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露天金属矿高陡边坡爆破控制设计与施工

2016-09-26 责任编辑:崔玮娜

黄克磊

(江西铜业集团公司德兴铜矿,江西德兴,334224)

摘  要:针对露天金属矿高陡边坡爆破频次多的生产现状,本文从优化生产规划、改进爆破参数、精细施工管理等环节入手,有效降低外侧抛掷量、爆破振动等爆破公害,提高了爆破质时质量,确保露天矿山后续开采有序进行。

关键词:露天金属矿;高陡边坡;抛掷方向;爆破振动;爆破设计

 

1引言

德兴铜矿目前有铜厂和富家坞两个采区,日出矿能力13万吨,2012年采剥总量达1.255亿吨[1]。富家坞采区作为德兴铜矿主要接替矿山,于2004年开始大规模露天开采,已形成日采选矿石4.5万吨的供矿能力,富家坞采区采用陡帮开采工艺,应用16.8m3、19.9m3和35m3电铲、250mm孔径牙轮钻机、230t电动轮汽车等大型设备开采。随着开采的不断进行,部分台阶境界的逐步到位,临近高陡边坡的爆破次数增多,为降低高陡边坡爆破的各种公害,应从优化生产规划、改变爆破方式、改进爆破参数、精细施工管理等重要环节入手,在保证爆破效果的前提下,把爆破的外侧抛掷量、飞石、振动等危害因素降至最低,以确保矿山后续开采能够有序地进行。

2爆破区域

富家坞官帽山处于分水岭近旁,山体陡峻。根据“2014年2月份富家坞月末现状图”,290m水平临近高陡边坡爆破区域长约400m,宽约为100m,正下方是富家坞矿石破碎站(简称富破)及其相关固定设施。为最大限度减少外侧抛掷量,将距离高陡边坡35m以外区域先行爆破,为临近富破的爆破创造自由面,有利于改变爆堆的移动方向。

爆破设计区域实际标高282.0m,与富破最近水平距离为100.2m(如图1所示),垂直距离62m,岩石为绢云母千枚岩。此次爆破设计一方面在保证爆破质量的前提下最大限度减少外侧抛掷量,控制爆破飞石对富破场地设备和人员的安全隐患;另一方面控制爆破振动,减小对富破建筑物的损害。

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3爆破参数

3.1布孔方式

采用三角形布孔,根据本台阶地形,每面炮都平行于边坡布孔(如图1所示)。采用多打孔、少装药方式进行爆破,所有台阶边缘的炮孔加密处理,减小单孔装药量。单面炮总装药量在30t以内。

3.2爆破参数选择

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前排孔台阶剖面图如图2所示,主炮孔采用三角形布孔方式,孔网参数确定如下:

(1)底盘抵抗线W1。牙轮钻机钻孔作业的安全条件如下:

W1=Hcotα+Bmin

式中,Bmin为钻机台阶边缘作业的最小安全平台宽度,因此地段坡面较陡,取Bmin=5m(按岩性可爆性以及经验取值);α为坡角α=70°;H为台阶高度,H=13m,计算得W1为9.8m。

(2)孔距α与排距b。为有效地克服台阶边缘底部岩坎,台阶边缘第1排孔加密处理,孔距α1=5m,第1、第2排之间距离b2=5m,第2排孔距α=7m,从第3排孔起按此区域岩性采用7m×9m的孔网,即α3=9m,b2=7m(如图3所示)。

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(3)孔深。根据“2014年2月份富家坞月末现状图”提供的顶板标高确定。由于第l排孔进行了加密处理,台阶边缘孔不超深,以提高药柱中心高度,加强上部岩石的破碎作用,故孔深设计13m;从第2排起,超深按2m算,孔深15m。

(4)单耗。根据该地段岩性及自然条件确定炸药单耗q。临近边坡第l排孔q1为0.31kg/m3,第2排孔q2为0.61kg/m3,其余孔q3为0.61kg/m3

(5)每孔装药量。临近边坡的第1排孔的每孔装药量Q1按以下公式计算:

Q1=q1α1W1H

式中,q1为炸药单耗,取0.31kg/m3;α1为孔距,取5m;W1为底盘抵抗线,取9.8m;H为台阶高度,取13m。计算得Q1为200kg,装药时按每孔200kg装药。

第2排孔起,以后各排孔的每孔装药量Q按以下公式计算:

Q=kqabH

则第2排孔的每孔装药量Q2为:

Q2=kq2a2b2H

式中,q2为炸药单耗,取0.61kg/m3;a2为孔距,取7m;b2为排距,取7m;H为台阶高度,取13m;k为系数,取k=1.0。计算得Q2为400kg。

第3排及掏槽爆破的每孔装药量Q3为:

