露天矿山上盘逆边坡预裂爆破技术研究

露天矿山上盘逆边坡预裂爆破技术研究

一、排山楼金矿上盘边坡稳定发展的路径选择辽宁省排山楼金矿位于辽宁省阜新蒙古族自治县。是一家集采、选、任于一体的大型采矿业中的公司。它是中国最大的、技术设备水平和生产管理领域最重要的黄金矿矿之一。该矿1996年9月开始建设,1997年7月建成投产,1998年8月通过了原国家经贸委黄金管理局组织的竣工验收。企业原设计生产规模1200吨/日,经改造目前已达到近2000吨/日生产能力。排山楼金矿投产后,黄金价格持续走低,对企业的稳定持续生产造成很大影响。为保证矿山持续稳定发展,排山楼金矿经过与设计、施工单位的反复论证,根据上盘逆倾斜围岩比较稳固的特性,决定将上盘的最终边坡角由47°增大到65°,通过降低剥采比、减少剥离工程量来节约生产成本。由于上盘边坡变陡,必须保证上盘最终开采境界边坡的稳定。因此,参照国内外大型露天矿山的成功经验,采用预裂爆破技术是解决上盘最终边坡稳定的最佳方案。二、爆破孔网参数顾名思义,预裂爆破就是沿开挖边界布置密集炮孔,采取不耦合装药或装填低威力炸药,在主爆区之前起爆,爆破的结果是使预裂孔之间形成一条裂缝,整个预裂孔的布孔平面形成一个断裂面,以减弱主炮孔爆破时所产生的地震波向边坡岩体的传播并且阻断向边坡外的扩展,使主炮孔爆破后沿预裂面形成一个较为光滑的坡面。在预裂孔与主爆孔之间钻一排缓冲孔,其作用是缓冲主炮孔爆破时向预裂面所产生的地震波,其排距和孔距比主炮孔的小,分上下两段装药,用两个起爆药包,中间用填塞物隔开。1.预裂爆破孔网参数。排山楼金矿的上盘围岩为中等以上硬度的花岗质糜棱岩,f=10-14,台阶高度10m,采用KQG150潜孔钻机钻孔,钻孔直径D=150mm。主炮孔和缓冲孔为垂直孔,预裂孔为倾斜孔,倾角与最终边坡角一致,为65°。(1)主炮孔参数:孔距a=7.0m,排距b=4.0m,孔深L=12m(包括超深),头排孔最小抵抗线W=4.0m,炸药单耗q=0.45kg/m3。(2)缓冲孔参数:孔距a=4.5m,排距b=3.5m,孔深L=12m,炸药单耗q=0.53kg/m3。(3)预裂爆破孔网参数:(1)孔间距a:孔距一般取孔径的8～15倍,即1.2～2.25m,考虑到岩石硬度较大,取a=2m。(2)线性装药密度q:综合考虑孔径、孔距及岩石性质等三要素,并参考《工程爆破使用手册》,取q=2kg/m。(3)孔深L:与缓冲孔、主炮孔深度相同,L=13m,使爆破后成为基本平整的平台。(4)不耦合系数n(指孔径D与药卷径d之比):n受岩石性质、钻机性能、炸药特性诸多因素制约,从理论上讲不耦合系数大些好,但n值太大会增加施工难度,不利于预裂爆破进行,在此取n=3。(5)炮孔倾角:均为65°。(4)单孔装药量Q计算:Q=a×b×L×q,则Q主=150kg;Q缓=95kg;Q预=q×L,Q预=26kg各类炮孔平面布置图见图1。炸药品种:主炮孔、缓冲孔为铵油炸药,预裂孔为岩石炸药(药卷直径d=50mm)。主要爆破参数见表1。2.装药和填塞。(1)主炮孔:从孔底开始连续装150kg铵油炸药,每袋铵油炸药25kg、装药高度1.3m,6袋装药高度7.8m,填塞高度4.2m到孔口。当装药高度1.3m时,置入用6段导爆管和2#岩石炸药制成的起爆体于药柱中央,用钻孔产生的矿粉填塞炮孔。(2)缓冲孔:分两段装药,底部装75kg铵油炸药,当药柱高度1.3m时置入用7段导爆管和2#岩石炸药制成的起爆体,底部装药高度3.9m;中间充填2m高岩粉,再装25kg铵油炸药,当药柱高度0.6m时置入7段导爆管和2#岩石炸药制成的起爆体,填塞4.8m到孔口。(3)预裂孔:用2#岩石炸药,单孔装药量26kg。为了使预裂面从顶至底形成一个光滑的壁面,使保留的岩体既不遭受破坏也不残留岩埂,药量应基本平均分布:但孔口1.5m以内不装药,用岩粉填塞以防止出现爆破漏斗。为了使炸药爆炸时获得良好的不耦合效应,2#岩石炸药并排均匀地绑扎在半圆竹片上,因孔底受压制作用大,增加装药2kg,加强装药长度为3m。图2为预裂孔装药结构示意图,其中La为加强装药段3m,装药量为3.5m×2.6kg/m=9kg;Lb为装药段7.5m,装药量为8m×2.1kg/m=17kg;Lc为岩粉填塞段1.5m。3.起爆网路。预裂孔孔内用导爆索起爆,孔外用导爆索传爆,导爆索端头用电雷管击发。缓冲孔孔内装MS7段导爆管,延时200ms;主爆孔孔内装MS6段导爆管,延时150ms。为提高半孔率,2#岩石炸药绑扎在半圆竹片上,竹片置于倾斜孔的下侧即保留区一侧。起爆顺序为预裂孔瞬间起爆,延时150ms后主爆孔起爆,再延时50ms缓冲孔起爆。这样,预裂孔比主炮孔早爆200ms。通过实践证明,延时150ms能取得最好爆破效果。三、巷道表面预裂实施爆破后,预裂孔朝主炮孔方向全部粉碎,残留的一半还是原生岩石,即炸一半留一半,爆破后形成一条连续的沿着钻孔连心线方向的裂缝。裂缝顶部岩石整体完整,只有少量的表面破坏,但不影响预裂质量。爆区开挖清渣以后,预裂面全部显现出来,坡面平整光滑,不平整在20cm以内,整个边坡预裂清晰可见,半孔率85%～90%。四、预应力爆破的效果预裂爆破在排山楼金矿取得圆满成功,有如下几点体会:1.爆破成功的关键是合理地选择了预裂孔的