费水华,毛益松,崔志勇,阳华,秦胜刚

(1.桂林灵川县洋华建材有限公司, 广西 桂林市 541299;2.国防科技大学, 湖南 长沙 410073)

1 工程概况

桂林市灵川县洋华建材有限公司采矿标高为＋445.1 m至＋195 m,整个采区呈长方形分布,南北边线起始宽度大约1090 m,东西边线终结宽度大约690 m,矿区面积0.423 7 k m2。年生产规模300万t,高峰期平均每天计划爆破开挖方量约5000 m3,每天爆破1～2次,爆破炸药用量约1500 kg,雷管100余发。该地形为凸形山坡,属中坚硬石灰岩,其岩石硬度普氏系数f=6～10。矿区东侧400 m为钢构架生产厂房、550 m处为砖混结构生活用房,其余方向300 m内没有建筑物,周围环境较好,符合爆破开采条件。该矿自2017年以来,全面实施由工业数码电子雷管替代导爆管雷管,在矿山深孔爆破优化、电子雷管使用方法上,尤其是在台阶上面采用垂直深孔爆破的同时,在坡底下采用辅助性水平深孔爆破技术,有效克服根底,加快了爆破进度。本文结合工程实践介绍了水平深孔爆破技术应用条件,及其爆破参数和施工工艺,可为类似工程应用提供参考。

2 爆破设计方案及水平深孔爆破原理

该采石场自上而下台阶式开采,使用多台ZGGA440型整体式液压潜孔钻机穿孔—挖掘机翻碴转运挖装—自卸汽车运输的施工工艺。爆破台阶高度以15 m为主,少数台阶高度约30 m,在台阶顶面布置2～3排炮孔垂直深孔爆破,为克服台阶下盘抵抗线过大、减少根底,在台阶坡底布置1～2排水平深孔进行辅助爆破开采。将台阶顶面炮孔和台阶坡底炮孔相对应分成多个独立区域,台阶顶面每个独立区域炮孔设计为对角形(斜线)逐孔起爆、台阶坡底每个独立区域炮孔设计为同时起爆的爆破网路。

辅助性水平深孔爆破主要是用来处理台阶底盘抵抗线过大的情况,炮孔布置的轴线指向坡面。水平深孔爆破和其他爆破一样,主要利用爆生气体及爆炸应力波来破坏岩体,但水平深孔爆破同时还利用岩体自重使炮孔上部部分岩体坠落来破碎岩体,因此水平深孔爆破破坏范围比较大,且基本无根底产生。水平深孔爆破应多孔同时起爆。多孔同时起爆使相邻炮孔药包爆炸的应力波相叠,使岩层产生了纵横交错的应力波切割面,炮孔之间的岩层同时受到多向的压缩、拉伸和剪切力作用,被爆岩层受到的振动频率和振幅得到了加强,使得岩体产生众多径向和横向裂纹,而后,随着爆生气体楔入这些裂缝并使之扩大和延伸后,将岩块从自由面抛出。

3 爆破技术参数设计

3.1 台阶高度30 m

1#矿山第1平台台阶高度30 m,采用2排水平深孔爆破。平台顶部长73.5 m、东西两侧宽6.5 m,中部宽8 m,平均取7.5 m;坡底长78.5 m,平均宽度9 m;台阶高度30 m。经计算爆破方量约20 175 m3,估算矿石53 460 t。

3.1.1 水平深孔爆破参数

(1)孔径d。d=100 mm或115 mm。

(2)钻孔角度。钻孔角度指药孔轴线与地平面的夹角,炮孔轴线指向坡面布置2排孔,双排孔的下排孔向下微倾斜,β=0～5°;双排孔的上排孔向上倾斜,β=10°～15°。

(3)最小抵抗线W。本工程炮孔直径采用Φ100 mm下W一般不小于4 m。

(4)孔深L水。由于水平孔爆破无根底产生,炮孔深度不考虑超深。根据台阶顶面爆破宽度确定,L水=8～10 m。

(5)孔距a。根据多次水平孔爆破经验及爆破原理,孔距a=2.0～2.7 m。

(6)排距b。下排孔沿下平台底线钻孔;上排孔按a=(0.8～1.0)b计算,为方便钻孔和装药填塞,b=1.5～1.8 m。

(7)炸药单耗q。水平深孔爆破单耗取q=0.35 kg/m3,或按线装药密度q线=4.7 kg/m计算。

(8)堵塞长度L d。单自由面情况下水平孔爆破中堵塞长度一般不小于3.0 m。

3.1.2 垂直深孔爆破参数

本矿山经过多次爆破实践,垂直深孔爆破参数选择比较成熟,爆破参数如下。

(1)药孔参数:孔径d=100 mm;底盘抵抗线W1=4.0～4.5 m;台阶总高度H=30 m(垂孔长27.5 m,两平孔间隔1.5 m,垂孔和平孔间隔1.0 m);钻孔角度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;垂直孔装药长度l1=24 m。

