鄧杭林

（攀鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司設(shè)計(jì)研究院，四川 攀枝花 617000）

1 引言

深孔爆破是露天礦崩落礦石的主要手段，它直接關(guān)系到礦山的主要生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)，對全礦的經(jīng)濟(jì)效益和安全生產(chǎn)有很大的影響，因此爆破技術(shù)對礦山的開采、掘進(jìn)，特別對礦山的技術(shù)進(jìn)步起著決定作用。不斷提高深孔爆破技術(shù)、改善爆破效果已成為礦山技術(shù)工作的重中之重。露天深孔爆破的技術(shù)要求主要是:（1）安全控制；（2）預(yù)防根底、降低大塊率；（3）確保邊坡穩(wěn)定。

2 露天深孔爆破安全控制技術(shù)

爆破的有害效應(yīng)有地震波、飛石、沖擊波、有毒氣體、噪聲和粉塵，作為露天深孔爆破，必須對地震波、飛石、沖擊波三項(xiàng)分別進(jìn)行安全距離計(jì)算，保證符合要求，同時(shí)，起爆網(wǎng)絡(luò)的可靠起爆也是安全控制的重點(diǎn)。

2.1 地震波安全距離計(jì)算及防護(hù)技術(shù)

（1）地震波安全距離計(jì)算

表示爆破地震破壞的強(qiáng)弱程度叫振動(dòng)強(qiáng)度或振動(dòng)烈度，它可以用地面運(yùn)動(dòng)的各種物理量來表示，如質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度、位移、加速度和振動(dòng)頻率等。對于爆破振動(dòng)來說，用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度來表示振動(dòng)強(qiáng)度更合理一些。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度可用下式表示:

式中:V——質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，厘米／秒；

Q——裝藥量（總裝藥量或一段裝藥量），千克；

R——藥包中心至被保護(hù)物的水平距離，米；

M——裝藥量指數(shù)（國內(nèi)多采用1／3）；

K——與爆破場地條件有關(guān)的系數(shù)；

α——與地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)。

K、α可以在現(xiàn)場通過小型爆破試驗(yàn)來確定，也可以參照類似條件下爆破的實(shí)測數(shù)據(jù)來選取。

爆破振動(dòng)的安全距離可用下式計(jì)算:

式中:R安全——爆破振動(dòng)安全距離，米；

Q安全——一次爆破允許的安全裝藥量，千克；

V安全——安全上允許的振動(dòng)速度，厘米／秒。

（2）地震波的安全防護(hù)技術(shù)

通過試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐以及研究，對爆破地震波的危害提出了一些行之有效的控制方法:

①采取微差爆破，減少每段裝藥

通過控制最大一響炸藥量來控制爆破震動(dòng)，這樣就可降低被保護(hù)點(diǎn)振動(dòng)速度，有效降震。

②采用預(yù)裂爆破

預(yù)裂爆破能降震的原理是:爆區(qū)先起爆部分炮孔形成預(yù)裂縫，這種預(yù)裂縫對后爆藥包所產(chǎn)生的震動(dòng)起屏蔽、降低地震效應(yīng)的作用。

預(yù)裂孔排孔間距:

式中:Φ——炮孔直徑；

Pw——孔壁上的壓力；

T——巖石抗拉強(qiáng)調(diào)。

預(yù)裂孔不偶合裝藥，炸藥爆炸對孔壁產(chǎn)生的壓力為:

式中:ρ——裝藥密度，克／立方厘米；

D——炸藥爆速，米／秒；

Φc——裝藥直徑；

Φn——炮孔直徑。

③增加爆破中的高頻振動(dòng)

由于高頻振動(dòng)在巖土中傳播時(shí)衰減快，而且振動(dòng)頻率與構(gòu)筑物的固定頻率不一致，因此爆破振動(dòng)中的高頻成份對構(gòu)筑物的影響很小，研究產(chǎn)生高頻振動(dòng)成份較高的爆破方法，可達(dá)到降震的目的。

