 m、水平距離471 m，經(jīng)計算實際距離為506 m。k取值200，a取值1.7，較硬巖以炮區(qū)最大6行孔為例，里行孔最大一段起爆藥量為21 kg，計算振速為0.028 cm/s；剩余5行孔最大一段起爆藥量為35 kg，根據(jù)網(wǎng)路聯(lián)接單孔起爆振速為0.038 cm/s、雙孔起爆振速為0.056 cm/s、三孔起爆振速為0.07 cm/s；南側(cè)邊孔最大一段起爆藥量為42 kg，起爆振速為0.042 cm/s。按照GB6722—2014爆破安全規(guī)程規(guī)定，重要工業(yè)廠房不允許超過安全振動速度值為0.4 cm/s，現(xiàn)計算出的振動值遠低于規(guī)定值，所以對北幫上方建筑沒有任何安全影響。爆破后，保證了小構(gòu)造地帶邊坡的完整性和穩(wěn)定性，降低了爆破產(chǎn)生的振動沖擊破壞，挖掘機采掘后，臺階坡面堅硬光滑無裂隙。

5 結(jié) 語

爆破設(shè)計方案實施前，我們對北幫多處小結(jié)構(gòu)發(fā)育地帶進行了現(xiàn)場勘查，挑選代表性區(qū)域?qū)嵤┒啻伪圃囼?，爆破后，對臺階爆破質(zhì)量與小結(jié)構(gòu)發(fā)育地帶巖體穩(wěn)定性，均進行了細致檢查和對比，通過不斷優(yōu)化爆破設(shè)計方案，達到滿足生產(chǎn)需要同時，實現(xiàn)“降震保坡”的目的。

［1］ 中華人民共和國煤炭工業(yè)部.GB50197—2005煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2005.

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【責任編輯：解連江】

Blasting scheme of small structural zone in Funshun West Open-pit Mine north slope

LIU Tao,XING Zhen
(West Open-pit Mine,Fushun Mining Group,Fushun 113001,China)

Considering slope engineering,hydrogeological conditions,structure,slope failure mode caused by blasting impact,the article reasonably determines blasting parameters,reduces the impact of blasting vibration on small tectonic zone slope,in order to ensure the integrity and stability of slope after blasting.

bounded slope;small structure;slope stability;blasting vibration

TD824.2

B

1671－9816（2017）04－0022－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.04.007

劉濤，邢振.撫順西露天礦北幫小構(gòu)造地帶爆破方案［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（4）：22-25.

2016-11-12

劉 濤（1982—），男，遼寧撫順人，畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學采礦工程專業(yè)，現(xiàn)就職于撫順礦業(yè)集團有限責任公司西露天礦，主要從事露天爆破技術(shù)研究與管理工作。