露天采礦法預(yù)裂爆破方案研究

露天采礦法預(yù)裂爆破方案研究

1采礦條件和開(kāi)采環(huán)境的影響對(duì)于服務(wù)年限長(zhǎng)的戶外采礦場(chǎng)地，開(kāi)采深度大，邊坡穩(wěn)定性是滿足安全生產(chǎn)許可證的必要先決條件。影響露天邊坡穩(wěn)定性除了巖體的地質(zhì)條件、邊坡結(jié)構(gòu)等因素外,臨近邊坡爆破所產(chǎn)生的震動(dòng)也是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素。如何減少爆破震動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的破壞,尤其是對(duì)開(kāi)采條件和開(kāi)采環(huán)境較差的露天采場(chǎng)更為重要。鳳凰山銅礦Ⅰ#、Ⅱ#礦體上部采用坑內(nèi)開(kāi)采,采礦方法主要為上向水平分層尾砂充填法,由于多種原因,-43m以上有224萬(wàn)t殘礦資源沒(méi)能回收。為了保證礦山生產(chǎn)能力的持續(xù)穩(wěn)定,充分回收礦產(chǎn)資源,經(jīng)過(guò)充分論證,決定對(duì)殘礦進(jìn)行露天開(kāi)采。但露天下盤(pán)邊坡巖性穩(wěn)固性較差,尤其是靠露天邊界20m左右有井下生產(chǎn)在用的南風(fēng)井、新措施井和金牛硐古采礦遺址及地表相思河河流需要保護(hù)。為了控制爆破震動(dòng)對(duì)邊坡和建筑物、古遺址及相思河的危害,給礦山下部井下開(kāi)采安全生產(chǎn)創(chuàng)造有利的條件,采用合理的控制爆破方法十分重要。2戶外采礦場(chǎng)的坡度2.1上盤(pán)巖體及幫巖采場(chǎng)下盤(pán)邊坡巖體主要由大理巖組成,完整性較好,強(qiáng)度較高,大理巖層面產(chǎn)狀與邊坡走向有一定斜角,斜交角不超過(guò)20°。上盤(pán)巖體主要是花崗閃長(zhǎng)巖,在地表數(shù)十年風(fēng)化嚴(yán)重,地表深處的原生花崗閃長(zhǎng)巖完整性較好,強(qiáng)度也較高,但暴露空氣過(guò)長(zhǎng)時(shí)風(fēng)化迅速,特別是遇水強(qiáng)度降低,沒(méi)有大的斷裂,節(jié)理面粗糙。南端幫巖體主要是大理巖,巖層走向基本上和邊坡走向一致。Ⅰ#礦體斜穿北端幫邊坡,其上盤(pán)為花崗閃長(zhǎng)巖,下盤(pán)為大理巖。2.2并段邊坡安全平臺(tái)設(shè)計(jì)露天采場(chǎng)設(shè)計(jì)最高開(kāi)采標(biāo)高+140m,最低標(biāo)高-43m,封閉圈標(biāo)高+68m。最終邊坡組成為2個(gè)臺(tái)階并段,2個(gè)安全平臺(tái)一個(gè)清掃平臺(tái)間隔布置,最終邊坡結(jié)構(gòu)參數(shù)為:上盤(pán)臺(tái)階坡面角65°,下盤(pán)臺(tái)階坡面角60°,南端臺(tái)階坡面角70°,北端臺(tái)階坡面角65°。上盤(pán)最終邊坡角42°,下盤(pán)最終邊坡角39°,南端部最終邊坡角53°,北端部最終邊坡角42°。并段后的臺(tái)階高度24m,安全清掃平臺(tái)寬度5～9m。3附近邊坡爆炸試驗(yàn)方法和參數(shù)選擇3.1預(yù)裂爆破技術(shù)確定臨近邊坡控制爆破主要方法有預(yù)裂爆破、光面爆破和緩沖爆破。通過(guò)有關(guān)資料類(lèi)比,并結(jié)合鳳凰山銅礦露天采場(chǎng)礦巖性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、開(kāi)采條件、裝備水平、邊坡結(jié)構(gòu)參數(shù)及生產(chǎn)服務(wù)年限等實(shí)際情況,確定采用預(yù)裂爆破技術(shù)。