④提高延時(shí)精確性

起爆器材雷管的精確延時(shí)，是近些年發(fā)展起來的有效的爆破震動(dòng)控制新技術(shù)。選擇適當(dāng)?shù)难悠跁r(shí)間能使波形相互干擾達(dá)到降震的目的。然而，有效的延時(shí)降震技術(shù)還有賴于建立準(zhǔn)確延時(shí)間隔確定方法，以及起爆材料的精度。

⑤選擇適當(dāng)?shù)恼ㄋ?/p>

炸藥的性能、爆轟參數(shù)對地震效應(yīng)影響較大，特別是炸藥波阻抗與界質(zhì)波阻抗匹配問題影響更大。炸藥波阻抗不同，其爆震的強(qiáng)度不同，隨著炸藥波阻抗的增大，其質(zhì)點(diǎn)振速、振幅也相應(yīng)增大。

⑥選擇適當(dāng)?shù)难b藥結(jié)構(gòu)

裝藥結(jié)構(gòu)對爆破地震效應(yīng)有明顯的影響，因此改變裝藥結(jié)構(gòu)可以控制地震效應(yīng)，通常采用空氣間隔裝藥，變更炸藥包直徑等。

2.2 飛石安全距離計(jì)算及防護(hù)技術(shù)

（1）飛石安全距離計(jì)算

正常的臺階爆破，飛石一般不會(huì)太遠(yuǎn)，但是當(dāng)堵塞長度過小或最小抵抗線過大而形成爆破漏斗效應(yīng)，以及巖層中含有軟夾層時(shí)，個(gè)別飛石可能飛散得很遠(yuǎn)，有時(shí)可能飛出1千米，計(jì)算飛石距離可利用以下公式:

式中:R——飛石的飛散距離，（m）；

g——重力加速度，（m／s2）；

v0——飛石的初始速度，（m／s）。

式中:Q——裝藥量，（kg）；

W——最小抵抗線，（m）。

對于計(jì)算出的R還應(yīng)考慮爆破點(diǎn)的位置，安全保護(hù)區(qū)低于爆破點(diǎn)的位置，應(yīng)增加距離，反之應(yīng)減少；無論計(jì)算結(jié)果如何，該距離不得小于國家安全規(guī)程規(guī)定的200m安全距離。

（2）飛石安全防護(hù)技術(shù)

露天深孔爆破的飛石主要產(chǎn)生于孔口和前排，造成孔口飛石有兩個(gè)原因:一是堵塞不嚴(yán)，產(chǎn)生沖炮并帶出孔口松動(dòng)巖石；二是裝藥過多，堵塞長度不夠，使孔口石塊飛出。造成前排飛石的主要原因是前排臨空面不平，最小抵抗線差異較大，或結(jié)構(gòu)面切割，甚至裂縫于炮孔貫通。對于孔口飛石，防護(hù)措施可在孔口加壓砂包，就能夠既消除沖炮隱患，又能限制孔口松動(dòng)石塊的飛出，同時(shí)又能有效地降低大塊率。對前排飛石的防護(hù)，一方面可采用多排微差爆破，減少前排出現(xiàn)次數(shù)；另一方面，可根據(jù)前排抵抗線和結(jié)構(gòu)面變化情況，在抵抗線太薄的位置堵塞巖粉作間隔裝藥。如果使用銨油炸藥，必須防止過量的炸藥流入前排裂縫，否則必將造成大量飛石。一旦發(fā)現(xiàn)炮孔與貫通裂縫或空洞相連，應(yīng)將該段炮孔堵塞，分段裝藥。如果發(fā)現(xiàn)有過量銨油流入裂縫中，必須注水溶解，然后再回填石沫堵塞裂縫貫通段。個(gè)別飛石的飛散距離與爆破方法、最小抵抗線的大小、堵塞長度和堵塞質(zhì)量、孔間或排間毫秒延期時(shí)間、地形地質(zhì)構(gòu)造以及氣象條件有關(guān)。為了防止飛石的產(chǎn)生，工程技術(shù)人員在爆破設(shè)計(jì)和施工時(shí)，一定要根據(jù)爆破條件的變化合理確定單位炸藥消耗量和爆破參數(shù)，保證炮孔的堵塞長度和堵塞質(zhì)量，以及采取以上種種措施。

