費(fèi)水華,毛益松,崔志勇,陽華,秦勝剛

(1.桂林靈川縣洋華建材有限公司, 廣西 桂林市 541299;2.國防科技大學(xué), 湖南 長(zhǎng)沙 410073)

1 工程概況

桂林市靈川縣洋華建材有限公司采礦標(biāo)高為＋445.1 m至＋195 m,整個(gè)采區(qū)呈長(zhǎng)方形分布,南北邊線起始寬度大約1090 m,東西邊線終結(jié)寬度大約690 m,礦區(qū)面積0.423 7 k m2。年生產(chǎn)規(guī)模300萬t,高峰期平均每天計(jì)劃爆破開挖方量約5000 m3,每天爆破1～2次,爆破炸藥用量約1500 kg,雷管100余發(fā)。該地形為凸形山坡,屬中堅(jiān)硬石灰?guī)r,其巖石硬度普氏系數(shù)f=6～10。礦區(qū)東側(cè)400 m為鋼構(gòu)架生產(chǎn)廠房、550 m處為磚混結(jié)構(gòu)生活用房,其余方向300 m內(nèi)沒有建筑物,周圍環(huán)境較好,符合爆破開采條件。該礦自2017年以來,全面實(shí)施由工業(yè)數(shù)碼電子雷管替代導(dǎo)爆管雷管,在礦山深孔爆破優(yōu)化、電子雷管使用方法上,尤其是在臺(tái)階上面采用垂直深孔爆破的同時(shí),在坡底下采用輔助性水平深孔爆破技術(shù),有效克服根底,加快了爆破進(jìn)度。本文結(jié)合工程實(shí)踐介紹了水平深孔爆破技術(shù)應(yīng)用條件,及其爆破參數(shù)和施工工藝,可為類似工程應(yīng)用提供參考。

2 爆破設(shè)計(jì)方案及水平深孔爆破原理

該采石場(chǎng)自上而下臺(tái)階式開采,使用多臺(tái)ZGGA440型整體式液壓潛孔鉆機(jī)穿孔—挖掘機(jī)翻碴轉(zhuǎn)運(yùn)挖裝—自卸汽車運(yùn)輸?shù)氖┕すに?。爆破臺(tái)階高度以15 m為主,少數(shù)臺(tái)階高度約30 m,在臺(tái)階頂面布置2～3排炮孔垂直深孔爆破,為克服臺(tái)階下盤抵抗線過大、減少根底,在臺(tái)階坡底布置1～2排水平深孔進(jìn)行輔助爆破開采。將臺(tái)階頂面炮孔和臺(tái)階坡底炮孔相對(duì)應(yīng)分成多個(gè)獨(dú)立區(qū)域,臺(tái)階頂面每個(gè)獨(dú)立區(qū)域炮孔設(shè)計(jì)為對(duì)角形(斜線)逐孔起爆、臺(tái)階坡底每個(gè)獨(dú)立區(qū)域炮孔設(shè)計(jì)為同時(shí)起爆的爆破網(wǎng)路。

輔助性水平深孔爆破主要是用來處理臺(tái)階底盤抵抗線過大的情況,炮孔布置的軸線指向坡面。水平深孔爆破和其他爆破一樣,主要利用爆生氣體及爆炸應(yīng)力波來破壞巖體,但水平深孔爆破同時(shí)還利用巖體自重使炮孔上部部分巖體墜落來破碎巖體,因此水平深孔爆破破壞范圍比較大,且基本無根底產(chǎn)生。水平深孔爆破應(yīng)多孔同時(shí)起爆。多孔同時(shí)起爆使相鄰炮孔藥包爆炸的應(yīng)力波相疊,使巖層產(chǎn)生了縱橫交錯(cuò)的應(yīng)力波切割面,炮孔之間的巖層同時(shí)受到多向的壓縮、拉伸和剪切力作用,被爆巖層受到的振動(dòng)頻率和振幅得到了加強(qiáng),使得巖體產(chǎn)生眾多徑向和橫向裂紋,而后,隨著爆生氣體楔入這些裂縫并使之?dāng)U大和延伸后,將巖塊從自由面拋出。