3.2預(yù)裂爆破孔徑預(yù)裂爆破成功與否主要取決于預(yù)裂爆破參數(shù)及裝藥結(jié)構(gòu)是否合理。預(yù)裂孔直徑、間距和線裝藥密度是預(yù)裂爆破的幾個(gè)主要參數(shù),地質(zhì)條件、巖石性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及其物理力學(xué)性質(zhì)、炸藥種類(lèi)、工程性質(zhì)及對(duì)預(yù)裂爆破質(zhì)量要求等方面又是影響參數(shù)的重要因素。預(yù)裂孔直徑往往是根據(jù)工程性質(zhì)及對(duì)質(zhì)量的要求,并結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)備條件預(yù)先選定的,鳳凰山銅礦露天采場(chǎng)現(xiàn)有KQ-150型潛孔鉆機(jī)和DX-100型潛孔鉆機(jī)兩種類(lèi)型,穿鑿150mm和100mm兩種不同的孔徑。因此,為了不增加額外的投資,采用KQ-150型潛孔鉆機(jī)和DX-100型潛孔鉆機(jī),穿鑿150mm和100mm兩種不同的孔徑進(jìn)行預(yù)裂爆破參數(shù)的試驗(yàn)。3.2.1150mm孔徑的預(yù)裂爆破參數(shù)確定(1)粉碎并消耗能量不偶合系數(shù)是指炮孔直徑和藥包直徑之比。裝藥時(shí)采用不偶合裝藥目的是降低爆炸后的初始?jí)毫?避免炮孔周?chē)鷰r石受到過(guò)度的粉碎并消耗能量。經(jīng)大量實(shí)踐總結(jié),不偶合系數(shù)與巖石抗壓強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系為:K=1+363.68δ壓-0.26其中:K為不偶合系數(shù);δ壓為巖石抗壓強(qiáng)度,Pa。當(dāng)巖石為大理巖時(shí),δ壓=700～1400×105Pa,K=3.8～4.3;當(dāng)巖石為花崗閃長(zhǎng)巖時(shí),δ壓=571～927×105Pa,K=4.1～4.5。(2)巖石結(jié)構(gòu)參數(shù)與徑關(guān)系合理的炮孔間距在爆破后能使各炮孔中心形成一條相互貫穿的裂縫。實(shí)踐證明孔距與孔徑密切相關(guān),同時(shí)也與巖石性質(zhì)和裝藥結(jié)構(gòu)有關(guān)。相互關(guān)系式表述為:a=19.4D(K-1)-0.523其中:a為預(yù)裂孔間距,m;D為鉆孔直徑,m。當(dāng)巖石為大理巖時(shí),a=1.56～1.70m;當(dāng)巖石為花崗閃長(zhǎng)巖時(shí),a=1.51～1.61m。(3)預(yù)裂爆破參數(shù)確定線裝藥密度即每米炮孔裝藥量,是預(yù)裂爆破重要參數(shù),由經(jīng)驗(yàn)公式:q=785×10-3×D2K-2×ρ其中:q為線裝藥密度,kg/m;ρ為藥包密度,g/cm3;2號(hào)巖石炸藥ρ=0.93g/cm3。當(dāng)巖石為大理巖時(shí),q=0.9～1.1kg/m;當(dāng)巖石為花崗閃長(zhǎng)巖時(shí),q=0.8～1.0kg/m。3.2.2100mm孔徑的預(yù)裂爆破參數(shù)確定同上150mm孔徑預(yù)裂爆破參數(shù)的確定方法一樣,由其經(jīng)驗(yàn)公式可計(jì)算出各參數(shù)。不偶合系數(shù):當(dāng)巖石為大理巖時(shí),K=3.8～4.3;當(dāng)巖石為花崗閃長(zhǎng)巖時(shí),K=4.1～4.5。預(yù)裂孔間距:當(dāng)巖石為大理巖時(shí),a=1.0～1.1m;當(dāng)巖石為花崗閃長(zhǎng)巖時(shí),a=0.9～1.0m。線裝藥密度:當(dāng)巖石為大理巖時(shí),q=0.39～0.51kg/m;當(dāng)巖石為花崗閃長(zhǎng)巖時(shí),q=0.36～0.43kg/m。