(2)装药量计算。炸药单耗:q=0.3～0.375 kg/m3;单孔药量:前排Q1=165 kg,后排Q2=171 kg。

(3)填塞长度:l2=3.6 m。

3.1.3 炮孔布置

平台顶面垂直2排炮孔30个,多采用交错布置形式;台阶坡底设置2排水平炮孔共57个,可矩形或呈三角形布置,总孔数87个(见图1)。

3.1.4 起爆网路

平台顶面分成4个爆破区域,每个爆破区域炮孔分别为8孔、8孔、9孔和5孔,台阶顶面炮孔设计为对角形(斜线)逐孔起爆、平台顶面网路延时时间即孔间时间20 ms,排间时间20 ms,网路总延时时间600 ms。台阶坡底和平台顶部相对应分成4个爆破区域,雷管延期时间分别设为160 ms、320 ms、500 ms、600 ms,如图1所示。

图1 炮孔布置及网络设计

3.2 台阶高度17 m

近几年,相关部门和规程要求台阶高度不宜超过15 m。因此,对台阶高度17 m采用1排水平深孔爆破,在1#矿山第三平台正东面进行试验。台阶长度62.5 m,宽度11.5,台阶高度17 m,经计算爆破方量约12 218 m3,估算矿石32 378 t。

3.2.1 爆破参数

垂直深孔爆破和水平深孔爆破参数基本同台阶高度30 m,见表1。

表1 台阶高度17 m时爆破参数设计

3.2.2 起爆网路

台阶顶面和坡底炮孔作业面分成3个爆破区域。台阶顶面炮孔设计为对角形(斜线)逐孔起爆、平台顶面网路延时时间即孔间时间20 ms,排间时间20 ms,网路延时时间840 ms。台阶坡底3个爆破区域雷管延期时间设定为280 ms,560 ms和840 ms。

4 爆破效果分析及经济技术指标

4.1 爆破效果分析

两次爆破效果经过录相视频反复观察,首先爆破岩体抛掷明显,前扑出去近40 m的距离,而后部分抛掷属于正常现象。爆破后的爆堆形态较均匀,前扑明显,后排破裂线整齐,目测表面无大块度,中间和后排均无隆起,经对采装过程跟踪发现,大块率极低,爆破块度达到装运破碎要求,开挖后底部无根坎,爆破振动符合设计要求,爆破效果完美。爆破瞬间和爆破效果见图2。

图2 爆破瞬间和爆破效果图

4.2 经济技术指标

台阶高度30 m和17 m的经济技术指标见表2。

表2 台阶高度30 m深孔爆破参数设计经济技术指标

5 体会

(1)装药前先精确测量炮孔抵抗线,优化炮孔装药结构。采石场放样炮孔一般有角度板(标定炮孔角度)、米尺(标定钻孔倾斜角度)和50 m皮尺及红色喷漆(标定炮孔间距)。可采用激光测绘仪精确测量前排炮孔抵抗线,根据实测结果确定装药结构,即在炮孔大时抵抗线段炸药连续装药,在炮孔小时抵抗线段采用不耦合装药结构。如用人工肉眼观测炮孔抵抗线,一是在危险的台阶边缘观察,不能保障爆破作业人员安全;二是测得炮孔抵抗线信息不全面;三是根据炮孔抵抗线大小精细化装药,可保证足够的炸药约束,避免炮孔抵抗线过小时产生飞石,以及炮孔抵抗线过大时产生大块。

(2)当垂直深孔抵抗线不一致时将炸药直接装进孔内变成吊放装药的方法。当垂直深孔抵抗线不一致时,垂直深孔底部可以采取连续装药结构,直接往孔内装炸药,此时线装药密度为6.25～7.0 kg/m左右;中部以上采用不耦合装药结构,该方法在孔内变吊放炸药,线装药密度约4.15～5.0 kg/m,使炸药单耗减少,保证岩石块度。

(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。反向起爆的爆轰波向孔口方向传播,由于孔壁和前方装药的约束,爆轰产物不能立即飞散,使其能量主要向岩体做功,紧跟在爆轰波后的是一个由爆轰产物形成的高压区,直到爆轰波传至孔口为止。从上述分析可知,在单自由面情况下的水平孔爆破不宜采用孔口起爆,宜采用孔底起爆。