绿色矿山边坡控制爆破在凝灰岩地质条件下的应用

2023-01-29黄强军王素创

采矿技术 2023年1期

黄强军,王素创

(湖南铁军工程建设有限公司, 湖南长沙 410072)

0 引言

预裂爆破作为一种控制爆破技术广泛应用于水利边坡爆破、矿山边坡修复工程、公路高边坡和基坑的开挖、露天控制爆破等工程建设领域。近年来随着矿山安全生产工作越来越受重视,为了解决以前不规范开采遗漏下的“一面墙”式边坡给周边生态环境及附近居民带来的安全隐患,废弃矿山边坡生态修复治理工作越来越受到重视。其中影响露天矿山边坡稳定性的因素有地质条件、岩性、水文、爆破振动、边坡设计、边坡开挖方式等,另一个重要因素就是根据现场实际情况,对边坡进行控制爆破。基于此,采取预裂爆破技术可以有效控制爆破对需要保护岩体的影响,确保岩体的稳定,探讨预裂爆破技术在废弃矿山边坡生态修复工程的应用。

1 工程概况

镇海区九龙湖镇田顾村、杜夹岙村、中心村9处废弃矿山生态修复治理项目位于浙江省宁波市,工程包括对JL01～JL09等9处废弃矿山进行边坡修复治理、边坡复绿,对矿地进行综合治理,开展矿地利用。

1.1 工程特点

9处废弃矿山生态修复治理的矿山为老旧废弃矿山,背靠当地旅游风景区,因为不规范的“一面墙”式开采,造成坡高、坡陡、危石多,村民又经常上山挖笋、祭拜,安全事故频发。当地政府为了改善此种局面,开展矿地利用,花费巨资治理修复老旧废弃矿山,爆破出来的凝灰石经过加工成砂和碎石作为当地基建用料,既解决了老旧废弃矿山的生态修复治理又参与了当地的基础经济建设,打造绿色矿山。

1.2 工程地质条件

根据岩石试验报告,9处废弃矿区岩石主要为灰色、青色流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩,天然抗压强度为164～233 MPa,平均为198 MPa,矿石密度平均为2.62 g/c m3。治理区域内岩土体工程地质条件一般,以中风化硬质岩石为主,岩体基本质量分级为Ⅱ类及以上。边坡高度为24～100 m,设计边坡坡面角60°,设计台阶高12 m,安全平台宽2～4 m。

1.3 目的任务

本矿为废弃矿山综合治理,9个废弃矿山边坡均为不规则边坡,坡面有浮石,局部岩石开裂、倾倒。坡面高差大、坡度陡、岩面岩体局部破碎,节理裂隙较发育,边坡中部存在陡坡临空面及顺坡块石等危岩体,稳定性较差,在强降雨等极端天气下容易诱发局部的小型崩塌地质灾害,存在安全隐患。各矿山通过控制爆破,采用挂网、喷播进行治理后,能消除高陡边坡崩塌、危岩等地质灾隐患,确保山体边坡和下方利用场地的安全稳定。

(1)爆破作业前,与周边爆破警戒范围内的生产生活设施业主签订好安全协议。

(2)采取科学合理的施工方案和有效的安全技术措施,对废弃矿山边坡进行分层分台阶逐层进行控制爆破开挖及甩渣施工作业。

(3)爆破要保障爆区周边环境安全、设备安全及爆破作业人员安全,必须严格控制爆破飞石和爆破振动产生的危害。爆破飞石不得进入附近居民区、办公区、宿舍区。精确控制爆破药量,严格控制爆破振动对周边村庄的农田灌溉水库的影响,确保居民区建(构)筑物的安全。

(4)爆破前必须对进入矿区的各路口,按规定设置岗哨,防止爆破时人员和车辆误入爆破危险区;爆破时应对其爆破警戒范围内的人员进行清场。

(5)严格遵守安全规程,文明、安全施工,确保施工人员和附近人员的安全,确保车辆、高压线路、机械设备不受损坏。

(6)爆破施工进度必须满足工程工期要求。

(7)控制爆破边坡质量必须满足设计要求,满足边坡复绿要求。

2 爆破施工方案设计

2.1 设计原则及指导思想

(1)认真贯彻执行国家的各项方针政策,本着“安全可靠、经济合理、技术可行”的原则,在确保安全的前提下,合理规划,精心设计,注重资源保护和环境保护。

(2)降低成本,充分考虑爆破综合经济效益,确保稳定、持续、均衡性。

2.2 爆破施工方案选择

根据设计对边坡保护的要求,临近最终边坡时宜采用预裂爆破或者光面爆破技术,降低爆破震动对需保护边坡的影响,保持边坡稳定。通过多次预裂爆破试验和光面爆破试验,决定采用预裂爆破开挖方案。

(1)按设计要求,在图纸上确定边坡最终开挖线坐标,并在施工现场放样,沿废弃矿山边坡最终开挖线实施预裂爆破,以减少主体爆破对需保护边坡稳定的影响。预裂孔的倾角以设计要求的坡面角来确定,爆破完成后用炮机简单修整。

