张玉淋

(福建省天玉方圆矿业有限公司, 福建 龙岩市 364000)

绿色矿山建设是全面贯彻中国共产党十九大生态文明建设精神,认真落实习近平生态文明思想的重要举措。绿色矿山成为我国矿山发展的主旋律,守护青山绿水,建设绿色矿山,就是补益生态的金山银山,“绿水青山就是金山银山”的理念已成为全社会的共识。

露天矿山终了边坡爆破施工对于边坡稳定性、边坡复绿等有重大影响,实施边坡控制爆破技术能够减小爆破对终了边坡的破坏作用,避免产生地质灾害,减少边坡危石,为后期绿色矿山建设中边坡挂网复绿提供较为完整的边坡面。因此,对终了边坡实施控制爆破具有重大意义,是露天矿山开展绿色矿山建设的必要举措。

1 工程概况

福建省龙岩市某采石场开展绿色矿山建设,＋665 m平台绿化带和排水沟已建设完毕,但绿化带外缘距该平台爆破开挖边界线还有厚度为3～5 m不等的矿体(见图1),且未到达预留爆体的边坡线。若采用深孔台阶松动爆破,势必会将已建好的绿化带和排水沟破坏。矿山要求在保护终了边坡、保护＋665 m平台绿化带和排水沟设施的前提下,回采平台外部3～5 m厚的矿体,且矿山无法提供预裂爆破所需的导爆索。

图1 +665 m平台示意

矿山以花岗岩为主,致密坚硬,抗压强度较高,稳固性较好。但矿体顶面覆盖的浮土和强风化岩的强度及稳固性随岩土体的含水情况有较大变化,旱季较高。矿区工程地质条件简单-中等,岩石裂隙含水性弱,地下水贫乏,矿区水文地质条件简单。

2 控制爆破技术设计

2.1 总体设计

设计原则:

(1)遵守国家安全生产法律法规,执行行业标准与规范;

(2)严格控制炸药爆炸对边坡的破坏作用;

(3)严格控制单段爆破药量和起爆顺序;

(4)控制爆破飞石与爆破振动;

(5)确保爆破效果与装岩效率。

根据现场实际勘查并结合爆区周边环境、岩石性质、地质构造及水文条件,拟采用孔径D=90 mm的炮孔、直径d=32 mm炸药、工业电子雷管起爆网路的深孔台阶控制爆破方法。控制爆破孔布置在距离绿化带外边缘1.5 m处(见图2)。

图2 炮孔布置(单位:m)

2.2 炮孔布置

孔网参数的选取对爆破效果产生直接影响,科学合理地确定孔网参数是保障爆破效果、减少爆破有害效应、实现爆破预期性控制的有效措施。本工程爆破参数的选取主要考虑减少对终了边坡的破坏、保护＋665 m平台的绿化和水沟设施的条件下,尽量保证矿石的爆破效果,控制大块率,降低矿石的二次破碎和铲装成本。

2.3 装药结构与单孔药量

根据萨达夫斯基爆破振动强度公式可知,最大单段药量决定了爆破振动强度大小,因此如何在确保爆破效果的前提下控制爆破振动强度是难点之一。

由于该矿山无法提供导爆索,因此只能采用连续装药结构,将药卷连续绑在PVC管上,PVC管在受保护的边坡一侧,药卷在爆破自由面一侧。为提高药卷之间的传爆性能,将药卷两端的包装袋切除。为避免爆破根底,底部3 m范围作为加强段,单节绑2～3根药卷,在距孔底3 m以上炮孔段(长9 m),单节只绑1根药卷,孔口段4 m用炮泥填塞,爆破参数见表1。

表1 爆破参数

矿体厚度在4 m以内的区域只布置单排炮孔,根据抵抗线大小,底部3 m加强段单节绑2～3根药卷(0.3 kg/根,0.33 m/根)(见图3)。在矿体厚度超过4 m的区域布置2排炮孔,前排孔作为主爆孔,后排孔作为控制爆破孔,后排孔底部3 m加强段单节绑2根药卷(见图4)。控制爆破孔间距为2.0 m,主爆孔间距为3.5 m。

图3 装药结构Ⅰ(单位:m)

图4 装药结构Ⅱ(单位:m)

(1)装药结构Ⅰ单孔药量计算。底部加强段药量:3根/节×0.3 kg/根×9节=8.1 kg;中部正常段药量:1根/节×0.3 kg/根×24节=7.2 kg;单孔药量Q1=15.3 kg。

