楼晓明，陈鹏辉

（1.福州大学紫金矿业学院，福州350116；2.福州大学爆炸技术研究所，福州350116）

威斯特铜矿临近边坡缓冲爆破技术研究

楼晓明1，2，陈鹏辉1

（1.福州大学紫金矿业学院，福州350116；2.福州大学爆炸技术研究所，福州350116）

在露天矿爆破开挖过程中，当边坡岩体节理裂隙发育，岩性破碎时，单采用预裂爆破或者光面爆破技术来控制边帮保留岩体是不够的。为充分利用缓冲孔和缓冲层的爆破降振作用，减弱爆炸荷载对边坡岩体的损伤，台阶靠帮时采用缓冲爆破技术维护边坡稳定性。通过优化缓冲爆破参数设计，采用间隔装药分段起爆方式，对威斯特铜矿2号露天采场进行缓冲爆破试验。试验结果与传统台阶爆破进行对比，缓冲爆破振动强度能够降低25%以上，并且台阶坡面相对平整，大块率降低20%左右，基本没有出现根底，爆破效果良好。

露天矿；缓冲爆破；控制爆破；边坡稳定性

露天开采中，爆破作业对台阶最终边帮岩体稳定性具有重要影响。随着矿山不断的深凹开采，台阶边坡角逐渐变陡，如何在保证生产效率的同时维护矿山边坡的稳定是众多矿山正在面临的一大课题［1－2］。威斯特露天铜矿位于青海省果洛藏族自治州，矿区地质情况复杂，围岩稳定性差，最终边坡多次发生不同规模的滑塌现象。除了不可抗拒的自然因素的影响外，频繁且大规模爆破引起的振动是边坡失稳的一个重要因素。在露天深孔台阶爆破中，通常采用微差爆破和预裂爆破等技术降低爆破振动［3－4］，减少对边坡保留岩体的损伤。但预裂爆破在威斯特铜矿岩性破碎的情况下，难以形成有效的预裂缝，而且施工比较繁琐，成本也高。工程实践表明，如果能够充分利用主爆孔和缓冲孔的综合作用，优化爆破参数和起爆顺序，可以在不需要预裂孔的情况下取得良好的爆破效果。

1 缓冲爆破设计

1.1 缓冲爆破机理分析

对于台阶爆破，缓冲爆破从实质上来说，类似于正常的台阶生产爆破，区别在于缓冲爆破孔因为考虑振动等原因而比正常孔装药药量和孔排距都减少。缓冲爆破是在保证爆破效果的前提下，沿着设计的最终境界线打一排或几排能保证破碎岩石但对基岩振动和损伤较小的加密炮孔，通过减小爆破孔网参数和单孔药量的方法，利用不耦合装药结构和毫秒微差雷管进行逐孔起爆技术，起爆顺序在主爆孔起爆后。使得边坡的振动强度仅受最后一排缓冲孔药量的控制，以此来减弱爆破荷载的作用范围，达到控制爆破后冲和振动效应，减少边坡岩体的损伤，维护边坡保留岩体的稳定［5－7］。

1.2 缓冲孔最大单响药量的确定

爆破振动的峰值速度，大小主要取决于同段爆破最大段药量。因此，采用Blast－UM型爆破测振仪，对矿区进行了15次爆破振动测试，每次布置4个测点，将得到的有效数据利用萨道夫斯基公式对其进行回归分析（如图1），得到三个垂直方向振动速度衰减规律，分别为：现场实际爆破振动频率为15～30Hz，根据《爆破安全规程》［8］对永久性岩石高陡边坡振动速度的规定，当爆破振动频率在10Hz＜f≤50Hz时，以上一级台阶内侧坡脚为控制点，振动速度须控制在8～12 cm/s。缓冲爆破时，末排缓冲孔距离上一台阶坡脚大于30m，通过反算可知，缓冲孔最大单响药量为178.79kg。

图1 Y轴振动速度回归Fig.1 Y－axis vibration speed regression

1.3 缓冲孔排间距的确定

缓冲孔的孔距和缓冲孔与主爆孔的距离是缓冲爆破设计的关键，为了控制缓冲爆破的破碎效果，同时能够不留根底，缓冲孔与主爆孔之间的距离应该以缓冲孔来估算底盘抵抗线。确定底盘抵抗线的方法主要有体积法、根据作业安全条件、按照钻孔直径和根据台阶高度四种方法。在缓冲爆破设计时，利用体积法估算底盘抵抗线与实际较为符合［7］，计算公式如下：

式中：d—炮孔的直径，dm；Δ—炮孔装药密度，g/cm3，取1.13；L—钻孔深度，取13.5～14m；H—台阶高度，12m；τ—装药系数，当H＝10～15m时，"取0.5；q—炸药单耗，取0.35～0.40kg/m3；m—炮孔密集系数，取1.0～1.2。根据上式计算可知，缓冲孔底盘抵抗线W1为4.84～5.36m。

