在露天矿开采运用预裂爆破技术探讨

摘　要：本文某露天矿开采的实例，进行了预裂爆破设计及现场施工，对爆破参数选择及爆破施工进行了详细分析，具有较强的实用性和价值性。该方法在露天矿开采的运用，效果明显，经济价值较好，值得推广和运用。

关键词：预裂爆破；爆破参数；爆破施工 
1.概况
某露天矿是全国大型黑色冶金矿山之一，矿区南北长５.５公里，东西宽０.４~１公里，面积为４.６平方公里， 总占地面 积为１３.１５平方公里。属前震旦纪鞍山式沉积变质铁矿床，由黑背沟区、铁山区和黄柏峪区构成，其中以铁山区为最大。矿体由太古界安山群含铁石英岩中的３个铁层组成，属于单斜构造。铁矿层走向西北，倾向南西，倾角４０度~５５度。地表露出 全长３４００米，工业矿段总长２９００米。３个铁矿层的平均厚度为４０. １８ 米，其中以第三层为最大，储量占全区的８２.６％。 矿石品位：磁铁贫矿石铁量 ３１.８２％，磁铁富矿石铁量５０％。该矿生产的铁矿石低磷、低硫， 有害元素 极低，是冶炼铸造生铁、球墨铸铁的最好原料。 南芬露天铁矿累计探明储量为１２.９１亿吨，到１９８５年末，保有储量为 １１.１亿吨，其中工业矿量８.４亿吨，远景矿量２.７４亿吨。矿床距地表较浅， 构造简单，适合于露天开采。该矿装备有１２０吨、１７０吨电动轮汽车，７.６立方米、１１.５立方米电铲和４５Ｒ、６０Ｒ牙轮钻等先进设备。 年剥离量为２８２３万吨，采矿石７９７.８万吨，是目前我国单体矿山年产量最高的矿山。
2.爆破参数选择
2.1　钻孔参数
预裂孔使用XHR351钻机施工，孔径为100mm。主爆孔使用Φ200 mm牙轮钻孔施工。据现场施工数据的归纳总结，该露天矿露天台阶开采中，设计预裂孔孔距一般为1 m，主爆区孔间距为3~3. 5 m，主爆孔的排间距为3 m，这些参数在爆破施工中取得理想的爆破效果。按边坡设计坡比测算预裂孔钻孔深度和倾角，其实际值根据现场爆破施工合理性确定。
2.2　装药参数
预裂爆破的线装药密度经验公式都是根据大量的现场爆破数据进行数学归纳推演出来的，可有效的指导预裂爆破前的试验工作。但对一个具体的矿山而言，由于岩石特性、地质构造方面存在着差异，经验公式无疑有它的局限性，另外，影响爆破质量的因素很多，经验公式只是相对而言的。
针对该矿的岩石特性，应用6个经验公式计算线装药密度，并分别与现场实际数据进行了对比。对比结果表明，经验公式△线=0.36n0.6n0.2[σ压]0. 6用于坚硬岩石的预裂爆破线装药密度核算，其误差相对较小，且它不随岩石硬度增大而呈线性增加，因此，某露天矿台阶式露天开采预裂爆破主要是参考该经验公式计算药量，再结合现场施工情况对爆破参数进行修正。其预裂爆破设计见图1。

图1　某露天矿预裂爆破爆孔布置
使用32 mm药卷，预裂孔径D为10，n取值为0. 32，由上述公式计算出预裂孔的线装药密度为320~410 g/m，以二级岩石乳化炸药为准，其他炸药用能量系数换算。
3.爆破施工
3.1　预裂孔施工
(1)测量放样。测量放样是根据边坡设计的坡比确定钻孔的开口位置。由于设计高程和实际开口位置的高程不一定相符，必须根据开口高程和钻孔角度确定开口位置。
(2)钻孔角度控制。预裂孔钻孔的倾角和方位角影响预裂爆破的超深，直接影响预裂爆破的效果。
(3)预裂孔装药。按照设计线装药密度，间断将Φ32×200二级岩石乳化炸药和导爆索一起绑在长竹片上装入孔内。预裂爆破装药只须堵塞孔口段。预裂孔孔口堵塞长0. 8~1. 1 m，预裂孔底部1m范围内加药量2. 5倍，顶部1 m范围内药量减半。预裂孔装药结构如图2所示。