3 爆破技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 臺(tái)階高度30 m

1#礦山第1平臺(tái)臺(tái)階高度30 m,采用2排水平深孔爆破。平臺(tái)頂部長(zhǎng)73.5 m、東西兩側(cè)寬6.5 m,中部寬8 m,平均取7.5 m;坡底長(zhǎng)78.5 m,平均寬度9 m;臺(tái)階高度30 m。經(jīng)計(jì)算爆破方量約20 175 m3,估算礦石53 460 t。

3.1.1 水平深孔爆破參數(shù)

(1)孔徑d。d=100 mm或115 mm。

(2)鉆孔角度。鉆孔角度指藥孔軸線與地平面的夾角,炮孔軸線指向坡面布置2排孔,雙排孔的下排孔向下微傾斜,β=0～5°;雙排孔的上排孔向上傾斜,β=10°～15°。

(3)最小抵抗線W。本工程炮孔直徑采用Φ100 mm下W一般不小于4 m。

(4)孔深L水。由于水平孔爆破無根底產(chǎn)生,炮孔深度不考慮超深。根據(jù)臺(tái)階頂面爆破寬度確定,L水=8～10 m。

(5)孔距a。根據(jù)多次水平孔爆破經(jīng)驗(yàn)及爆破原理,孔距a=2.0～2.7 m。

(6)排距b。下排孔沿下平臺(tái)底線鉆孔;上排孔按a=(0.8～1.0)b計(jì)算,為方便鉆孔和裝藥填塞,b=1.5～1.8 m。

(7)炸藥單耗q。水平深孔爆破單耗取q=0.35 kg/m3,或按線裝藥密度q線=4.7 kg/m計(jì)算。

(8)堵塞長(zhǎng)度L d。單自由面情況下水平孔爆破中堵塞長(zhǎng)度一般不小于3.0 m。

3.1.2 垂直深孔爆破參數(shù)

本礦山經(jīng)過多次爆破實(shí)踐,垂直深孔爆破參數(shù)選擇比較成熟,爆破參數(shù)如下。

(1)藥孔參數(shù):孔徑d=100 mm;底盤抵抗線W1=4.0～4.5 m;臺(tái)階總高度H=30 m(垂孔長(zhǎng)27.5 m,兩平孔間隔1.5 m,垂孔和平孔間隔1.0 m);鉆孔角度θ=81°～82°;孔距a=4.3～4.5 m;排距b=4.3～4.5 m;垂直孔深度L垂=28 m;垂直孔裝藥長(zhǎng)度l1=24 m。

(2)裝藥量計(jì)算。炸藥單耗:q=0.3～0.375 kg/m3;單孔藥量:前排Q1=165 kg,后排Q2=171 kg。

(3)填塞長(zhǎng)度:l2=3.6 m。

3.1.3 炮孔布置

平臺(tái)頂面垂直2排炮孔30個(gè),多采用交錯(cuò)布置形式;臺(tái)階坡底設(shè)置2排水平炮孔共57個(gè),可矩形或呈三角形布置,總孔數(shù)87個(gè)(見圖1)。

3.1.4 起爆網(wǎng)路

平臺(tái)頂面分成4個(gè)爆破區(qū)域,每個(gè)爆破區(qū)域炮孔分別為8孔、8孔、9孔和5孔,臺(tái)階頂面炮孔設(shè)計(jì)為對(duì)角形(斜線)逐孔起爆、平臺(tái)頂面網(wǎng)路延時(shí)時(shí)間即孔間時(shí)間20 ms,排間時(shí)間20 ms,網(wǎng)路總延時(shí)時(shí)間600 ms。臺(tái)階坡底和平臺(tái)頂部相對(duì)應(yīng)分成4個(gè)爆破區(qū)域,雷管延期時(shí)間分別設(shè)為160 ms、320 ms、500 ms、600 ms,如圖1所示。

圖1 炮孔布置及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

3.2 臺(tái)階高度17 m

近幾年,相關(guān)部門和規(guī)程要求臺(tái)階高度不宜超過15 m。因此,對(duì)臺(tái)階高度17 m采用1排水平深孔爆破,在1#礦山第三平臺(tái)正東面進(jìn)行試驗(yàn)。臺(tái)階長(zhǎng)度62.5 m,寬度11.5,臺(tái)階高度17 m,經(jīng)計(jì)算爆破方量約12 218 m3,估算礦石32 378 t。