(2)装药结构Ⅱ单孔药量计算。底部加强段药量:2根/节×0.3 kg/根×9节=5.4 kg;中部正常段药量:1根/节×0.3 kg/根×24节=7.2 kg;单孔药量Q2=15.3 kg。

2.4 起爆网络

控制炸药爆炸对边坡的破坏作用,并得到稳定、完整的终了边坡,是本次爆破的重点,因此,要以高精度毫秒延期雷管引爆炸药,精确控制每个炮孔的起爆时间,把炸药量在时间上和空间上进行合理分配,控制最大单段药量,确保爆破效果的同时也控制爆破危害。

本工程设计的起爆顺序:控制爆破孔→主爆孔。借鉴大量爆破工程经验,雷管间的延期时间设置为15～75 ms能得到较为理想的爆破效果。本工程控制爆破孔以每6个孔作为一组齐发起爆,每组之间延时20 ms,主爆孔与控制爆破孔的排间延时为200 ms,主爆孔的孔间延时为15 ms。在距孔底1 m和距孔口5 m处各布置一发电子雷管同时引爆,起爆网络如图5所示。

图5 起爆网络

2.5 爆破效果

该采石场采用上述的控制爆破技术进行爆破,达到了预期的爆破效果。

(1)半孔率达90%以上,坡面较平整,边坡顶部填塞段平整度较一般,填塞段以下的坡面上无浮石、危石;

(2)终了平台无拉裂现象,需要保护的平台绿化带完好无损;

(3)爆堆较集中,爆堆毛石松散度均匀,装岩效率高;

(4)大块率低,无边坡根底,二次破碎量少;

(5)爆破后冲效应控制良好,爆破振动小。

爆破后终了边坡完全满足挂网、复绿等绿色矿山边坡治理需要。因爆破效果理想,挂网、复绿等终了平台的保护和终了边坡治理工程难度小、效率高、成本低。

3 技术原理与特点

本次控制爆破技术原理与预裂爆破原理大体相同,是在爆破器材受限制的条件下,在预裂爆破技术基础上的创新。本次控制爆破是在距离受保护的绿化带1.5 m安全距离外钻凿一排孔距与最小抵抗线相匹配的控制爆破孔,在缺乏导爆索的条件下,采用不耦合连续装药结构,控制爆破孔先于主爆孔起爆,爆炸应力波在炮孔间沿径向传播,在此作用下,控制爆破孔之间形成径向裂缝,后在高压爆炸气体的作用下裂隙进一步扩大,以缓冲、反射主爆孔的爆破振动波控制其对终了边坡的破坏影响,从而在设计开挖轮廓面上形成一个相对平整的边坡面,爆破后的边坡面不受明显破坏。

本次控制爆破技术是建立在预裂爆破技术基础上的,因缺乏预裂爆破所需的导爆索,无法采用导爆索传爆、间隔装药结构的技术,而采用炸药传爆、连续装药结构,并将药卷两端的包装切除,提高炸药的传爆性能,避免产生盲炮或传爆中断。

通常预裂爆破施工需要采用竹片,而此次控制爆破用PVC管替代竹片,背朝受保护边坡,将炸药一根一根地绑在PVC管上,除固定炸药的作用外,在炸药起爆时对受保护边坡起到了一定的保护作用。此外PVC管获取容易,成本较低,应用在控制爆破中也提高了绑定炸药的效率,节约了人工。

4 总结

随着爆破行业技术的不断革新,边坡控制爆破技术也与时俱进,不断在原有技术的基础上创新与改进,推进爆破行业技术的进一步提升,为国家的建设发展提供技术支撑。本文研究的控制爆破技术爆破效果理想,接近于预裂爆破效果,坡面平整、半孔率高,完全满足绿色矿山建设中终了平台的保护和终了边坡治理的工程需要。在缺乏导爆索或考虑不使用导爆索的条件下,为达到理想的终了边坡效果,此控制爆破技术可以作为参考。由于绿色矿山建设需要一定的资金投入,部分中小型矿山、私企矿山的绿色矿山建设积极性相对较低,而工程控制爆破技术成本比预裂爆破和光面爆破低,能为矿山节约绿色矿山建设成本,可以作为绿色矿山建设工程的优选方案之一。