聂新豹

(云南磷化集团海口磷业有限公司，云南 昆明 650113)

0 引 言

近年来，经济社会的快速发展，对矿产资源的需求急剧攀升，给予了社会各领域极大支持。在露天矿的开采环节，涉及复杂的爆破技术，以提升开采效率和促进经济效益，深孔台阶爆破便是其中的主要方式之一。受制于现阶段对深孔台阶爆破技术局限，在实际操作过程中应充分关注安全问题，特别是做好爆破方案的设计和论证，消除各类潜在的安全隐患，竭力将安全风险控制在可接受范围，全面提升露天矿开采效率。

1 露天矿深孔台阶爆破机理

在露天矿的开采环节，深孔台阶爆破技术被广泛应用。依据该爆破技术的机理来看，其在爆破时会产生2个自由面，见图1。

图1 露天矿深孔台阶爆破机理

如图1所示，在深孔台阶爆破过程中，爆炸所产生的冲击波会以圆柱状向外扩散，周边区域也会受到冲击波的影响而产生塑性变形，由此产生粉碎区。随着爆炸冲击波的不断传播，其传播的强度逐步减弱，并随之转化为压应力波，当这种压应力波传送至粉碎区外层后，将导致该传播方面的压缩变形，在压应力的作用下使径向岩体产生裂隙[1]。一般而言，初始裂隙会以应力波传播速度的0.25倍向外扩张，当其传播到自由面时将转化为反射拉应力波，由此使径向裂隙进一步扩大，再结合爆生气体的锲劈作用实现岩石破裂，以达到爆破的预期效果。

2 露天矿深孔台阶爆破参数设计

根据露天矿深孔台阶爆破的要求，其涉及诸多的参数设计，具体包括台阶高度(H，m)、孔深(L，m)、超深(h，m)、孔距(a，m)、排距(b，m)、装药长度(l1，m)填塞长度(l2，m)等，见图2。

图2 露天矿深孔台阶爆破参数

2.1 高度与超深

台阶高度通常情况下是由挖掘机铲斗容积等条件所决定，大目前的各类金属矿山、煤矿、岩石等爆破施工中，其台阶高度设置在8～20 m不等，国内大部分矿山打孔中，其超深值通常在0.5～3.6 m，但后排孔通常比前排孔小0.5 m左右。

垂直深孔孔深公式为：L=H+h。

倾斜深孔孔深公式为：L=H/sina+h。

2.2 孔径与孔深

在露天矿深孔台阶爆破中，孔径的限制因素比较复杂，包括钻机类型、台阶高度、岩石性质等因素，均会给孔径的设置带来影响[2]。

在大型露天矿的开采中，一般选择牙轮钻机为主，该设备的孔径通常为300 mm左右，在中小型露天矿开采中，则以潜孔钻机应用居多，孔径通常在150 mm左右。可见，孔径的大小多由设备的选型所决定，从露天矿深孔台阶爆破实践看，孔径规格多集中在80 mm、100 mm、150 mm、170 mm、200 mm、250 mm、310 mm范围，因此深孔台阶爆破会受孔径与孔深影响。

2.3 孔距与排距

所谓孔距即相邻炮孔之间的最短距离，通常以a表示，其计算公式为：

a=mW1

式中，m为炮孔分布的密集系数，在参数的设置上通常为m>1.0。为满足深孔台阶爆破的实际需要，当在大孔距且排距小的爆破中，m的数值一般控制在3～4或者更大，为防止底盘抵抗线过大问题，一般会在第一排炮孔设置中，将密集系数控制在较小范围。

排距则是指相信两排钻孔的最短距离，通常以b表示，多见于采取排孔爆破的方式，排距的大小影响因素主要源自于孔网参数，以及起爆时的先后顺序等，具体计算公式如下：

当补孔方式为等边三角形时，孔距与排距的关系可表示为：

b=a·gsin 60°=0.866a

当采取多排孔爆破时，孔距与排距的关系可表示为：

S=a·b

根据公式可知，在计算中获S和m的准确数据，可计算出排距b的数值。

3 露天矿深孔台阶爆破安全技术分析

3.1 装药方式及爆破器材的选择

深孔台阶爆破会受到装药方式的影响，其爆破的实际效果也有所差异，因此在实施露天矿爆破过程中，应当按照实际的需求选择装药量[3]。通常可以选择连续不耦合装药结构，以反向起爆的方式实施。在爆破器材的选择上，雷管可根据孔间距的大小进行设置，当岩石孔间距在常规范围时，可以将孔间延期设置在3～8 ms/m，若是在硬岩爆破时，可以适当缩短孔间延期，可将其设置为3 ms/m，但最大延期应<15 ms/m。根据该规律可知，孔间延期将在21～56 ms之间，排间延期通常<1.5 ms。在装药的设计上，可以选择密度为850 kg/m3的混装胺油炸药，起爆药包选择450 g/TNT炸药。

