某鈾鉬露天礦預裂爆破合理參數試驗研究

劉海洋，閆志國，戶方遠，郭曉棟，李文星，尹義仁

(1.中核沽源鈾業有限責任公司，河北 張家口 076561；2.中核第四研究設計工程有限公司，河北 石家莊 050021)

預裂爆破不僅在垂直、傾斜開挖壁面上得到廣泛應用，在規則的曲面、扭曲面以及水平建基面等也得到應用[1-2]。由于預裂爆破技術具有超挖量少、礦巖完整和爆破震動輕等優點，不僅廣泛應用于露天和地下工程開挖，也廣泛地應用于水利、電力、交通運輸、舊建筑物基礎拆除、船塢碼頭等工況施工。

截止2016年底，某鈾鉬礦已開采至1 492 m梯段，最高標高1 464 m，最低標高1 492 m，露天開采封閉圈標高為1 516 m，上下高差達72 m，臺階數6個。初步設計中，沒有提及預裂爆破的相關參數。為了降低生產成本、降低采剝比、提高邊坡穩定性及延長礦山服務年限，通過預裂爆破試驗選擇經濟合理的施工參數，為礦山進一步開采提供技術支持。

1 礦巖地質概況

本礦山礦巖主要分3類巖：A類為次流紋斑巖和熔巖角礫巖，巖石較堅固，穩定性強；B類為斑巖、流紋質角礫凝灰巖、流紋巖，巖石為中等堅固，孔隙率小，礦體穩定性較好；C類礦體上、下盤礦巖為流紋質角礫凝灰巖、構造角礫巖帶、破碎裂隙帶，不堅固，礦巖破碎松散、孔隙率大、穩定性差，容易坍塌和冒頂。

2 試驗方案

2.1 試驗礦巖及驗收標準

通過礦床《詳查地質報告》、《可行性研究》和《初步設計》等方案中的地質資料，收集礦山邊坡部分相關礦床地質、水文地質條件、工程地質條件、礦巖特性等資料，并參考同類礦山經驗，在條件試驗中考察孔徑、孔距、線裝藥系數、不耦合系數、堵孔長度等參數對預裂爆破效果的影響，最終為擴大試驗確定爆破參數。根據現場實際情況，選擇B類礦巖進行條件試驗研究。預裂爆破驗收標準：A類、B類、C類礦巖的預裂爆破眼痕率分別≥80%、≥70%和≥50%；預裂面保持平整，不平整度≤15 cm；預裂縫貫通且在地表有一定的開裂寬度，保證爆破效果[3]。

2.2 試驗設備及裝藥結構

選擇KAISHAN LGCY-10/13型號潛孔鉆機，KAISHAN LGY18/18G空壓機進行預裂爆破鉆孔施工。裝藥結構和試驗剖面示意如圖1～3所示。

a—裝藥結構示意；b—裝藥結構實物。圖1 裝藥結構

圖2 條件試驗平剖面示意

圖3 擴大試驗平剖面示意

3 條件試驗結果及分析

3.1 孔徑對預裂爆破效果的影響

初步選取φ90 mm和φ100 mm 2種孔徑進行預裂爆破試驗，試驗參數見表1。

試驗結果表明：孔徑φ90 mm和φ100 mm的眼痕率分別為70%和85%，均符合≥70%的要求；預裂面不平整度均≤15 cm，預裂縫貫通且在地表有一定的開裂寬度。

表1 孔徑對預裂爆破影響試驗參數

由于礦巖裂隙較大，造成φ100 mm平整度較低，但孔徑φ100 mm眼痕率優于φ90 mm，故選取孔徑φ100 mm作為之后條件試驗和擴大試驗的孔徑參數。

3.2 孔距對預裂爆破效果的影響

初步確定了0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2 m孔距，研究孔距對預裂爆破效果的影響，試驗參數見表2，試驗結果見表3。

表2 孔距對預裂爆破影響試驗參數

試驗結果表明：在6種孔距下，預裂縫均貫通且在地表有一定的開裂寬度；在孔距為0.7、0.9、1.0 m時，爆破效果好，符合要求；在孔距為0.9 m時，預裂面平整度最好，在爆破效果、成本控制上優勢明顯。故選取0.9 m作為之后條件試驗孔距參數。