Q3=kq3a3b3H

式中,q3为炸药单耗,取0.6l kg/m3;a3为孔距,取9m;b3为排距,取7m;H为台阶高度,取13m;k为系数,取k=1.0。计算得Q3为500kg。

(6)装药结构。连续装药结构。

(7)充填高度。一般充填高度不小于底盘抵抗线的0.75倍(6.6m),根据每孔设计装药量运用公式:

L=h-Q/68

式中,L为充填高度;h为孔深;Q为每孔装药量;68为炮孔每米装药量,单位为kg/m。计算得:第l排孔L1=12.1 m,第2排孔L2=9.1 m,第3排孔L3=7.7m,符合爆破设计与安全要求。

4爆破安全

4.1爆破飞石

爆破飞石距离L按以下公式进行计算[2]

L=20kn2w

式中L——爆破飞石飞散距离;

k——安全系数,取1.0;

n——爆破作用指数,松动爆破n取O.75;

w——最大一个药包的最小抵抗线,计算得7m。

计算得L=80m,从月末现状图上可得台阶边缘离富家坞破碎站建筑物最近水平距离l为112m,L<l,飞石距离小于离建筑物最近的水平距离,符合设计要求。

4.2爆破振动

爆破振动强度与爆破的类型、装药量、距爆心的距离、传递爆破地震波的介质情况、地形条件和起爆方法等因素有关。我国《爆破安全规程》采用保护对象所在地质点峰值振动速度作为爆破振动判据的主要物理量指标[3]。国内外常用萨道夫斯基经验公式求算爆破振动地面质点峰值振动速度,距离边坡最近的炮孔爆破引起质点的振动速度按萨道夫斯基公式计算如下:

v=K(Q1/3/R)α

式中v——爆破引起的质点振动速度,cm/s;

Q——单响药量,第1排孔 200kg,第2排孔400kg,第3排孔500kg;

R——药柱中心到富破房屋的最近距离,第1、第2、第3排孔到富破的最近距离分别为100m、105m、112m;

K——与爆破点地形、地质条件有关的系数,取K=250;

a——爆破振动衰减指数,取a=2。

各项取值代入公式,计算结果见表l。

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通过以上计算,290m水平的第l、第2、第3排炮孔爆破引起的质点振动速度均在《爆破安全规程》(GB 6722—2003)规定的砖结构建筑的质点安全振速以下,该振动值对建筑物是安全的。

5地表网路设计

延时爆破是目前一种很好的降振方法[3]。在总药量相同的条件下,延时爆破比齐发爆破的振速可降低40%~60%[4]。为尽量避免爆破振动对固定设施造成破坏,此次爆破增大地表网路延期时间。针对该地段地质构造的特殊性,将地表网路延期时间由传统使用的Ⅱ类岩石区用25ms与65ms搭配改为用42ms与100ms搭配,同时保证相邻孔间延期时间不小于20ms,并实行逐孔起爆[5],减小振动对富破的影响。

改变起爆方式,布平行四边形炮孔,实施斜线起爆,为爆堆移动创造两个自由面空间,降低底部夹制作用。通过合理选择起爆点等方式,使爆堆的整体移动方向背向富破等固定设施,以减少外侧抛掷量。

6注意事项

(1)布孔、装药、地表网路设计严格按照设计进行施工作业;

(2)每面炮爆破时,爆破区域前方要求清渣,为爆堆往前移动创造空间;

(3)第1、第2排孔装药高度较低,为保证起爆弹接触炸药,孔内导爆管雷管由原来12m、18m各一发改为双发18m导爆管雷管;

(4)充填质量是控制飞石关键,要检查炮孔的充填质量,发现有下陷或中间空漏(用2m长的竹棍插入岩粉试探)的要及时回填。

7结语

对于临近高陡边坡区域的爆破,在充分了解爆破区域地质条件、地貌特征的基础上,通过优化爆破参数、精细施工管理等综合措施,可以达到提高爆破质量、保证安全生产的目标。此次爆破通过内部先行爆破创造自由面、边缘孔加密和减药等综合爆破措施,有效地控制了爆破飞石、减少了抛掷量,爆破振动控制在了安全范围。爆破后富破等固定设施完好,爆堆松散,块度均匀,铲装无根底,达到了预期爆破效果。

参考文献

[1]程根祥.影响德兴铜矿爆破效果的因素分析及改进[J].现代矿业,20ll,2(2).105~106.

[2]汪旭光,郑炳旭,等.爆破手册[M].北京:冶金工业出版社,2010.

[3]夏红兵,汪海波,宗琦.爆破震动效应控制技术综合分析[J].工程爆破,2007,6(2):83~86.

[4]吴朝阳.导爆管起爆网路在德兴铜矿露天爆破中的应用[J].铜业工程,2007,3:5~7.

[5]高尔新,杨仁树.爆破工程[M].徐州:中国矿业大学出版社,1991.

摘自《中国爆破新进展》