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1、露天台阶中深孔爆破技术应用龚红兴(中国水利水电第十二工程局有限公司第四分局)摘要：露天台阶深孔爆破设计中应注意的问题有：1）开拓系统建设关系到土石方工程的布局，2）采用梅花形布孔，斜线起爆 ，3）爆区形状，4）单孔药量计算应综合考虑爆破参数之间的逻辑关系。关键词：露天深孔台阶爆破；开拓系统；爆区大小；单孔药量1 前言中深孔爆破法在石方爆破工程中占有重要地位。它已广泛地在露天开采（如露天矿山的剥离与采矿）、山地工业场地平整、港口建设、电力建设、水闸坝基坑和地下开采工程等。并取得了良好的技术经济效果。随着钻孔设备和装运设备的不断改进，爆破技术的不断完善和爆破器材的日益发展，深孔爆破对改善和控制爆破
2、质量、提高机械设备装运效率和经济方面的优越性越来越明显。鉴于中深孔爆破技术的实用效果，本人在露天矿山作业中就若干爆破参数的确定、需要注意事项及与其相关的问题有一点想法，提出来和大家一起商酌。2 开拓系统2.1 开拓系统的概念开拓系统是采矿工程术语，露天开采开拓是指建立地面与露天矿场内各工作面以及各工作面之间的矿岩运输通道，以保证露天矿场的生产运输，及时准备出新的工作面。影响开拓方案设计的主要因素有：矿床赋存的自然条件； 开采技术条件（台阶深度及设备的选用等）；经济因素。开拓系统选择得当与否，直接关系到矿山的基建投资、建设时间、生产成本及矿山能否稳定均衡持续地生产。设计良好的开拓系统是露天台阶深
3、孔爆破取得良好效果的必要条件。大型土石方爆破工程主要以采石、平场为目的，开拓系统相对简单、单一。2.2 常见的开拓系统及其在现场的应用按开拓坑线布置的位置特征分类，露天开拓方案可分为固定坑线和移动坑线开拓；按开拓坑线的布局形式特征，又可分为直进式坑线开拓、迂回折返式坑线开拓，螺旋式坑线开拓与联合式坑线开拓；依据所选取的运输设备，露天开拓方式分为：公路运输开拓、铁路运输开拓、联合运输开拓。露天矿山一般分为山坡露天和凹陷露天矿，大型土石方爆破工程因大多是开山平场、取石、填海围垦工程，因此，用得最多的是山坡露天、公路运输、直进或回返式、移动坑线开拓系统。3 孔位的布设3.1 布设原则通常在爆区附近有
4、村庄或其他建（构）筑物，为减轻爆破震动的影响，要确定爆破方向，改变爆破地震波传播方向，尽量使爆破主地震波传播方向朝非保护对象的方向。3.2 施工控制为精确测出两孔间的孔距、排距。确保单孔炸药量的准确性，得用经纬仪或测距仪测出精确的孔位坐标（X、Y）及孔位高差。3.3 中深孔的孔向露天深孔的孔向有垂直深孔与倾斜深孔两种。虽然垂直深孔打钻比较方便，但垂直深孔从爆破效果看问题比较多，如、易产生根底，不利装碴且导致二次爆破，增加爆破费用；、不易于爆堆高度的控制，不利于提高采装效率；、台阶顶部易出现突悬部分，即所谓的倒坡，不但影响第一排孔抵抗线的量测，而且雨天有坍塌的危险，直接危及施工人员的安全等。所以
5、在露天矿山生产中建议使用倾斜深孔的布置方式。4 爆破中有关参数的确定4.1 超深现场施工中常见场地高低不平或鼓包，既影响车辆行车安全又影响文明施工。应采取的源头控制措施就是超深打钻，超深是指深孔超出台阶高度的部分。超深的作用是用来克服台阶底盘岩石的夹制作用，使爆破后不残留根底，而形成平整的底部平盘。超深不足将产生根底或抬高底部平台标高而影响装运工作；超深过大，将造成钻孔和炸药的浪费，且造成对下一个台阶平台的破坏。其超深值一般由经验确定。Hc=（0.150.30）WdWd底盘抵抗线，m。矿岩坚固时取大值；矿岩松软、节理发育时取小值。矿岩特别松软或底部裂隙发育时，可不用超深。4.2 底盘抵抗线底盘