3.3給藥結(jié)構(gòu)的確定3.3.1線裝密度調(diào)整150mm孔徑采用連續(xù)裝藥方式,將直徑為32mm的2號(hào)巖石藥卷用膠布捆扎在兩根導(dǎo)爆索中間,調(diào)整每米軸線上藥卷的個(gè)數(shù),使線裝藥密度符合設(shè)計(jì)要求。100mm孔徑采用間隔裝藥方式,根據(jù)設(shè)計(jì)的線裝藥密度值,將直徑32mm的2號(hào)巖石藥卷用膠布捆扎在兩根導(dǎo)爆索中間。3.3.2巖石炸藥密度調(diào)整用非電導(dǎo)爆管和直徑80mm的銨油炸藥卷替代導(dǎo)爆索和直徑32mm的2號(hào)巖石炸藥,調(diào)整裝藥長(zhǎng)度和空氣間隔長(zhǎng)度,使線裝藥密度符合設(shè)計(jì)要求。不同巖性、不同孔徑的預(yù)裂爆破參數(shù)見(jiàn)表1。3.4緩沖孔與預(yù)裂孔預(yù)裂孔原則上布置在測(cè)量境界線上,按設(shè)計(jì)的孔間距標(biāo)出每個(gè)孔的孔位,鉆孔傾向與坡面傾向一致,按設(shè)計(jì)要求穿鑿預(yù)裂孔。為保證較好的預(yù)裂爆破效果,應(yīng)合理地選取緩沖孔的裝藥量、孔間距和緩沖孔與預(yù)裂孔的排距。輔助孔孔徑采用150mm,孔間距為3.0～3.5m,預(yù)裂孔與緩沖孔的排距為2.5～3.5m,裝藥量為35～50kg。3.5孔藥包和起爆緩藥爆破采用非電起爆系統(tǒng),首先起爆所有預(yù)裂孔藥包,再起爆主爆孔藥包,最后起爆緩沖孔藥包。預(yù)裂也應(yīng)超前主爆孔起爆時(shí)差不少于50～100ms,緩沖孔起爆延遲主爆孔起爆50ms,以保證在主爆孔起爆前形成減震隔離帶,使其獲得最佳爆破效果。4臺(tái)階預(yù)裂爆破試驗(yàn)參數(shù)依據(jù)確定的孔間距、線裝藥密度、不偶合裝藥系數(shù),采用逐次逼近的方法,改變線裝藥密度,保持其它因素基本不變,在下盤(pán)大理巖和上盤(pán)的花崗閃長(zhǎng)巖中的靠幫處進(jìn)行多次試驗(yàn)。根據(jù)礦山生產(chǎn)的需要,隨著采場(chǎng)剝離工作的臺(tái)階的下降,又分別在+140m、+125m、+108m、+96m、+84m、+72m臺(tái)階進(jìn)行試驗(yàn),預(yù)裂孔118個(gè),穿孔米數(shù)1650m,預(yù)裂線總長(zhǎng)度215m。各臺(tái)階預(yù)裂爆破試驗(yàn)參數(shù)如表2。爆破后,經(jīng)認(rèn)真清渣觀察,爆破所形成的邊坡位置基本上符合設(shè)計(jì)要求,臺(tái)階坡面比較整齊完好,原巖整體性沒(méi)有受到明顯的破壞,露天采場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性良好,并在+60～+72m臺(tái)階、+48～+60m臺(tái)階、+36～+48m臺(tái)階等深部臺(tái)階臨近邊坡處推廣應(yīng)用預(yù)裂爆破,均達(dá)到了預(yù)期的效果。5結(jié)論和建議5.1爆破參數(shù)及藥劑性質(zhì)對(duì)預(yù)裂爆破的影響(1)采用預(yù)裂爆破所形成的臺(tái)階眉線整齊,坡面比較平整,爆破后沖小,?100mm孔徑的預(yù)裂爆破效果優(yōu)于?150mm孔徑的預(yù)裂爆破效果。(2)預(yù)裂爆破成功與否關(guān)鍵取決于爆破參數(shù)及裝藥結(jié)構(gòu)是否合理。(3)露天采場(chǎng)邊坡節(jié)理發(fā)育,巖石質(zhì)量差的區(qū)段,給穿鑿預(yù)裂孔帶來(lái)了極大困難,爆破后預(yù)裂孔孔痕保留狀況不太理想,影響了預(yù)裂爆破的效果。(4)爆破效果雖然不十分理想,但是預(yù)裂爆破形成的臺(tái)階眉線整齊,坡面平整,邊坡到界,邊坡穩(wěn)定性良好,達(dá)到了保護(hù)邊坡減少爆破震動(dòng)破壞的目的。對(duì)構(gòu)、建