曾德進(jìn)
(1.江西銅業(yè)民爆礦服有限公司,江西 德興市 334200;2.江西國泰集團(tuán)股份有限公司,江西 南昌 330096;3.江西省爆破工程技術(shù)研究中心,江西 南昌 330012)
銅廠采區(qū)屬于德興銅礦主采區(qū),采區(qū)水龍山下部邊坡?40m臺階臨近固定邊坡區(qū)段進(jìn)行靠幫剝離,巖體主要由中偏弱蝕變千枚巖構(gòu)成,爆巖體多屬Ⅱ類巖,硬度系數(shù)f=6~8,極限抗壓強(qiáng)度為60~80 MPa,巖體受多組斷裂構(gòu)造控制,巖體內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育。此外多雨天氣施工時炮孔集水現(xiàn)象普遍。爆區(qū)周圍條件好,但爆區(qū)工程地質(zhì)條件復(fù)雜,圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育,邊坡安全防護(hù)難度大。
臨近最終邊坡的爆破設(shè)計包括預(yù)裂爆破、預(yù)留緩沖層光面爆破和垂直深孔爆破。強(qiáng)夾制條件下預(yù)裂爆破震動強(qiáng)烈??紤]周邊建(構(gòu))筑設(shè)施減震防護(hù)需求,預(yù)裂爆破沿用“加密孔、減弱裝藥、多段微差”的工藝模式[1?4]。
2.1.1 布孔方式
臺階高度為15m,最終坡面角為65°。沿?40m臺階最終境界線預(yù)留緩沖層光面孔,鉆孔下斜角度為65°,然后在其前方2.0m距離布預(yù)裂孔。如圖1所示,
2.1.2 基本參數(shù)選擇
基本參數(shù)沿用銅廠采區(qū)預(yù)裂爆破經(jīng)驗數(shù)據(jù):孔徑D=140mm,不耦合系數(shù)K=4.38,超深Lc=0.5m,單孔正常裝藥段線密度qL=1003.4g/m,預(yù)裂孔底與主爆區(qū)緩沖孔距離≥1.5~2.0m。從采區(qū)以往的上部臺階預(yù)裂施爆效果看,上述參數(shù)是適用的。
圖1 炮孔布置
2.1.3 孔距
孔距按式(1)計算:
式中,D為炮孔直徑,cm;a=98 cm~168 cm??紤]圍巖松軟、永久邊坡服務(wù)年限長,孔距不宜太大。參考采區(qū)類似巖性條件下經(jīng)驗值,預(yù)裂孔孔距a=1.5m,
2.1.4 炮孔長度
炮孔長度由臺階高度和超深確定:
式中,H為臺階高度,m;Lc為超鉆深度,m;θ為鉆孔下斜角,°。計算出預(yù)裂孔長度16.5m。
2.1.5 單孔裝藥量
式中,qL為正常裝藥段線密度,g/m;L為炮孔長度,m;Lj為減弱裝藥段長度,m;Lt為炮孔上部不裝藥段長度,m;Qj為孔底加強(qiáng)裝藥量,g。
取Lt=3.0~5.0m,計算出單孔藥量為11.0~15.0 kg,取Lt=5.0~5.5m,計算出單孔藥量11.0~14.0 kg。最終確定每孔裝藥Q=12.0 kg。
2.1.6 孔口堵塞長度
預(yù)裂孔孔口宜堵塞,藥串放入炮孔到位后,用紙團(tuán)或編織袋等松軟的物質(zhì)蓋在藥柱上,然后用巖粉堵塞炮孔,孔口堵塞長度為1.5m。
2.1.7 裝藥結(jié)構(gòu)
裝藥共分3段[5?8]:加強(qiáng)裝藥段、正常裝藥段和減弱裝藥段??椎准訌?qiáng)裝藥段長度為0.8~1.2m,孔底線裝藥密度取正常線裝藥密度的3倍。正常裝藥段線密度為0.9~1.0 kg/m,減弱裝藥段線密度0.5 kg/m。相關(guān)參數(shù)詳見表1。
表1 預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)
鉆孔直徑D取140mm。炮孔傾角與坡度設(shè)計一致,取65°。臺階高度H=15m。炮孔超深h取0.5m。
2.2.1 最小抵抗線
最小抵抗線W光按式(4)計算:
式中,W光為光面爆破最小抵抗線,m;K為計算系數(shù),一般K=15~25,軟巖取大值,硬巖取小值;D為炮孔直徑,m。
按“多孔少藥”的設(shè)計思路,本次計算取K=15,D=0.14,代入公式(4)計算出W光= 2.1m,取W光=2.0m。
2.2.2 孔距
孔距a光按式(5)計算
式中,m為炮孔密集系數(shù),一般取0.6~0.8。
將m=0.75代入式(5)計算得:a光=1.5m。
2.2.3 炮孔長度
炮孔長度L按式(6)計算
式中,L為光爆孔長度,m;α為邊坡鉆孔傾角,°。
計算得炮孔長度L=17.0m。
2.2.4 堵塞長度
根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗,為了保護(hù)好孔口位置巖石,光面孔的堵塞長度一般取1.5~1.8m,硬巖取小值,軟巖取大值。本次爆破取堵塞長度為2.0m。
