大型露天礦山邊坡控制爆破與降振技術

黃克磊

(江西國泰集團江西銅業民爆礦服有限公司，江西 德興 334200)

0 引言

隨著我國對于綠色環保的日益重視，綠色礦山標準化基本全面推廣，對于礦山安全與環保的要求越來越高。露天礦山開采過程中，邊坡穩定性與安全是礦山安全生產關注的最重要問題之一。

對于邊坡穩定性影響最大的因素之一就是日常礦山爆破。如何保證礦山正常生產的同時，又能保證礦山邊坡的穩定，是學者們長期研究的課題。例如：吳禮軍[1]等，通過爆破振動測試儀對礦山邊坡建筑物的主振頻率及質點振動速度進行采集，并對采集數據進行回歸分析，得到該邊坡爆破振動衰減規律，研究了回采時的爆破振動規律及邊坡穩定性；楊琳[2]等，重點對巖墻深孔控制爆破技術進行研究，通過優化起爆網路解決了爆破進度與安全之間的矛盾，并對高邊坡爆破振動隨高程變化的規律提出了線性修正公式；劉連生[3]等，結合露天邊坡爆破振動試驗分析，利用正交經驗模態分解方法對不同高程的邊坡爆破振動信號頻譜特征進行了研究，結果顯示隨著高程的增加，爆破振動信號的峰值瞬時能量表現為先增大后減小，在邊坡出現高程放大效應處達到最大；吳新霞[4]等，通過對爆破作用下邊坡沿控制性滑動面的穩定性進行極限平衡分析，提出了基于邊坡穩定性的爆破振動控制標準確定方法。然而，大孔徑現場混裝爆破對于邊坡穩定性的影響及安全措施等實踐應用方面較少。

針對露天大型礦山，單次爆破規模大、炮孔孔徑大、單孔藥量較大等特殊條件，結合相關研究成果，對某大型露天礦山爆破，通過優化爆破參數和裝藥結構，降低單孔藥量；采用計算機模擬優化起爆網路，調整起爆方向，設置科學合理的逐孔起爆網路延期時間；采用預裂爆破進行降振爆破邊坡。并對爆破振動進行檢測和分析，總結該礦山的爆破振動規律，為今后該礦山開采爆破提供參考。

1 工程概況及爆破要求

1.1 工程概況

爆區位于該礦一處邊坡治理區域正下方，離邊坡最近距離13.7 m?；聟^域采用削坡減載，預應力錨索框架梁加固方法進行綜合治理，治理范圍約12 000m2。該區域邊坡剛治理完成，治理單位給定的治理區域邊坡允許振速為10 cm/s。邊坡完整性較好區域爆破振動安全允許質點振動速度不大于15 cm/s。如圖1所示，爆破設計區域位于采區320 m水平，巖石普氏系數8～10。區域構造復雜，節理裂隙和斷層發育，夾雜順坡向的光面，在不同區段表現出不同的分布特征。爆區屬山坡露天高陡狹長地形，下方為采場生產作業區，有電動輪、輔助車輛等設備出入，同時下方290 m水平有一條應急通往北山巷道的道路。

圖1 爆破區域圖

1.2 爆破要求

1)保證邊坡治理區域和其他出露的固定邊坡不被破壞。

2)新出露的固定邊坡穩定半孔率60%以上。

3)保證下方運輸道路暢通。

4)保證良好的爆堆塊度和松散度，確保不產生根底。

5)防止爆破飛石對人員、設備的危害。

2 爆破區域劃分

為了防止爆破振動對最終邊坡的損害，必須采用預裂爆破先行主動降振，并嚴格控制最大單響藥量?，F根據確定好的爆破安全允許振速值，假定采用250 mm的牙輪鉆，反算安全距離，計算結果見表1。

