萬 佳

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局327地質(zhì)隊，安徽 合肥 230011）

1 工程概況

1.1 概述

隨著礦山基礎(chǔ)工程施工力度加大，石方開挖工程越來越多。當(dāng)遇到堅硬礦石時，尤其是石方量大的工程，機械破除工期長成本高，而且噪聲擾民時間長。采用控制爆破的方法進(jìn)行作業(yè)，既經(jīng)濟(jì)又快速，滿足城鎮(zhèn)快速建設(shè)的需要。近十多年來，國內(nèi)外露天深孔淺孔爆破和基礎(chǔ)開挖工程中大量采用了逐孔起爆技術(shù)[1]。

安徽某露天礦山前期開拓爆破開挖石方約9.6萬m3，爆破開采區(qū)域南北長約200m，東西寬約35m，主體爆破深度一般為12m～18m。由于爆破周邊環(huán)境較復(fù)雜，故采用逐孔起爆等控制爆破方式進(jìn)行施工。

1.2 周圍環(huán)境

爆破周邊環(huán)境較復(fù)雜：爆破開采區(qū)域南側(cè)45m上方有一東西向10KV高壓電線經(jīng)過，西北向為村莊，200m范圍內(nèi)民房大量集中，最近的民房距離僅50m（后期需要拆遷，爆破時尚未完成搬遷），且位于爆破開采區(qū)域下方，具體見圖：爆破周圍環(huán)境平面示意圖。

1.3 工程地質(zhì)

爆破開采區(qū)域礦物特性主要為石灰?guī)r，土夾石，軟弱夾層較多，灰、肉紅色，中～微風(fēng)化，礦石較硬，塊狀、大塊狀，表層有溶蝕現(xiàn)象，部分有溶洞、裂隙。

圖1 爆破周圍環(huán)境平面示意圖

2 爆破方案

工程難點：①該礦山開采工程爆破地質(zhì)條件不良，隱含著節(jié)理、裂隙、斷層、軟弱夾層等結(jié)構(gòu)面，在爆破前很難完全掌握礦體的每個細(xì)節(jié)。這些結(jié)構(gòu)面與礦石相比屬于薄弱部位，破碎時需要的炸藥能量較小，而炸藥在炮孔中布置很難顧及每個薄弱面的存在。因此，炸藥在礦體中爆炸后，爆生氣體會從這些薄弱部位首先沖出，夾帶著個別碎塊形成飛石；②工程量較大，爆破周邊環(huán)境復(fù)雜，距離民房最近僅50m。所以如何控制爆破振動、爆破飛石和爆后邊坡穩(wěn)定是礦山開采要考慮的重要問題，其次要確保爆破后大塊率控制在合理范圍內(nèi)以便于后續(xù)挖運作業(yè)。

由于采用傳統(tǒng)的爆破方法，單段起爆藥量大，爆破振動很難控制，勢必會對周邊民房造成一定危害。若減小爆破藥量，就會增加爆破次數(shù)，這樣不僅影響爆破開采進(jìn)度，而且容易造成大塊較多，爆破振動累加影響會對民房造成一定安全隱患。為控制爆破對高邊坡穩(wěn)定性的影響，臨近設(shè)計邊坡，采用緩沖爆破技術(shù)[2]，適當(dāng)加密炮孔布置，減小炸藥單耗，通過控制孔網(wǎng)參數(shù)和單孔裝藥量以及單段最大裝藥量，最大限度地減緩主炮孔爆破對邊坡的影響。

故綜合考慮采用露天深孔逐孔爆破的方式進(jìn)行松動爆破，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)地形等條件確定從上而下，由北而南，分臺階進(jìn)行開挖。

3 逐孔起爆的優(yōu)點

（1）臺階爆破空間能量相互補償原理[3]。在爆破時，第一個起爆炮孔為后爆的第二個炮孔最大限度地提供自由面，先爆炮孔將礦石迅速推出，為后爆炮孔提供足夠多的自由面；使礦石在移動過程有足夠的相互作用空間，后爆炮孔能量進(jìn)一步推動先爆炮孔，增加礦物間相互碰撞作用，以后炮孔以此類推，從而改善了爆破破碎度及爆堆的松散度，大大地提高了鏟裝的工作效率。

（2）最小抵抗線原理[4]。逐孔起爆時第一排炮孔按設(shè)計好的最小抵抗線起爆，每個炮孔爆破前，前一炮孔與側(cè)向的炮孔已經(jīng)起爆并為該孔提供了最少三個自由面，減小后排炮孔的夾制作用，同時可以增加爆破后的應(yīng)力波反射。

（3）有效減弱爆破振動。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》[5]（GB6722-2014）中薩道夫斯基公式v=K（Q1/3/R）α可知，在一定的地質(zhì)條件下，R、K、α都是一定的，所以要減小爆破振動，只能減小同時起爆藥量，逐孔起爆正好利用了這個原理。

4 爆破參數(shù)設(shè)計

（1）孔徑D：采用履帶式潛孔鉆機鉆孔，孔徑D為90mm。

（2）臺階高度H及超深h：由于開挖深度在12m～18m，采用分層爆破，臺階高度H為6m～9m，超深h為（0.1～0.15）H，取0.8m。

（3）最小抵抗線ω=（25～30）d，取2.5m。

（4）孔距a、排距b：孔距a=(1.0～1.5)ω、排距b=ω取孔距3m、排距2.5m，采用矩形布孔方式；對于鄰近設(shè)計邊坡的緩沖孔，其與主炮孔的間距取主炮孔間距的0.7倍。

（5）炸藥單耗q及單孔裝藥量Q：根據(jù)本開采項目礦石結(jié)構(gòu)特點及以往工程經(jīng)驗，炸藥選用2#礦石乳化炸藥，炸藥單耗q取0.35kg/m3，單孔裝藥量Q=qabH。

