露天矿预裂爆破技术在伊春鹿鸣钼矿的应用

露天矿预裂爆破技术在伊春鹿鸣钼矿的应用

刘金龙

中铁九局集团有限 公司路桥分公司，黑龙江省 伊春市 152500

摘 要：预裂爆破是在大型高陡边坡露天矿临近最终境界开采过程中常用的一种控制爆破技术，它是沿露天采场各台阶最终边坡境界线布置一排密集的炮孔，采用不耦合装药或应用低爆速、低威力炸药，在主炮孔及缓冲孔起爆之前先行起爆，形成一道有宽度的裂缝，以减弱主体爆破对保留岩体坡面的破坏，从而提高边坡稳定性及感观效果。本文结合伊春鹿鸣钼矿地质及岩性实际情况，通过现场实验，对常规预裂技术进行改进，效果明显，对类似矿山具有良好的借鉴意义。

关键词：露天矿山 预裂爆破 爆破参数 半壁孔

一、引言

对于大型深凹露天矿，由于一般最终采深较大、服务年限较长、边坡高陡，容易发生边坡失稳灾害事故，因此，确保边坡的稳定性，有效地控制边坡失稳事故的发生，对确保露天矿山的安全生产起着十分重要的意义。伊春鹿鸣钼矿是国内大型露天矿山，生产规模为年开采矿石1500万吨，服务年限51年，最终边坡高度600米，当前开采边坡高度165米，为保证边坡的长久安全稳定，该矿山各台阶最终境界均采用边坡预裂爆破技术，严格控制炸药爆炸能量释放和介质破碎过程，减小爆破冲击波对边坡的破坏和扰动，保持边坡岩体的完整性和平整度，进而达到控制边坡稳定性的目的。本文主要介绍伊春鹿鸣钼矿在预裂爆破技术应用过程中，如何在前期准备、穿孔精度控制、参数选取、装药结构及起爆网络等方面进行设计及施工，从而能够取得良好的预裂爆破效果。

二、工程概况

伊春鹿鸣钼矿位于黑龙江省伊春市铁力林业局鹿鸣林场，采区面积4.6平方公里，主矿产钼矿矿石量8.14亿吨，钼金属量75.18万吨，平均品位0.092%，设计规模为日处理矿石5万吨，年处理矿石1500万吨，年度采剥总量1000万立方米，开采台阶高度15米，台阶坡面角65度，最终帮坡角42度，矿区主要岩性为二长花岗岩、花岗斑岩、角砾岩，岩石硬度8-12，属于以坚硬块状岩类为主，工程地质条件较为简单，设计服务年限51年。该矿具有储量大、资源分布集中、剥采比小、易采易选等优势。

三、边坡预裂爆破机理

预裂爆破预裂孔的成缝机理是炸药爆破产生的爆破应力波和高压气体联合作用。预裂孔优先于主炮孔及缓冲孔起爆，其产生的爆炸应力波由炮孔向四周传播，在孔壁及炮孔连线方向出现裂缝，随后在爆炸气体的作用下，使原裂缝延伸扩大并相互贯穿，最后形成平整整齐的开裂面。

四、边坡预裂爆破主要环节实施要点

伊春鹿鸣钼矿为单体钼矿，矿石品位较高，具有良好的开采价值，设计台阶高度15米，边坡最大高度600米，当前边坡高度为165米，属于高陡边坡，为保证开采周期内边坡的稳定安全，各台阶靠帮均采取边坡预裂爆破技术。

1. 准备工作

充分合理的准备工作是取得预裂爆破效果的基础，结合伊春鹿鸣钼矿多次现场预裂爆破实验，总结出实施预裂爆破前，需要做好如下准备工作：

（1）台阶靠帮时，预留的爆破带宽度应适中，不易过宽或者过窄，一般能够布置2排主炮孔、1排缓冲孔及1排预裂孔，宽度过大，主爆区的爆破振动效应较大，易对断裂面造成破坏，宽度过窄，起不到良好的爆破效果。

（2）布置炮孔前，对爆坡区域场地进行清理，确保场地平整，台阶高度与设计相符，不宜超高或超挖台阶。

（3）选择好穿孔孔径与炸药规格。伊春鹿鸣钼矿边坡预裂爆破穿孔作业选用115毫米孔径的潜孔钻机，考虑到不耦合装药，选用规格为直径35毫米、长度30毫米的药卷。

（4）为确保形成的坡面平整，台阶坡面角符合设计要求，穿孔形式采用倾斜穿孔，炮孔的倾斜角度等于台阶的设计坡面角即65度。

2. 参数确定

合理的确定边坡预裂爆破参数，是达到预裂爆破高质量效果的前提。在爆破设计时，影响其质量的重要参数及因素有许多，如钻孔直径、孔网参数、孔深及超深、线装药密度、装药结构及起爆网路的设计等等。现就伊春鹿鸣钼矿在边坡预裂爆破实施过程中确定的参数介绍如下：