表1 安全距離計算表

為了控制爆破振動對邊坡的損害，同時考慮到邊坡軟弱面發育，應實施“謹慎爆破”，宜采用“多打孔、少裝藥”的方式。根據爆破振動允許振速反算，最大單響藥量為350 kg的安全距離是26 m，該區域無特殊要求的話一般裝藥量是700 kg，控制350 kg的最大單響藥量需要分兩段進行間隔裝藥，如果進一步減小單響藥量，需要繼續分三段間隔，施工難度大，安全可靠性也將大幅降低，因此考慮縮小炮孔直徑，用140 mm潛孔鉆加密打孔進一步減小26 m范圍內的最大單響藥量。最終設計臨近最終邊坡15 m寬的區域采用140 mm潛孔鉆作業。其余爆破區域采用250 mm牙輪鉆作業。治理坡面的正下方根據中鋼集團馬鞍山礦院工程勘察設計有限公司的建議，降低臺階分層高度。該區域設計10 m的臺階高度[5]，靠近西北角50 m以外邊坡完整性較好，設計15 m的臺階高度，見圖1。本文以10 m短臺階區域作為案例說明。

3 10 m臺階爆破區域爆破設計方案

3.1 爆破參數確定及爆破振動安全驗算

該區域東南側有一三角形區域狹小，只能采用潛孔鉆進行作業，該區域先行爆破完畢后，采取垂直于境界方向，一次性境界到位的爆破推進方式。為了探究主爆孔爆破振動對最終邊坡的影響，現從垂直方向對爆破振動進行研究，垂直方向區域劃分見圖2。

圖2 炮孔分布區域圖

從圖2可知，250 mm主爆孔均處于26 m之外，在安全區域內，理論上單孔裝藥量為350 kg，可滿足最終邊坡對振動的要求，但考慮到該區域的特殊性，宜采取保守設計方案，故設計250 mm主孔1、2間隔裝藥，140 mm緩沖孔采用間隔裝藥[6]，爆破區域的兩列炮孔采用間隔裝藥，以減小爆破振動對邊坡的影響。同時為了控制南側的拋擲量，保證下方道路暢通，適當放大外側炮孔的抵抗線，加大了炮孔超深。具體的爆破孔網參數、裝藥量計算[7]不再贅述，具體裝藥量和充填高度見表2。

表2 裝藥量、充填高度、計算振速表

經過計算，所有的單響藥量引起的邊坡振動值都滿足設計要求，從理論計算上看，只要實現了逐孔起爆，是能夠保證邊坡安全的，此次設計是可行的。

3.2 爆破網絡

根據該地段巖性和邊坡的穩定性情況，嚴格控制爆破規模，一次起爆總藥量不超過15 t，并采用電子雷管起爆系統，為了控制南側的拋擲量，每面炮均采用“V”型起爆方式，并采用澳瑞凱爆破設計軟件模擬，保證相鄰孔間延期時間≥8 ms，嚴格實行逐孔起爆，起爆順序見圖3。因為有三列炮孔采用了間隔裝藥，即使控制了爆破規模，每次起爆的總分段數仍在60個左右，要滿足點燃陣面、逐孔起爆、合理的延期時間這些要求，網絡設計難度非常大。

圖3 地表網絡模擬圖

4 爆堆及固定邊坡情況

爆破之后破碎度良好，經電鏟鏟挖后無根底，邊坡半孔率達到目標，具體見爆破效果圖4，固定邊坡圖見圖5。

圖4 爆破效果圖

圖5 固定邊坡圖

5 爆破振動檢測及數據分析

此次爆破施工也進行了相應的爆破振動監測方案，在安全條件允許的情況下，選擇關鍵位置，按照爆破振動監測的要求擺放儀器[8]。實測數據見表3和圖6，從時間結果中也可證明設計方案是可行的。

圖6 振動回歸圖

表3 爆破振動速度表

表4 邊坡雷達監測概況

同時對測得的振動速度進行了分析研究，摸索該區域的爆破振動規律。為下一臺階或附近區域的控制爆破提供經驗數據和參考依據。

6 邊坡監測

自爆破作業實施以來，對該區域290～470 m的邊坡進行雷電掃描監測，各個臺階的邊坡累計移動都在1 mm左右，邊坡未發生移動，是安全的，有效保證該區域附近人員設備作業安全，同時進一步佐證爆破設計方案的可行性。

7 結語

通過以上措施，完成了前期的爆破目標。本案例通過分層爆破、間隔裝藥降低最大單響藥量，通過孔網參數、炮孔抵抗線、起爆方式的調整，控制了特定方向的拋擲量，通過電子雷管的應用、合理的延期時間設置、精細的爆破設計和施工，保證了邊坡的安全和爆破質量。