6、抵抗线是影响露天爆破效果的一个重要参数。过大会造成根底多、大块率高、后冲作用大；过小则不仅浪费炸药、增大钻孔工作量且岩块易抛散和产生飞石危害。底盘抵抗线的大小同炸药威力、岩石爆破性、岩石破碎要求以及钻孔直径，台阶高度和坡面角等因素及相互影响有关。鉴于对底盘抵抗线影响因素众多，变动范围较大，在根据经验公式求得后，再在实践中不断加以调整，以达到最佳效果。考虑到成本、运输方便及现场综合效果，本工程底盘抵抗线为孔径的2036倍。4.3 孔距与排距孔距是指同一排深孔中相领两钻孔中心线间的距离。排距是指多排孔爆破时，相领两排钻孔间的距离，也即是第一排孔以后各排孔的底盘抵抗线值。4.3.1 孔距（a）与排距
7、（b）的关系随着岩石爆破机理的不断完善和实践经验不断丰富，在孔网面积不变的情况下，适当减小底抗线或排距而增大孔距，可以改善爆破效果。两者确定得合理与否，会对爆破效果产生重要的影响。孔距与排距的比值称密集系数（m）。m过大，不经济、浪费；过小，块石粒径大，不易控制爆破质量，需二次解小，加大成本。因此有一个最佳的合理范围。根据现场爆破统计，综合考虑块径50cm及爆破效果，m取值在1.11.3范围较适宜。4.4 堵塞长度堵塞长度关系到填塞工作量的大小、炸药能量利用率、爆破质量、空气冲击波和个别飞石的危害程度。堵塞长度过短，则炸药能量损失大，将影响钻孔下部的破碎效果，产生较强的空气波、噪声危害，特别是
8、个别飞石的危害（即所谓的冲孔），将直接危及现场作业人员的安员。本人在现场就发现此类事情，因施工人员偷懒，4m的抵抗线钻孔只堵了3m堵塞长度，结果石块场地满天飞，差点就砸到人。虽说堵塞长度过长会降低爆破量，但从作业现场实际情况、操作情况及安全角度出发，我认为工程实践中堵塞长度不论取（2040）d或取不小于底盘抵抗线的0.75倍都是有点危险的，最好将已装好炸药的剩余孔段全部用钻出的岩屑堵满。4.5 每孔炸药量计算通常单排孔爆破或多排孔爆破的第一排孔的每孔装药量按下式计算：Q=qaW底H式中q-单位炸药消耗量，kg/m3；a-孔距，mH-台阶高度，m（含超深的长度）W底-底盘抵抗线，m多排孔爆破时，
9、由于后排受夹制作用，从第二排起，各排装药量应有所增加。4.6 单位炸药消耗量Q值的大小不仅影响爆破效果，而且直接关系到生产成本和作业安全。其值不仅取决于矿岩的可爆性，也取决于炸药的威力和爆破技术等因素，还受其他爆破参数的影响。本工程炸药单耗取（0.300.35），岩性好时取大值；为克服后排受夹制作用，根据岩性第二、三排依次以(0.0050.01)的单耗递增。从现场爆破效果看，取值适宜。建议根据实际情况调整。5 钻孔根据现场施工经验，取8085比较适宜。除对倾角进行控制外，还要求钻孔方向基本与同一排两孔的连线垂直，保持钻孔方向的一致性,这样才能进一步保证的爆破出来的石块的均匀性。6 爆破装药目前