2.2.5 單孔裝藥量
線裝藥密度為:
式中,K光為光面爆破炸藥單耗,一般取0.15~0.31 kg/m3,硬度系數(shù)f=6~8時,K光=0.26 kg/m3,考慮炸藥能量易楔入圍巖裂隙、造成坡面層破壞,設(shè)計取小值。
該區(qū)域光面爆破是為了提高邊坡質(zhì)量,故參數(shù)選取應(yīng)該趨于保守,本次爆破,K光=0.26,a光=1.5,W光=2.0。
代入公式(7)計算q光=0.78 kg/m。
單孔裝藥量Q光=q光×L=13.26 kg。
實際施工過程中,孔口2.0m左右須進(jìn)行堵塞,炮孔底部為了抵抗巖石的夾制作用,通常底部1m左右線裝藥密度增加1倍。
表2 預(yù)留緩沖層光爆炮孔參數(shù)
2.2.6 裝藥結(jié)構(gòu)
裝藥結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)見表3。
2.2.7 起爆方式與爆破規(guī)模
采用導(dǎo)爆索、導(dǎo)爆管雷管組合的延時爆破網(wǎng)絡(luò),光爆孔孔內(nèi)用導(dǎo)爆索傳爆,以確保預(yù)裂層同時起爆。采用導(dǎo)爆索將各個炮孔地表導(dǎo)爆索往同一方向串聯(lián)起來,分段起爆時各段之間采用非電導(dǎo)爆管雷管串聯(lián)接力,以實現(xiàn)微差起爆。
表3 光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)
考慮周邊建(構(gòu))筑設(shè)施有減震防護(hù)需求,深孔爆破沿用“加密孔、減弱裝藥、多段微差”的工藝模式。潛孔鉆爆區(qū)典型剖面布置主爆孔、緩沖孔、輔助孔各一排。主爆孔連續(xù)裝藥、緩沖孔中部間隔裝藥。考慮水平片理結(jié)構(gòu)影響頂部巖體破碎效果,輔助孔裝藥重心適當(dāng)提高,頂部充填高度3.5m。主要爆破參數(shù)見表4。
表4 垂直深孔爆破設(shè)計參數(shù)
爆破振動安全距離及炸藥用量的計算按照以下參數(shù)規(guī)定范圍進(jìn)行取值,最大單響藥量:
式中,V為質(zhì)點允許振速,cm/s;K、a為與爆破點到保護(hù)對象間的地形條件、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù),軟巖至硬巖K=200~350、a=1.8~2.0;R為爆源到觀測點的距離,m。
參數(shù)選取K=200,a=1.5;參考《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2014)抗震標(biāo)準(zhǔn),選取允許振速為10.0 cm/s。
需保護(hù)的建構(gòu)筑物在不同安全距離及允許振動速度下的最大允許裝藥量計算結(jié)果見表5。
表5 最大藥量計算明細(xì)表
根據(jù)上述計算結(jié)果,預(yù)留緩沖層光面孔的最大單響炸藥量應(yīng)控制在183.22 kg以下,預(yù)裂孔的最大單響炸藥量應(yīng)控制在222.37 kg以下,輔助孔和深孔的最大單響炸藥量在最大允許單響藥量以下。施工中采取分段起爆,用非電毫秒導(dǎo)爆管雷管分段。因此,理論上按此設(shè)計施工,被保護(hù)對象是安全的。
實際施工中采取以下措施控制爆破振動:
(1)采用少裝藥、間隔微差起爆的方式把質(zhì)點振速控制在允許值以下;
(2)采用清渣爆破的方式改善場地條件,能起到有效減震的作用;
(3)縮小爆破規(guī)模、合理控制每面炮炸藥用量,杜絕單孔超量裝藥,前后響微差時間適當(dāng)增加;
(4)突出防控重點,做好單體爆破設(shè)計,精確核實炮孔到被保護(hù)對象之間的最小距離;
(5)實測爆破質(zhì)點振速,掌握K、a的準(zhǔn)確值,以便來提高設(shè)計精度。
根據(jù)《爆破安全規(guī)程》要求,露天爆破飛石對人員的安全距離不小于300m,對設(shè)備不小于200m,山坡露天順風(fēng)方向增加50% 。
在進(jìn)行預(yù)裂爆破方案設(shè)計時,應(yīng)綜合分析礦山地質(zhì)條件及所爆巖體的主要力學(xué)性質(zhì)和主要參數(shù),在理論分析及經(jīng)驗公式計算的基礎(chǔ)上,確定爆破方式及相關(guān)參數(shù),通過現(xiàn)場試爆,觀察邊坡預(yù)裂孔出露情況,進(jìn)一步優(yōu)化爆破參數(shù),以取得邊坡“不欠爆不超爆”的爆破效果,確保露天邊坡的長期穩(wěn)定。