2.3 爆破沖擊波安全距離的計(jì)算與防護(hù)技術(shù)

（1）爆破沖擊波安全距離的計(jì)算

式中:R——沖擊波的安全距離，（m）；

K——為系數(shù)，有掩體取15，無掩體取30；

Q——為最大一段起爆藥量，（kg）。

（2）爆破沖擊波安全防護(hù)技術(shù)

為了減少爆破沖擊波的破壞作用，可以從兩方面采取措施，一是防止產(chǎn)生強(qiáng)烈的空氣沖擊波；二是利用各種條件來削弱已經(jīng)產(chǎn)生了的空氣沖擊波。通過合理確定爆破參數(shù)、避免采用過大的最小抵抗線，防止產(chǎn)生沖天炮，選用合理的微差起爆方案和微差間隔時(shí)間，保證巖石能充分松動(dòng)，消除夾制爆破條件；保證堵塞質(zhì)量，防止高壓氣體從孔口沖出；推廣導(dǎo)爆管和電雷管起爆，盡量不用高能起爆索起爆。這些措施都能提高爆破時(shí)爆炸能量利用率，有效防止產(chǎn)生強(qiáng)烈空氣沖擊波。此外，盡量避免爆區(qū)正面朝向被保護(hù)物，無法避免時(shí)也應(yīng)將建筑物的門窗打開，必要時(shí)搭設(shè)防護(hù)架。

2.4 起爆網(wǎng)絡(luò)安全起爆技術(shù)

如果用電爆網(wǎng)絡(luò)，則要根據(jù)爆區(qū)氣象水文條件、爆破要求、成本等方面綜合考慮，選用普通瞬發(fā)、秒、毫秒延期電雷管，以及抗雜電雷管，無起爆藥雷管，預(yù)防雜散電流，雷電等的影響，提高電爆網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性，防止發(fā)生早爆事故。導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)由于操作簡單，不受外來電影響（雷電除外），成本低，可實(shí)現(xiàn)等間隔微差起爆，并且起爆段數(shù)和炮孔不受雷管段數(shù)限制而得到廣泛推廣應(yīng)用。缺點(diǎn)是起爆前無法用儀器檢查；爆區(qū)太長或延期段數(shù)太多時(shí)，采用孔外延期網(wǎng)絡(luò)容易被空氣沖擊波或地震波、飛石破壞網(wǎng)絡(luò)；在高寒地區(qū)塑料管硬化會(huì)惡化導(dǎo)爆管的傳爆性能。推薦使用新型導(dǎo)爆管發(fā)射四通多閉合起爆網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn):（1）整個(gè)起爆網(wǎng)絡(luò)呈網(wǎng)格狀多通道，傳爆方向四通八達(dá)，個(gè)別雷管或?qū)П艿娜毕莶挥绊懻麄€(gè)起爆網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)爆性；（2）對于每個(gè)雷管至少有兩個(gè)方向傳遞爆轟波，起到雙保險(xiǎn)作用；（3）整個(gè)起爆網(wǎng)絡(luò)中只要一個(gè)結(jié)點(diǎn)被擊發(fā)，即可使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)起爆；（4）網(wǎng)絡(luò)連接操作簡單，便于檢查；（5）起爆雷管不受限制，可以把封閉的網(wǎng)絡(luò)無限擴(kuò)展然后單點(diǎn)或多點(diǎn)擊發(fā)，以起爆整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

3 預(yù)防根底、降低大塊率

3.1 預(yù)防根底的產(chǎn)生

3.1.1 根底產(chǎn)生的原因

露天深孔爆破產(chǎn)生根底的原因很多，綜合起來有以下幾個(gè)方面:

