秦贵成

（1.山西潞安环保能源开发股份有限公司,山西 长治046000；2.山西潞安矿业（集团）有限公司瓦斯研究院，山西 长治046204）

台阶爆破因有利于使用先进的爆破技术，因此越来越多地被应用于场地平整、矿山开采、水利水电设施建设、铁路与公路路堑成形等工程建设的诸多领域[1]。露天矿一般是以台阶爆破的方式进行开挖，台阶爆破中边坡保护区域的爆破施工显得尤为重要，保护区域爆破后边坡成型效果好坏将直接影响到后期边坡维护的成本以及边坡煤矿的开采。

关于边坡保护区域预裂爆破施工方面的研究也比较多。例如，董英健[2]等通过设置减震孔比较明显的降低了爆破引起的振动；丁银贵[3]通过优化爆破参数和起爆方式有效地改善了边坡爆破效果；李成志[4]为了增加边坡的稳定对爆破保护区域进行了有效爆破降震处理，通过长时间的实践证明所采用的方法的可靠性；王浩等[5,6]通过改进型不耦合装药预裂爆破技术，提高了爆破质量降低了施工成本；南建军[7]通过改变装药结构和增加底部聚能的方式有效减小了大块率，提高了爆破效果；衣方[8]等在某石灰矿中应用空气间隔装药有效改善了该矿的爆破质量。上述研究都从不同方面改善了爆破效果。安家岭露天煤矿在台阶爆破过程中边坡成型效果差，为此，对上述学者的研究成果进行综合利用，优化预裂爆破方案，通过改变装药结构和增加相关装置的方式改善了爆破效果。

1 爆破方案对比

1.1 初始爆破方案

该矿施工时采用垂直深孔松动爆破法，多排孔微差爆破，起爆方式为非电微差起爆。在被保护边坡区域施工时在边坡处进行预裂爆破，具体孔网参数为:①孔径165 mm;②孔深11.5 m;③孔网参数间距×排距=6 m×3 m;④钻孔倾角70°;⑤装药长度4.6 m;⑥装药密度850 kg/m3;⑦装药量83.6 kg;⑧台阶高度10 m;⑨台阶倾角70°。

预裂爆破孔装药结构采用间隔不耦合装药，将炸药卷绑在竹片上进行间隔装药，装药结构及炮孔布置如图1。

图1 装药结构及炮孔布置

1.2 优化后爆破方案

根据该台阶以往爆破效果来看，边坡成型效果较差，比较破碎。造成该问题的原因主要是炸药爆炸时产生的爆轰波作用在保护区域对要保护区域的边坡岩体破坏过大，导致边坡岩体成型效果较差。在预裂孔与前1 排炮孔之间未设置减震孔，前1 排起爆孔对边坡也有一定的破坏作用。由于预裂孔间隔较大，爆破后边坡面平整度较差，大多数预裂孔未贯通，炮孔残留率较低。

因此对爆破方案进行优化，在预裂炮孔与前1排炮孔之间设置1 排炮孔起到缓冲的作用；调整预裂孔孔网参数，增加预裂孔数量，减小单孔装药量，来改善超挖与欠挖现象；由于预裂孔倾角为70°而前1 排炮孔为90°因此底部炸药爆破量要小于炮孔上部爆破量，在每个炮孔装药时减小底部装药，增加上部药量，使炸药爆破量尽可能的均匀。优化后的装药结构及炮孔布置如图2。

图2 优化后的装药结构炮孔布置情况

2 参数优化后爆破效果

2.1 爆破块度

爆破效果中，爆破块度是一项重要的衡量指标，在许多大型岩石块度测量中，使用人工实地测量或采用高速摄像结合块度软件分析。爆破施工后采用加拿大的WipeWare 块度软件进行分析，该软件使用简单，操作方便。爆破后及时使用无人机对采场进行拍照，使用安全帽作为参照物进行对比，在分析时先设置好相关参数，参数设置完成后使用软件进行分析，分析完成后计算机中会给出爆区块度分布情况。