10、在舟山，进行露天深孔爆破所需炸药量大，一般均在几吨乃至十几吨，现场人工装药工作量相当大，效率低下。如工程量大、经济条件允许，建议使用混装炸药车。经国内外大型厂矿使用情况看，其技术经济效果良好，降低了装药的强度，提高了露天矿机械化水平。7 多排孔微差爆破过去普遍使用单排孔齐发爆破，效果较差。可改成微差爆破又称毫秒爆破。它是在深孔内以毫秒级的时间间隔，按一定顺序起爆的一种起爆方法。这种方法具有降低爆破地震效应、改善破碎质量、降低炸药单耗、减小后冲、爆堆比较集中等明显优点。排数适宜，可有效地为后爆孔增加新的自由面、应力波的相互迭加作用和岩块之间的碰撞作用，使被爆岩体获得良好的破碎，并相应提高了炸药能
11、量的利用率。本工程排数取35排，通常取4排。排数过多，一是震动大；二是爆破效果差。排数过小，重复作业多，不经济且爆破效果相对较差。8 微差时间的选取确定合理的微差爆破间隔时间，对改善爆破效果与降低地震效应具有重要作用。在确定间隔时间时主要考虑岩石性质、布孔参数、岩体破碎和运动的特征等因素。微差间隔时间过长则可能造成先爆孔破坏后爆孔的起爆网络，过短则后爆可能因先爆孔未形成新的自由面影响爆破质量。根据工程中的施工经验施，本工程选择毫秒非电雷管段差延时取25ms75ms，最佳值为50ms。段数有121段，延期时间达2300ms。根据工程不同作业条件从中选取。本工程应警戒范围300m附近有居民建（构）
12、筑物，为减小爆破危害，只能逐孔起爆，且为保证足够的爆破效果，段数控制在117段。9 网络设计及连接随着开挖工程规模的不断扩大，大区多排孔微差爆破愈加显示其优越性，为保证达到良好的爆破质量，必须正确选择起爆方案。起爆方案是与深孔布置方式和起爆顺序紧密结合的，要根据岩石性质、裂隙发育程度、构造特点、对爆堆要求和破碎程度等因素进行选择。常用的起爆方案有以下几种：方形布孔，排间微差起爆：方形布孔，对角微差起爆：方形布孔，V形微差起爆；方形布孔，横向掏槽起爆；三角布孔，排间微差起爆；三角布孔，对角微差起爆；三角布孔，V形微差起爆考虑总体爆破效果，矿山应采用三角形布孔，即采用5的方案。如因地处环境复杂及附
13、近有居民建筑，受爆破危害影响，附近居民反映较大的，可降低最大单响药量，采用三角布孔方式中的单孔顺序微差起爆方案（见附图）。10 装药方式10.1 直接装药意指直接将计算好的炸药量直接装到孔内，不进行分段，一般适宜孔深为（317）m。10.2 间隔装药有时因工作需要，钻孔深达（1821）m。为了使炸药不过分集中于台阶下度，使台阶中部、上部都能在 一定程度上受到炸药的直接作用，减小台阶上部大块产出率，需采用分段间隔装药。一般以分两段装药为宜，中间用空气或钻出岩屑隔开，分隔长度约13m。分段过多，装药和起爆网络过于复杂。孔内下部一段装药量约为装药总量的17%35%。矿岩坚固时取大值。两段间隔5075
14、ms为佳。国内外曾试验并推广在炮孔顶底部采用空气或水为间隔介质的间隔装药方法。用气为介质时又叫空气垫层或空气柱爆破。采用炮孔顶底部空气间隔装药的目的是：降低爆炸起始压力峰值，以空气为介质，使冲量沿孔壁分布均匀，矿炮孔顶底部破碎块度均匀；延长孔内爆轰压力作用时间。由于炮孔顶底部空气柱的存在，爆轰波以冲击波的形式向孔壁、孔顶底部入射，必然引起多次反射。加之紧跟着产生的爆炸气体向空气术高速膨胀飞射，可延长炮孔顶底部压力作用时间和获得较大的爆破能量，从而加强对炮孔顶底部矿岩的破碎。炮孔底部以水为介质间隔装药所利用的原理是：水具有各向均匀压缩，即均匀传递爆炸压力的特征。在爆炸初始阶段，充水腔壁和装药腔壁