图2　预裂孔装药结构示意
3.2　主爆孔施工
主爆孔孔底距壁面过小，爆破会对终采边坡造成破坏，过大会留下岩坎，须二次处理，经过多次试验，确定主爆孔距预裂壁面2. 5~3 m。
(1)孔距和排距。通过试验，确定露天矿台阶式开采中孔距3. 5 m，排距为3. 0~3. 5 m。
(2)孔的深度。为确保下一台阶的完整和下一平台终采边坡的预裂钻孔施工，又必须尽量少留岩坎，主爆孔的深度只钻到下一梯段高程，不超深。其倾角确定原则为：预裂孔与其相邻的那一排主爆孔的孔口水平距离至少保有3 m，孔底水平距离至少保有2. 5 m。主爆孔排与排之间的钻孔倾角可不完全相同。
(3)主爆孔的装药。采用不耦合装药，Φ200的孔径装Φ120乳化药卷，不耦合系数为1. 67，单耗一般取值0. 35~0. 45 kg/m3，孔网参数根据现场爆破施工经验和爆破效果进行调整。
3.3　爆破网络
孔内用双导爆索起爆，孔间用导爆索搭接，单响药量小于150 kg，主爆孔内用MS10段非电雷管引爆，整个爆破网络用MS1、MS2、MS3、MS4、MS5、MS6等等联接。其网络如图3所示。

图3　爆破起爆网络示意
4.应用效果
近几年来，预裂爆破技术在某露天矿台阶式开采中的应用取得了较为理想的效果：
(1)应用预裂爆破虽增加预裂孔穿孔工作量，但保证预留边坡一次成型，同时减少临近主爆孔的穿孔工作量，总的穿孔工作量增加不大，另外减少了边坡二次处理工作量及费用；
(2)保留边坡半孔率最高达97%，最底也能达到89%，超欠挖控制在±15 cm左右，最终边坡达到一次成型；
(3)爆破效果良好，减少了挖装机械的油耗和备件磨损，直接经济效益较为可观；
(4)减少了预留边坡受炸药猛度的影响，增强了边坡的安全稳定性，有效降低露天矿山台阶下降后高边坡潜在的安全隐患。
参考文献：
[1] 张正宇.预裂爆破的原理与施工[M].北京：中国水利水电出版社， 2005.
    [2] 谢建中.全方位预裂的参数试验与施工[A].霍永基.第三届水利水电工程爆破会议资料集[C].武汉：中国地质大学出版社， 1991： 132~135.
[3] 张正宇.预裂爆破的几个问题[A].霍永基.第三届水利水电工程爆破会议资料集[C].武汉：中国地质大学出版社，1991： 240~243.
[4] 周明安.预裂爆破在中硬且裂隙发育红砂岩地区的应用研究[J].工程爆破， 1999， 05(04)： 31~35.
[5] 高文学，刘清荣.岩体预裂爆破的断裂控制研究[A].霍永基.全国工程爆破第五届学术会议论文选[C].武汉：中国地质大学出版社， 1993： 34~36.
[6] 闵其恒.孔间毫秒爆破在缓倾斜中深孔房柱法中的应用[A].霍永基.全国工程爆破第五届学术会议论文选[C].武汉：中国地质大学出版社， 1993： 306~307.
[7] 杨小林，刘红岩，王金星.露天边坡预裂爆破参数设计[ J].焦作工学院学报：自然科学版， 2002， 21(2)： 118~122.
[8] 沈立晋.预裂爆破技术在露天边坡中的应用[J].有色金融：矿山部分， 2004， 56(3).
[9] 何广沂.非电起爆网络的研究与实践[A].霍永基.全国工程爆破第五届学术会议论文选[C].武汉：中国地质大学出版社， 1993， 289~293.
[10] 张志呈，李朝鼎.试论定向断烈控制爆破孔间隙裂缝贯通的主要参数[J].中国矿业， 2000， 9(5)： 59~63
[11] 高天荣.露天矿预裂爆破对边坡的损伤研究 [J].铜业工程， 2011（11）： 65~68
[12] 徐向宇，温志辉，陈永超.鹤壁八矿煤巷掘进工作面控制预裂爆破有效影响半径测定[J].煤炭技术， 2011 (11)： 23~26