(2)按设计要求,边坡线采用孔间距较小的预裂孔,装药量小,按设计一次成坡。

(3)按设计要求,严格控制单段最大装药量和一次爆破规模,以保障附近民房的安全。

采用阿特拉斯液压潜孔钻机进行穿孔作业,采用预裂爆破一次性形成12 m边坡面。

3 爆破参数

在主体爆破开挖前首先沿设计的边坡轮廓线爆出一条一定宽度的裂缝,减弱主体区爆破时地震波向需要保护边坡的传播,并阻断向保护区边坡裂缝的发展,以减弱主体爆破对保护区边坡稳定性的危害。主爆孔爆破后,沿预裂面形成一个边坡面,经多次试验确定预裂爆破设计参数。

3.1 预裂孔深度

为减少边坡坡脚的欠挖工作量,预裂孔需考虑超深,计算公式如下:

式中,L为预裂孔深度,m;H为开孔处实际高度与下一级平台设计高程的差值,m;θ为设计坡面角,θ=60°;h为预裂孔超深,m,取h为0.5 m。

3.2 预裂孔直径及问题

根据设计施工方案以及现有机械设备,钻头直径取115 mm,所以预裂孔直径d=120 mm。

确定预裂孔间距,需要考虑的因素有施工工地地质情况、炸药种类及性能、装工结构等。

式中,a为预裂孔间距;d为炮孔直径。其中对于软岩或者较为破碎的岩石,取较小值;对于坚硬岩石或者完整性良好的岩石,取较大值。根据本项目凝灰岩岩石的岩性以及本工程前几次预裂爆破试验效果,a的取值已经超过了上式大值的范围,取值为1.6 m。

3.3 不耦合系数

相关工程经验表面,预裂孔的不耦合系数m的取值范围在2～4之间,计算公式为:

式中,d为炮孔直径;dΦ为药卷直径,预裂孔采用Φ32 mm药卷间隔装药,不耦合系数m=3.75。

3.4 线装药密度及堵塞长度

采用经验线装药密度:q线=0.4～0.6 kg/m,结合现场前几次预裂爆破试验效果,最终将线装药密度确定为0.6 kg/m。

3.5 堵塞长度

根据工程经验及前几次爆破试验,堵塞长度L2=2.5 m,预裂孔的钻爆参数见表1。

表1 预裂孔钻爆参数

3.6 装花结构

对于主爆孔和缓冲孔的参数设计参考深孔台阶爆破在此不作赘述,具体参数设计见表2。

表2 主爆孔和缓冲孔钻爆参数

炸药采用2号岩石乳化炸药;预裂孔采用底部加强装药(使用一支Φ90 mm药卷),正常装药段和上部减弱装药段均采用Φ32 mm药卷间隔30 c m均匀绑扎装药,堵塞2.5 m;缓冲孔采用Φ90 mm药卷连续装药,堵塞3 m;主爆孔采用Φ90 mm药卷连续装药,堵塞3 m;各炮孔装药结构见图1至图4。

图1 预裂孔装药结构(单位:m)

图2 缓冲孔装药结构

图3 主爆孔装药结构(单位:m)

图4 边坡控制爆破示意(单位:m)

3.7 起爆网路

本工程起爆顺序如图4所示,预裂爆破起爆顺序依次为:预裂孔→主爆孔3→主爆孔2→主爆孔1→缓冲孔,选用导爆管雷管起爆,传爆雷管选取段别较低的雷管,主爆孔和缓冲孔孔内起爆雷管选取段别较高的雷管,为了保障网路安全起爆,传爆雷管均采用2发敷设连接,主爆孔和缓冲孔孔内均使用2发导爆管雷管起爆。预裂孔每6孔使用导爆索连接一起,配2发导爆管雷管起爆。布置4排炮孔时,起爆线路连接如图5所示。

图5 起爆网路连接

4 施工前期测量工作

钻孔前测量平台高程,挖机平整场地直达干净岩面,以便于布孔和定位钻机,挖机找平后平整度控制在±20 c m。清理松动岩石,方便钻机定位,加快钻孔速度,提高成孔率,减少孔口岩石掉落造成卡孔概率。

预裂孔布置前,由项目技术负责人、爆破员、测量人员、钻机操作人员现场进行质量控制,预裂孔必须逐孔测量孔距、孔深、孔位,同时用红油漆标定。布孔时根据每孔口的实际高程、设计孔深、倾角、将孔的编号、参数记录在册,同时要向钻机操作人员做好技术交底。钻孔前,在钻机大臂和滑架在相对稳定的情况下,测量钻杆的倾角,调整到设计倾角,当钻头入孔20 c m后再次复测、调整、直到倾角无任何偏差。钻机钻进100 c m进行第2次复测,150 c m进行第3次复测,直至钻孔倾角符合设计要求。钻孔完成后清理孔口岩粉石渣,然后测量孔深、倾角,当孔深、倾角符合设计要求时,及时保护好孔口,防止石块掉入。