15、同样受到动载作用而且峰压下降缓慢；到了爆炸的后期爆炸气体膨胀作功时，水中积蓄的能量随之释放，故可加强对矿岩的破碎作用。上述两种方法可改善爆破效果，但施工中很难操作，如留多少间隔水；水过多，炸药不易下沉容易堵塞；使用铵油炸药的话，水对其有破坏作用，时间一长将有可能失效等等一系列题。所以使用岩屑间隔即方便又省时。11 对常见几种不良爆破现象的原因及处理方法11.1 爆破后冲现象爆破后冲现象是指爆破膈矿岩在向工作后方的冲力作用下，产生矿岩向最小抵抗线相反的后方翻起并使后方未爆岩体产生裂隙的现象。在爆破施工中，后冲是常常遇到的现象，尤其是在多排孔齐发爆破时更为常见。后翻的矿岩堆积在台阶上和由于后冲在未
16、爆破台阶上造成的裂隙，都会给下一次钻孔工作带来很大的困难。产生爆破后冲的主要原因是：多排孔爆破时，前排孔底盘抵抗线过大，装药是充填高度过小或充填质量差，炸药单耗过大，一次爆破的排数过多等。采取下列措施基本上可避免后冲的产生：加强爆破的清底工作，减小第一排孔的根部阻力，使底盘抵抗线不超过设计值；合理布孔，控制装药结构和后排孔装药高度，保证足够的填塞高度和良好的填塞质量；采用微差爆破时，针对不同岩石，选择最优排间微差间隔时间；采用倾斜深孔爆破。11.2 爆破根底现象根底的产生，不仅使工作面凹凸不平，而且处理根底时会增大炸药消耗量，增加工人的劳动强度。产生根底的主要原因有：底盘抵抗线过大，超深不足，
17、台阶坡面角太小，工作线沿岩层倾斜方向推进等。为克服爆后留根底的不良现象，主要采取以下措施：适当增加钻孔的超深值或深孔底部装入威力较高的炸药；控制台阶坡面角，使期保持6085。若边坡角小于5055时，台阶底部可用浅眼法进行拉根底处理，以加大坡面角，减小前排孔底盘抵抗线。11.3 爆破大块现象大块的增加，使大块率比例增大，二次破碎的用药量增大；也增大了二次破碎的工作量，降低了装运效率。产生大块的主要原因是，由于炸药在岩体内分布不均匀，炸药集中在台阶底部，爆破后往往使台阶上部矿岩破碎不良，块度较大。尤其是当炮孔穿过不同岩层而上部岩层较坚硬时，更易出现大块现象，为了减少大块，通常采用分段装炸药的方法，
18、使炸药在炮孔内分布较均匀，充分利用每一段炸药的能量。12 结语深孔台阶爆破易于实现施工综合机械化，有利于加快施工速度和提高工程质量，且一次爆破量大，能减少了炸药总用量，降低了工程成本，因此在矿山、水利、公路、港口、铁道等领域方泛应用。露天深孔台阶爆破虽然是一门成熟的技术，但本人通过亲身经历的工程实践，认为露天深孔爆破工作应该满足以下几点：爆破后岩石的块度应满足设计要求和技术条件，岩石的块度要受到铲装设备和破碎设备及工程条件的限制；深孔爆破应使台阶上部岩体的裂缝控制在边坡顶部最近最小的限度内，以保证台阶的稳定性。同时，还要求底板比较平整，没有残留的岩坎；爆破后岩块的堆积形状和范围应该与铲装设备相适应，过高会使铲装设备的安全受到威胁，过分分散又不利于充分发挥铲装机械的工作效率；即要改善爆破质量，又要降低工程成本，才能取得良好的爆破效果。参考文献管志强，露天深孔爆破设计的编制与审核J， 湖南：工程爆破2003（4）：37-42中国力学学会工程爆破专业委员会，北京：爆破工程，（京）新登字036号，1992陈国山，露天采矿技术，北京：冶金工业出版社，2008王清、史维祥，采矿学M，北京：冶金工业出版社，2005于亚伦，工程爆破理论与技术M ，北京：冶金工业出版社，2004