3.2.1 爆破參數(shù)

垂直深孔爆破和水平深孔爆破參數(shù)基本同臺(tái)階高度30 m,見表1。

表1 臺(tái)階高度17 m時(shí)爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

3.2.2 起爆網(wǎng)路

臺(tái)階頂面和坡底炮孔作業(yè)面分成3個(gè)爆破區(qū)域。臺(tái)階頂面炮孔設(shè)計(jì)為對(duì)角形(斜線)逐孔起爆、平臺(tái)頂面網(wǎng)路延時(shí)時(shí)間即孔間時(shí)間20 ms,排間時(shí)間20 ms,網(wǎng)路延時(shí)時(shí)間840 ms。臺(tái)階坡底3個(gè)爆破區(qū)域雷管延期時(shí)間設(shè)定為280 ms,560 ms和840 ms。

4 爆破效果分析及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

4.1 爆破效果分析

兩次爆破效果經(jīng)過錄相視頻反復(fù)觀察,首先爆破巖體拋擲明顯,前撲出去近40 m的距離,而后部分拋擲屬于正?，F(xiàn)象。爆破后的爆堆形態(tài)較均勻,前撲明顯,后排破裂線整齊,目測(cè)表面無大塊度,中間和后排均無隆起,經(jīng)對(duì)采裝過程跟蹤發(fā)現(xiàn),大塊率極低,爆破塊度達(dá)到裝運(yùn)破碎要求,開挖后底部無根坎,爆破振動(dòng)符合設(shè)計(jì)要求,爆破效果完美。爆破瞬間和爆破效果見圖2。

圖2 爆破瞬間和爆破效果圖

4.2 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

臺(tái)階高度30 m和17 m的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 臺(tái)階高度30 m深孔爆破參數(shù)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

5 體會(huì)

(1)裝藥前先精確測(cè)量炮孔抵抗線,優(yōu)化炮孔裝藥結(jié)構(gòu)。采石場(chǎng)放樣炮孔一般有角度板(標(biāo)定炮孔角度)、米尺(標(biāo)定鉆孔傾斜角度)和50 m皮尺及紅色噴漆(標(biāo)定炮孔間距)?？刹捎眉す鉁y(cè)繪儀精確測(cè)量前排炮孔抵抗線,根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果確定裝藥結(jié)構(gòu),即在炮孔大時(shí)抵抗線段炸藥連續(xù)裝藥,在炮孔小時(shí)抵抗線段采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)。如用人工肉眼觀測(cè)炮孔抵抗線,一是在危險(xiǎn)的臺(tái)階邊緣觀察,不能保障爆破作業(yè)人員安全;二是測(cè)得炮孔抵抗線信息不全面;三是根據(jù)炮孔抵抗線大小精細(xì)化裝藥,可保證足夠的炸藥約束,避免炮孔抵抗線過小時(shí)產(chǎn)生飛石,以及炮孔抵抗線過大時(shí)產(chǎn)生大塊。

(2)當(dāng)垂直深孔抵抗線不一致時(shí)將炸藥直接裝進(jìn)孔內(nèi)變成吊放裝藥的方法。當(dāng)垂直深孔抵抗線不一致時(shí),垂直深孔底部可以采取連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),直接往孔內(nèi)裝炸藥,此時(shí)線裝藥密度為6.25～7.0 kg/m左右;中部以上采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu),該方法在孔內(nèi)變吊放炸藥,線裝藥密度約4.15～5.0 kg/m,使炸藥單耗減少,保證巖石塊度。

(3)水平深孔爆破宜采用孔底起爆。水平深孔爆破起爆位置一般采用反向起爆方式。反向起爆的爆轟波向孔口方向傳播,由于孔壁和前方裝藥的約束,爆轟產(chǎn)物不能立即飛散,使其能量主要向巖體做功,緊跟在爆轟波后的是一個(gè)由爆轟產(chǎn)物形成的高壓區(qū),直到爆轟波傳至孔口為止。從上述分析可知,在單自由面情況下的水平孔爆破不宜采用孔口起爆,宜采用孔底起爆。