（1）設(shè)計(jì)不合理?？拙W(wǎng)參數(shù)過大或過小都會(huì)產(chǎn)生根底，孔網(wǎng)參數(shù)過大，深孔炸藥產(chǎn)生的能量不足以克服抵抗線的阻力，產(chǎn)生根底。反之，孔網(wǎng)參數(shù)過小，尤其是后排孔，炸藥爆炸能量過大，產(chǎn)生強(qiáng)烈后沖，這樣使下一輪爆破的前排臺階坡面角變緩，由于鉆孔（垂直孔）等方面的技術(shù)原因，使前排孔抵抗線增大，從而產(chǎn)生根底。其次，爆破設(shè)計(jì)不合理，使爆破有拒爆孔，這樣就必然產(chǎn)生根底，此外，所用炸藥與巖石不匹配也會(huì)產(chǎn)生根底。

（2）施工管理不善。由于孔深不夠或有的炮孔積水較深藥不沉底，以及孔內(nèi)掉有過多粉塵和雜物，未妥善處理，使裝藥不到位，或在裝藥施工中藥塊闊整袋的炸藥直接裝孔，由于孔內(nèi)氣體排不出，而出現(xiàn)卡孔等原因使炮孔底部至裝藥的地方出現(xiàn)空白段，這樣極易產(chǎn)生根底。

（3）復(fù)雜的地質(zhì)原因。如孔從斷層或軟弱帶邊上穿過，炮孔爆破后，爆炸能量從斷層或軟弱帶沖出，也有使前面巖石得不到破碎而留下根底。

3.1.2 根底的預(yù)防及措施

（1）統(tǒng)一規(guī)劃、合理設(shè)計(jì)。無論是什么地質(zhì)類型、什么規(guī)模的露天礦，在生產(chǎn)時(shí)期和同一個(gè)時(shí)期在不同的地點(diǎn)，都會(huì)遇到具有不同巖性或不同風(fēng)化程度的巖石，這種不同巖性或不同風(fēng)化程度的巖石，往往都具有不同的可爆性。因此，有必要按它們的可爆性進(jìn)行合理的分類，統(tǒng)一規(guī)劃，對不同可爆性的巖石類，逐一進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再到實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行檢驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)際的爆破效果進(jìn)行調(diào)整形成標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，這樣就可有效地預(yù)防根底的產(chǎn)生。

（2）選用合適的炸藥使之與巖石匹配。研究與理論分析表明:當(dāng)炸藥的密度與爆速之乘積和被爆巖石的聲阻抗（即巖石密度與縱波波速的乘積）相近時(shí)，炸藥能可以有效地傳遞到被爆巖體中，這樣有利于巖體的破壞，有利于克服根底。否則，在堅(jiān)硬巖石中使用低爆速低密度的炸藥，往往會(huì)產(chǎn)生根底，而在比較松軟的巖石內(nèi)，用高爆速高密度的炸藥會(huì)引起后沖，當(dāng)后沖嚴(yán)重時(shí)也會(huì)給下次爆破造成根底。

（3）消除隱患，防止拒爆。炮孔拒爆是引起不良后果的一個(gè)重要原因。這不僅使炮孔所負(fù)擔(dān)的巖石得不到較好破碎，出現(xiàn)根底，而且還會(huì)使后排孔出現(xiàn)根底，因此在露天深孔爆破中，必須防止拒爆。在大區(qū)爆破中，一次所爆破孔數(shù)較多，此時(shí)更應(yīng)注意嚴(yán)格按操作規(guī)程操作。

（4）加強(qiáng)生產(chǎn)管理。首先應(yīng)按設(shè)計(jì)并根據(jù)現(xiàn)場的情況進(jìn)行布孔。在鉆機(jī)打完孔后，對每個(gè)孔都要進(jìn)行驗(yàn)收和記錄，對不合要求的孔要根據(jù)情況進(jìn)行處理，如孔深不夠要返工，偏斜較大的把原孔堵塞，在附近恰當(dāng)?shù)奈恢弥匦麓蚩?。在裝藥前，對每個(gè)孔要重新進(jìn)行檢測，對水孔和有粉塵的孔要吹孔，并使之符合設(shè)計(jì)要求。嚴(yán)禁整袋或大塊的裝藥，以防卡死。