計算得到不同深度的深孔爆破的單孔裝藥量等參數(shù)如表1：

表1 深孔爆破參數(shù)表

5 爆破網(wǎng)路設(shè)計

一般認(rèn)為，孔間延時影響爆破區(qū)礦石的破碎塊度，排間延時影響爆破區(qū)礦石的位移，在爆破區(qū)內(nèi)礦石可分為孔間延時和排間延時，認(rèn)為同排孔間最佳延時[6]在3ms/m～8ms/m、排間最佳延時在8ms/m～15ms/m內(nèi)選擇時，可達(dá)到較佳爆破效果。根據(jù)雷管種類和工程實際，本開采項目選用孔間間隔50ms（Ms3），排間間隔110ms（Ms5），孔內(nèi)采用380ms（Ms10）。詳見圖2：起爆網(wǎng)路示意圖。

圖2 起爆網(wǎng)路示意圖

6 爆破安全控制

6.1 爆破振動校核

根據(jù)薩道夫斯基公式計算質(zhì)點的爆破振動速度：

式中：v為爆破安全允許質(zhì)點振速，cm/s；Q為最大段別裝藥量，kg；R為爆源中心與保護(hù)目標(biāo)的距離，m；k、α為與爆破點至保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)系數(shù)和衰減指數(shù)。

本工程中Q=38kg，對中硬巖石取k=150、α=1.7、R=50m，經(jīng)計算得v=1.57cm/s。露天深孔爆破f在10Hz～60Hz之間，對于一般民用建筑物，10Hz＜f≤50時，安全允許質(zhì)點振動速度在2.0～2.5之間，所以本開采工程滿足爆破振動安全要求。爆破前在爆破區(qū)域和保護(hù)房屋之間鉆鑿一定數(shù)量的減振炮孔（不裝藥），用于緩沖、釋放爆破振動波的多余能量。同時為了避免不必要的糾紛，在每次爆破作業(yè)時進(jìn)行了爆破振動監(jiān)測。測得數(shù)據(jù)最大振速v=1.32cm/s。

6.2 爆破飛石控制

為防止爆破飛石對高壓線和房屋的破壞，合理選擇最小抵抗線方向，避開保護(hù)對象；鉆孔時出現(xiàn)裂隙、溶洞時做好記錄并標(biāo)記，裝藥時改變裝藥結(jié)構(gòu)，采用間隔裝藥等措施保證結(jié)構(gòu)面對爆破的影響；保證良好的堵塞質(zhì)量和合理的堵塞長度；離房屋較近時減小孔排距，加密炮孔多打孔少裝藥，適當(dāng)增加堵塞長度，炮孔孔口采用土袋壓實防護(hù)。

圖3 爆破效果圖

6.3 爆破滾石及邊坡控制

在爆破時合理布置邊界孔的抵抗線，采用逐孔起爆網(wǎng)路，可以減小爆堆寬度，有利于爆堆集中。對于邊坡孔，預(yù)留0.3m左右的保護(hù)層，孔底采用空氣間隔裝藥，最大限度地減少了主爆孔對邊坡體的直接沖擊和破壞，爆后形成的邊坡面較平整，為邊坡穩(wěn)定創(chuàng)造了有利條件。

7 爆破效果

爆破采用分層開挖，上層進(jìn)行5次爆破，下層進(jìn)行6次爆破，每次炸藥使用量約3000kg，完成石方爆破工程量約9.6萬m3。采用逐孔起爆和緩沖爆破技術(shù)以及深淺孔結(jié)合并加以適當(dāng)?shù)氖┕ぜ记?、防護(hù)措施，本次開采石方爆破取得了良好的爆破效果、按質(zhì)按量完成了業(yè)主方的要求。爆破振動、飛石、滾石都得到了有效控制，對周邊民房沒有造成損害。爆破后，由于土夾石的存在，有部分大塊，由于采用了深淺孔結(jié)合的布孔方式，最大化的利用破碎能量，并實現(xiàn)破碎能量的均衡分布，使爆破后的塊度相對更均勻，改善了爆破效果，一定程度上減少了“軟弱夾層”的地質(zhì)構(gòu)造頂部易產(chǎn)生大塊的問題，少部分塊度較大礦石輔助以機械破碎能將成本和進(jìn)度控制在合理范圍內(nèi)，滿足挖運要求。爆破后形成的邊坡穩(wěn)定，便于機械修整，爆破效果得到業(yè)主和周邊群眾一致好評。

8 結(jié)論

由于露天礦山開采作業(yè)時礦體爆破充分考慮了地形、地質(zhì)條件的影響，通過合理的參數(shù)設(shè)計和防護(hù)措施，爆破振動、爆破飛石和滾石等有害效應(yīng)都得到了有效控制，破碎礦體全部坍塌在安全允許范圍以內(nèi)；同時，臨近設(shè)計邊坡采用緩沖爆破技術(shù)，爆后形成了穩(wěn)定的邊坡。土夾石、裂隙、溶洞等軟弱結(jié)構(gòu)面的存在給爆破施工帶來風(fēng)險，從鉆孔開始嚴(yán)格設(shè)計，精心施工，采取必要的防護(hù)措施可以安全高效地完成爆破作業(yè)。逐孔起爆技術(shù)在生產(chǎn)建設(shè)中發(fā)揮了日益重要的作用，呈現(xiàn)了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。周圍有重點建（構(gòu)）筑物需要保護(hù)或?qū)吰路€(wěn)定性要求較高的爆破開挖中可以考慮應(yīng)用。采用綜合措施可將爆破有害效應(yīng)控制在安全允許范圍內(nèi)。