3 现场试验

3.1 缓冲爆破参数

结合工程经验［4－6］，对2号露天采场4170平台进行缓冲爆破试验，台阶高度12m，孔径150mm，孔深13.5～14.0m，炸药采用2＃岩石硝铵炸药。主爆孔排距6m，孔距7m，单孔装药量125kg（优化前150kg）；缓冲孔距离末排主爆孔5m，孔距为主爆孔孔距的1/2，为3.5m；单孔装药量75kg。主爆孔和缓冲孔均采用分段装药结构（如图2），上段装药40%，下段装药60%，中间用岩粉作为间隔介质。主爆孔和缓冲孔孔内上段装药采用425ms、下段装药采用400ms孔内雷管分段起爆。主爆孔孔外第一排采用17ms高精度雷管，其余排炮孔均采用65ms高精度雷管，缓冲孔孔外采用17ms高精度雷管，在主爆孔起爆后逐孔起爆。

图2 装药结构图Fig.2 Sketch of charge structure

3.2 缓冲爆破效果

在距离爆源中心相同距离位置各布置三组振动速度测点，对比分析采用普通导爆管雷管排间起爆和采用高精度毫秒延期雷管逐孔起爆爆破效果。对比结果表明采用分段装药、毫秒延期的缓冲爆破振动明显低于传统爆破强度。在距离爆心147m处，传统爆破最大振速为1.725cm/s，缓冲爆破最大振速为1.286cm/s，振速降低25%；在距离爆心200 m处，传统爆破最大振速为1.049cm/s，缓冲爆破最大振速为0.466cm/s，振速降低56%；在距离爆心225m处，传统爆破最大振速为0.645cm/s，缓冲爆破最大振速为0.241cm/s，振速降低63%。同时，爆破后台阶后冲作用减少，坡面较为平整，大块率降低20%左右，基本没有出现根底，爆破效果良好，如图3。

图3 正常台阶爆破和缓冲爆破效果对比图Fig.3 Comparison of the effect between normal bench blasting and cushion blasting

5 结论

1）针对威斯特铜矿边坡地质条件复杂，围岩破碎，节理裂隙发育的情况，采用间隔装药分段起爆的缓冲爆破技术能够有效改善预裂爆破的不足，不仅降低了钻孔作业量，而且还降低了爆破的振动强度，减少了对围岩的损伤，有效地保持了边坡的稳定性。

2）通过在主爆孔和缓冲孔采用岩粉作为间隔介质分段起爆方式，有效地降低了最大单响药量，相对于传统连续装药结构，单孔药量减少25kg，综合成本节约0.32元/m3，具有可观的经济效益。

3）采用岩粉作为间隔介质的分段装药方式，成本低廉，取材方便，但施工要求较高，施工过程比连续装药复杂一些。

［1］邹智斌.预裂爆破在露天终了边坡中的应用［J］.江西冶金，2009，29（1）：17－19.

［2］刘 佳，鲁 海，崔颖辉，等 .边坡稳定性的动力影响因素分析［J］.北方工业大学学报，2009，21（1）：90－94.

［3］翁春林，张义平 .爆破振动及其控制技术的研究［J］.有色金属设计，2009，36（2）：5－8.

［4］陈士海，燕永峰，戚桂峰，等.微差爆破降震效果影响因素分析［J］.岩土力学，2011，32（10）：3003－3008.

［5］吕淑然，夏梦会，李金河，等.缓冲光面爆破技术在露天边坡中的应用［J］.金属矿山，2004（9）：1－3.

［6］郑炳旭，张光权，宋锦泉，等.露天金属矿山边坡缓冲爆破技术优化研究与应用［J］.爆破，2013，30（2）：7－11.

［7］张袁娟，黄金香，袁红.缓冲爆破减震效应研究［J］.岩石力学与工程学报，2011，30（5）：967－973.

［8］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.爆破安全规程GB 6722—2014［S］.北京：中国标准出版社，2014.

Study on the cushion blasting technology nearby slope in West Copper Mine

LOU Xiaoming1，2，CHEN Penghui1
（1.College of Zijin Mining，Fuzhou University，Fuzhou 350116，China；2.Research Institute of Explosion Technology，Fuzhou University，Fuzhou 350116，China）

During the blasting excavation in open－pit mine，when the rock in the slope with developed fracture and crushed lithology，there is a serious deficiency to use presplitting blasting or smooth blasting technology to maintain the slope stability.In order to take full advantage of the cushion boreholes and cushion layer and enhance the shock absorption effect，the optimized cushion blasting technology is used when blasting near the slope.Then，there was a test on the 2ndmining field of West open－pit copper mine by using the optimized cushion blasting technology with the uncoupled charge structure.Obviously，the optimal blasting effect is much better than the traditional way.Particularly，the vibration intensity of cushion blasting can be cut more than 25%than the normal bench blasting.Besides，the boulder yield has decreased about 20%.What’s more，there are little bedrocks and the bench slope is much smoother than before.

open－pit mine；cushion blasting；controlled blasting；slope stability

TD235.1

A

1671－4172（2015）05－0089－03

福建省自然科学基金资助项目（2011J01310）

楼晓明（1972－），男，副教授，博士，采矿工程专业，主要从事采矿与爆破方面科研工作。

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.05.018