（5）增加臨近系數(shù)，改變起爆順序，采用“V”型或“斜”型起爆。國內(nèi)外的研究和實(shí)踐證明，采用寬孔距爆破，能夠有效地改善破碎質(zhì)量。采用寬孔距爆破對于克服底盤阻力即根底也是同樣有效的。由于鉆機(jī)的技術(shù)原因及臺階邊坡角等幾何因素的制約，在靠近臺階的前排孔要想縮小它的抵抗線幾乎是不可能的，它往往由臺階的幾何要素決定。因此我們只能通過改變微差爆破的起爆順序來增大炮孔爆破時(shí)的實(shí)際臨近系數(shù)。采用“V”型或“斜”型起爆順序是十分有效的。

（6）如遇具體情況要及時(shí)處理。礦山實(shí)際生產(chǎn)中常遇到各種各樣的問題，因此要求我們在生產(chǎn)中要靈活掌握，根據(jù)不同的情況采取一些相應(yīng)的措施。

如果遇到上次爆破后沖較大，使本次爆破的臺階邊坡角延緩，首先要校核底盤抵抗線，若底盤抵抗線不是特別大，可通過適當(dāng)增加超深（1～2m，超深過大是毫無作用的），把底部炸藥改成高威力炸藥，后排仍然是正常裝藥，這樣就能克服根底。若底盤抵抗線大了很多，可根據(jù)計(jì)算把前排單孔附近再加一孔甚至可以是雙孔，所加炮孔只是在底部裝2～3m長的炸藥。

如果在某些挖塹溝地段或別的原因使臺階高度有變化，此時(shí)除了正常孔增加孔深、增加裝藥外，還應(yīng)特別注意前排孔，當(dāng)?shù)妆P抵抗線增大時(shí)可按上面方法進(jìn)行處理。

如果遇到臺階底部突出部分，可預(yù)先進(jìn)行根底處理，免得形成更大的一片根底，給生產(chǎn)造成被動(dòng)。

如果遇到斷層或軟弱帶或軟弱夾層，應(yīng)該調(diào)整設(shè)計(jì)，以地質(zhì)斷層為基點(diǎn)布孔，防止孔與斷層軟弱帶太近出現(xiàn)沖炮而引起根底。

3.2 降低大塊率

3.2.1 大塊產(chǎn)生的原因

一般說來，露天礦爆破時(shí)前排炮孔和炮孔上部充填部位極易產(chǎn)生大塊，因臺階上部和邊緣受到前次爆破的破壞，導(dǎo)致前排穿孔時(shí)成孔率低，造成抵抗線過大，炸藥單耗降低，自然裂隙受到擴(kuò)張而產(chǎn)生新的裂隙，爆破時(shí)很容易沿裂隙松動(dòng)，在一定的裝藥條件下，獲得的爆破能量減少。天然節(jié)理、裂隙是爆破產(chǎn)生大塊的重要原因，在采用柱狀裝藥條件下，炸藥爆炸瞬間形成的沖擊波造成藥包周圍巖石被極度壓碎，形成粉碎區(qū)，而一部分能量通過巖石裂隙散發(fā)出來，裂隙越多爆炸沖擊波的能量衰減就越多。另外，裂隙中過厚軟弱夾層的存在，減弱了炸藥爆炸沖擊波和氣體破碎的能量，使炮孔充填部位的巖塊在沒來得及破碎時(shí)，就被推倒爆堆中形成原生巨塊。

3.2.2 降低大塊的措施

3.2.2.1 選取合理的爆破參數(shù)

在確定爆破地段的爆破參數(shù)時(shí)，要對所爆礦巖的的力學(xué)指標(biāo)、地質(zhì)構(gòu)造、場所條件進(jìn)行全面透徹的了解和確認(rèn)，當(dāng)爆破自由面有根底時(shí)第一排炮孔要加大超深，布孔必須均勻并確保鉆孔質(zhì)量；在有條件的情況下盡量使用大孔徑鉆孔，對難爆礦巖要適當(dāng)增加炸藥單耗，對孔口的填塞要按要求完成。