WipeWare 块度分析软件分析结果显示经过爆破方案参数优化，开采矿物大块率由原来的7.8%下降到2%。该部分大块主要是改变了预裂孔孔网参数使炸药能量得到充分利用岩体破碎更充分。

2.2 爆破振动

震动参数监测是爆破效果评价中的重要指标之一，为减少爆破地震危害，本次爆破采用毫秒微差爆破技术加以控制，减少单段爆破的药量，同时利用应力波相互干涉，以减弱爆破震动峰值和振速，本次爆破预裂孔同时起爆爆破为20 个，最大同时起爆药量为。采用下式估算爆破震动安全距离[9]：

式中：Rd为爆破地震波危险半径，m（按地表建筑物安全确定）；Kd为岩石性质系数，150；V 为允许地震速度1.0 cm/s；α 为爆破性质系数1.5；Q 为最大单响装药量，2 400 kg

计算后得到Rd=384 m。距离爆区最近的建筑物在2 km 以上，爆破地震计算结果满足爆破安全要求。

本次震动监测采用CBSD-VM-M01 网络测振仪对矿区指挥中心进行监测，该型测振仪较原来的测振仪在探测精度和操作方面都有明显的优势，测深仪传感器是通过无线局域网络来传输数据，可以同时采集x、y、z 3 个方向上的振动数据，参数采集完成后可以同步传输生产3 个通道的波形图。通过监测结果显示x 方向的振幅为0.053 7 cm/s，主频为37.078 Hz；；y 方向上的振幅为0.069 5 cm/s，主频为5.95 Hz；z 方向上的振幅为0.045 1 cm/s，主频为7.32 Hz。由此可知进行参数优化后的爆破产生的振动不会对周围的建筑物产生破坏。

2.3 爆破飞石情况和边坡成型质量

爆破孔内药量过大、充填高度不够、充填质量达不到要求等都会引起飞石超出安全距离。飞石的安全距离一般为15 倍或16 倍的炮孔直径[10]：

式中：RF为爆破引起飞石的安全距离，m；d 为炮孔直径，cm。

RF=225～240 m。因此警戒距离拟设定为240 m。

在施工时采用5KF10 千眼狼高速摄影仪对爆破过程中产生的飞石进行抓拍，千眼狼最大分辨率为1 280×860。将摄影仪摆放在爆破自由面侧翼，近距离拍摄，用棉絮给高速摄影仪做机身、镜头使用防弹玻璃防护，设置拍摄频率、最大分辨率，调好镜头焦距，设置帧率、视频保存时间。使用起爆器起爆，同时，按下拍摄按钮，即开始拍摄爆破飞石情况。拍摄到的最远的飞石为186 m，实际监测到的最大飞石距离在理论范围内。由此可知进行参数优化后的爆破飞石落于安全距离内。

对爆破方案参数进行优化后，勘察边坡成型质量时发现，除渣完成后可见边坡预裂缝全部贯通，边坡平整度较高，超挖与欠挖未超过15 cm，残留炮孔率在70%～85%，边坡成型质量明显好于未进行爆破方案参数优化的原边坡平整度。

3 结 语

该矿台阶爆破方案参数优化后爆破效果明显改善，通过对孔网参数以及装药结构进行优化后，使炸药能量得到充分利用岩体破碎更充分，WipeWare 块度分析软件分析结果显示大块率由原来的7.8%下降到2%，下降率明显。

在爆破最大振幅及频率符合规程规定以及爆破飞石距离在安全范围内时，爆破参数优化后爆破后边坡预裂缝全部贯通，边坡平整度较高，超挖与欠挖在标准要求范围内，残留炮孔率在70%～85%，边坡成型质量及效果得到较大的改善，表明爆破参数优化后效果明显，满足矿方安全高效生产需要。