3.2 爆破安全距离的设计

为减小深孔台阶爆炸所产生的爆破振动、爆破冲击波、爆破飞石等方面的影响，需要根据不同的因素进行分析，具体计算方式如下。

3.2.1 爆破飞石安全距离的确定

根据《爆破安全规程》(GB 6722—2014)第13.6.1条：一般工程爆破时，个别飞散物对人员的安全距离不应小于表1的规定；对设备或建(构)物的安全允许距离，应由设计确定。

表1 爆破个别飞散物对人员的安全允许距离

表2 不同岩性的K、α值

根据露天爆破孔爆破按照炸药单耗、炮孔直径和爆破统计规律给出的公式，结合工程实践经验，深孔爆破飞石距离RFmax可由下式计算

RFmax=KrqD

(1)

式中：

Kr——与爆破方式、填塞长度、地质和地形条件有关的系数，垂孔台阶爆破Kr=1.0～1.5，水平孔台阶爆破Kr=1.5～2.5，该次设计按垂直孔台阶爆破最大值1.5计算；

q——炸药单耗，kg/m3，该次设计取大值，炸药单耗为0.38 kg/m3；

D——药孔直径，孔径为150 mm和115 mm。

经计算，孔径150 mm和115 mm下爆破飞石的安全距离Rf分别为85.5 m和70.38 m，根据爆破安全规程要求，露天深孔爆破飞石对人员的安全距离按设计计算，但≤200 m。

3.2.2 爆破振动允许的安全距离

根据《爆破安全规程》(GB 6722—2014)13.2.4条的规定，可按下式进行爆破振动计算。

(2)

式中：

R——爆破振动安全允许距离，m；

Q——炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大单段药量(结合矿山爆破情况，单段爆破炮孔为5个，炮孔孔径为150 mm，单段装药量约为475.05 kg；炮孔孔径为115 mm下单段装药量约为338.55 kg)；

V——保护对象所在地安全允许质点振速，cm/s，该次设计结合保护对象类别选取允许质点；

K，α——与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。根据矿山岩石硬度系数，设计取K值为250，α取值为1.5。

3.2.3 按爆破冲击波确定的安全距离

根据《爆破安全规程》(GB 6722—2014)第13.3.5条：露天爆破作业，对人员和其他保护对象的空气冲击波安全允许距离由设计确定。露天爆破冲击波极限超压确定的爆破安全安全距离可按下式计算：

(3)

式中：

△P——爆破冲击波极限超压，105Pa；

Q——单段最大起爆药量，kg；

Ks、α——与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数，根据矿山采用爆破方式，对深孔毫秒微差爆破选取Ks=1.48，α=1.55。

将公式(3)进行转换可得出爆破冲击波确定的安全距离，公式如下：

(4)

经计算，炮孔孔径为150 mm下爆破冲击波确定的安全距离R为125.37 m；炮孔孔径为115 mm下爆破冲击波确定的安全距离R为112.04 m。

3.3 爆破现场安全管理

通常情况下，应针对爆破现场建立安全管理制度，爆破作业由专业人员进行操作，明确相应的技术规程和实施流程，落实现场作业标准及监管，包括装药出现阻塞或卡孔应及时疏通，装药结束后要进行严格检查验收，合理设计孔网参数，依据岩石的具体性质进行控制，降低爆破对周边所产生的影响。

由于深孔台阶爆破具有较强的破坏性，因此现场安全管理应当作为重要环节，尤其是严格落实现场器材管理，明确警戒范围及管理方式，科学挖掘爆破时产生的冲击波、飞石、振动及有害气体等，避免对周边人员和环境产生危害[4]。另外，还应重视爆破准备工作，建立明确的工作责任制，在爆破器材的运输、装卸、搬运、使用等环节，均应建立有效的管理制度，严格依据操作规程展开爆破，确保露天矿山爆破安全。

4 结 语

综上所述，伴随露天矿深孔台阶爆破需求的增加，更应当做好相关的安全分析与防范，切实依据科学的设计方案，有效地规避潜在的安全问题。在安全技术应用领域，必须要以各类安全规程为前提，及时做好安全风险研判，严格依据相关计算方式，合理设置钻孔、装药、器材及相关影响参数，确保在爆破过程中高效安全，降低爆破对周边带来的影响，保证露天矿爆破工作的有效实施。