3.3 線裝藥系數對預裂爆破效果的影響

初步確定438 g/m、484 g/m、531 g/m 3種線裝藥系數，研究線裝藥系數對預裂爆破效果的影響，試驗參數見表4。

表4 線裝藥系數對預裂爆破影響試驗參數

試驗結果表明：在3種線裝藥系數下，預裂縫均貫通且在地表有一定的開裂寬度；線裝藥系數為438、484、531 g/m時，炮孔眼痕率分別為75%、75%和60%，預裂面不平整度分別為≤15 cm、≥15 cm、≥15 cm。線裝藥系數為438 g/m時預裂效果最好，而線裝藥系數為531 g/m時效果最差。故選取438 g/m作為之后條件試驗線裝藥系數參數。

3.4 不耦合系數對預裂爆破效果的影響

初步確定32 mm和42 mm 2種藥卷直徑，即不耦合系數分別為3.13和2.38，分別進行預裂爆破條件試驗，研究不耦合系數對預裂爆破效果的影響，試驗參數見表5。

表5 不耦合系數對預裂爆破影響試驗參數

試驗結果表明：在不耦合系數為3.13和2.38條件下，預裂縫均貫通且在地表有一定的開裂寬度；不耦合系數為3.13(藥卷直徑為32 cm)時的眼痕率為80%，不平整度≤15 cm，爆破結果符合要求；不耦合系數為2.38(藥卷直徑為42 cm)時的眼痕率為75%，不平整度≥15 cm，不符合要求。故選取3.13作為之后擴大試驗不耦合系數參數。

3.5 條件試驗確定的參數

根據以上條件試驗結果，得到的預裂爆破參數見表6。表6中的參數是在對B類礦巖的試驗研究中獲得的，在A類、C類礦巖爆破參數選擇時可作一定的參考。根據條件試驗結果以及預裂爆破經驗參數可知：在孔徑確定的條件下，孔距和線裝藥系數對礦巖預裂爆破影響最大；在礦巖條件好的情況下，孔距可相應增大。故在第1次擴大試驗時，A類礦巖孔距定為1 m，C類礦巖孔距定位0.8 m。線裝藥系數影響不平整度，可根據擴大試驗結果進行微調。

表6 條件試驗確定的預裂爆破參數

4 擴大試驗結果及分析

4.1 不同礦巖條件的擴大試驗

根據本礦山地質資料和條件試驗確定的參數，初步確定A類、B類、C類礦巖的預裂孔距分別為1.0、0.9、0.8 m，其余預裂爆破參數見表7。在此條件下，進行預裂爆破第1次擴大試驗。

表7 不同孔距的擴大試驗參數

試驗結果表明：

1)A類礦巖眼痕率為80%，眼痕率≥80%，達標；不平整度≥15 cm，不符合要求。分析認為是由于炮孔線裝藥系數不夠造成的，下一次擴大試驗應對線裝藥系數進行調整。

2)B類礦巖眼痕率為60%，眼痕率<70%，不達標；炮孔的不平整度上部達標，下部不達標。分析認為是由于裝藥結構不好造成的，尤其是底部裝藥太多，導致下部超爆，沒有眼痕。下一次擴大試驗應對裝藥結構進行調整。

3)C類礦巖眼痕率為30%，眼痕率<50%，不達標；不平整度也不達標。分析認為是由于上下部礦巖性質不一樣造成的，上部C類礦巖，爆破效果尚可；下部為高嶺土質，沒有眼痕。下一次擴大試驗應選取上下部巖性差別不大的部位進行爆破試驗。

4.2 調整參數后擴大試驗

根據本礦山地質資料和第1次擴大試驗結果，調整A類、B類、C類礦巖單孔裝藥量分別為6.0、5.4、5.4 kg，線裝藥系數分別為461、415、415 g/m，進行第2次擴大試驗。礦巖爆破效果如圖4所示。

A類礦巖 B類礦巖 C類礦巖圖4 礦巖爆破效果

試驗結果表明：A類、B類、C類礦巖的眼痕率分別為90%(≥80%)、75%(>70%)和60%(>50%)，不平整度均≤15 cm，爆破效果符合要求。

5 結論

研究得到了3類礦巖的預裂爆破推薦參數：孔徑為100 mm；不耦合系數為3.13；炮孔堵塞長度為1.5 m；與主爆區毫秒延時為200 ms；A類、B類、C類礦巖的孔距分別為1.0、0.9、0.8 m，線裝藥系數分別為461、415和415 g/m。研究結果為該鈾鉬礦的露天開采提供了技術支撐，可有效提高邊坡穩定性，降低剝采比，提高礦山服務年限；并可為類似礦山的預裂爆破提供技術參考。