3.2.2.2 優(yōu)化爆破方案

根據(jù)爆破工作面的具體情況，采取多樣化的布孔形式（三角形、矩形、方形）和起爆方式（V形、斜線、梯形起爆），廣泛推廣擠壓爆破技術(shù)，使先爆炮孔為后爆炮孔提供更多更好的自由面，同時(shí)可加大二次碰撞次數(shù)，改善礦巖破碎塊度，降低爆破大塊率。

3.2.2.3 優(yōu)化裝藥結(jié)構(gòu)

由于為了裝藥方便，一般在裝藥時(shí)采用連續(xù)不偶合的裝藥結(jié)構(gòu)，炸藥單耗較高，且由于礦巖裂隙的存在，炸藥被無效消耗，不能起到既節(jié)省又改善破碎度的作用，因此，要采用空氣間隔或分段裝藥技術(shù)，可有效延長爆破作用時(shí)間，增大爆炸沖擊量，達(dá)到降低爆破大塊率的目的。

4 確保邊坡穩(wěn)定

隨著露天礦向下延伸，邊坡穩(wěn)定問題日益突出，為了保護(hù)邊坡，臨近邊坡的爆破要嚴(yán)加控制，一般采用微差爆破、預(yù)裂爆破和光面爆破。

4.1 采用多段微差爆破減震

采用多段微差爆破可減少每段爆破裝藥量，即使不能完全分離各段爆破的震動(dòng)，但可以使各段震波的“主震相”得到某種程度的分離，從而在實(shí)際上呈現(xiàn)各段爆破的單獨(dú)作用，使得多段微差爆破所引起的震動(dòng)不決定于總藥量，而決定于一段藥量的大小。如此可有效減少爆破震動(dòng)對邊坡的影響。

4.2 采用預(yù)裂爆破隔離邊坡

臨近邊坡的預(yù)裂爆破就是沿邊坡界線鉆鑿一排較密的平行鉆孔，每孔裝入少量炸藥，在采掘帶未爆破之前先行起爆，從而獲得一條有一定寬度并貫穿各鉆孔的裂縫。由于這條預(yù)裂縫將采掘帶和邊坡分隔開來，隨后采掘爆破的地震波在裂縫面上將產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射，使得透過它的地震波的強(qiáng)度大為削弱，從而保護(hù)邊坡。

4.3 采用光面爆破隔離邊坡

臨近邊坡的光面爆破，就是沿邊坡界線鉆鑿一排較密的平行鉆孔，在孔內(nèi)裝入少量炸藥，在采掘鉆孔爆破之后再進(jìn)行起爆，從而沿密集鉆孔形成平整的巖壁。如果不采用光面爆破，邊坡面巖壁參差不齊，松動(dòng)巖石或散巖較多，對下部工作面構(gòu)成嚴(yán)重的安全隱患，因此必須在臨近邊坡的巖壁采取光面爆破。在進(jìn)行光面爆破時(shí)，關(guān)鍵是確定合理的爆破參數(shù)，縮小抵抗線距離和孔間距離，采用間隔不偶合裝藥，使用爆速低傳爆性能好的低威力炸藥。

5 結(jié)語

露天深孔爆破技術(shù)的內(nèi)容非常廣泛，本文只從安全控制、預(yù)防根底、降低大塊率、確保邊坡穩(wěn)定等幾個(gè)主要方面進(jìn)行了初步的探討，只要較好地解決了這些問題，將對確保礦山安全、提高總體經(jīng)濟(jì)效益起到十分重要的作用。

［1］陶頌霖.爆破工程［M］.冶金工業(yè)出版社，1979.

［2］龍維淇.爆破工程下［M］.冶金工業(yè)出版社，1992.

［3］王華鋒.降低爆破大塊率技術(shù)方案的探討［J］.礦業(yè)工程，2007，（5）:36－38.