（1）孔径的确定。鹿鸣钼矿日常投入生产的钻机为250毫米孔径的牙轮钻机和115毫米孔径的潜孔钻机。因大孔径炮孔的起爆同段药量较大，易对边坡坡面造成冲击和破坏，因此该矿的边坡预裂爆破选用115毫米孔径的潜孔钻机进行穿孔，主炮孔及缓冲孔选择直径90毫米的药卷，预裂孔选择直径35毫米的小药卷装填预裂孔，预裂孔装药不耦合系数3.3。

（2）孔网参数的确定。主炮孔的孔距a按如下公式计算：a=mW，其中m为炮孔的密集系数，m值通常大于1，但在宽孔距小抵抗线的爆破中则为3至4。因主炮孔全部采用倾斜穿孔，倾斜角度为设计台阶坡面角65度，使得抵抗线大幅度降低，通过计算及实验，确定主炮孔孔距4米，梅花形布孔，排距4米。布置一排缓冲孔，减少装药量，降低主炮孔对预裂面产生的震动及破坏，缓冲孔孔距及排距取主炮孔的0.5倍。布置一排预裂孔，孔距为缓冲孔的0.5倍，布置长度应略大于主炮孔及缓冲孔，以便于后续作业及预裂缝的有效贯穿。

（3）孔深及超深的确定。采用倾斜穿孔形式，台阶高度15米，设计台阶坡面角65度，通过三角函数，计算孔深L=15/sin65°，取孔深L=17米。考虑到避免爆后产生根底以及挖掘机修整边坡时能够确保坡底线整齐，主炮孔设置超深2米，缓冲孔设置超深1米，预裂孔采用底部加强装药的方法，不增加超深。

炮孔布置示意图

（4）预裂孔线装药密度的确定。可参考如下理论计算公式：

q1 = ， 式中，q1为线装药密度，kg/m;R为炮孔孔径，mm;qv为体积装药密度，g/cm3;ρ0为炸药的密度，g/cm3;Kv为不耦合装药系数。通过理论计算及现场实验，预裂孔线装药密度如下表：

穿凿高精度高质量的预裂孔是提高预裂效果和半壁孔数量的重要保障。伊春鹿鸣钼矿在预裂孔穿孔管控过程中，采取了如下措施：

（1）向钻机操作人员进行详细的技术交底，明确穿孔顺序、孔网参数、孔深超深、钻机角度及允许偏差等技术指标。

（2）安排有经验的操作人员进行作业，钻机手能够根据不同的地质条件，合理调整钻头转速、进尺速度、风压等作业参数。

（3）保证作业场地平整，做好钻机的调平及稳固工作，防止出现震动偏差或钻孔移位。

（4）在钻机上安装量角器，钻孔过程中，每进尺1米，即查验钻孔是否出现水平或垂直方向的角度偏差，避免出现打透坡面、水平相互交叉或者不在同一水平面等现象。

4. 预裂孔装药方法及结构

（1）准备长度为6米左右的竹片进行连接，使其总长度略大于预裂孔孔深。

（2）沿导爆索自下而上按照设计的线装药密度布置药卷，通过塑料胶带扎牢，每孔应用2根连接好的竹片将绑扎好的药卷及导爆索夹紧，两边预留豁口，采用胶带再次固定，形成捆绑药柱。单孔导爆索的长度应不小于预裂孔深与孔距之和。

（3）沿2个竹片外侧每隔1米，分别布置垫块，垫块厚度为炮孔直径与捆绑药柱直径之差的一半，目的是使捆绑药柱能够稳定的炮孔的中心，防止其在炮孔内转动或朝向不稳。

（4）将捆绑好的药柱放入预裂孔内，确保药柱两侧的豁口与预裂面平行，使爆炸产生冲击波能够沿水平方向，有助于预裂缝的形成，最大限度的减少对预裂面的破坏，预裂孔顶部无需填塞。

预裂孔装药示意图

5. 边坡预裂爆破的起爆网路布置

预裂孔通过导爆索连接，优先于起爆，主炮孔及缓冲孔可采用排间微差或者逐孔起爆的不同形式。伊春鹿鸣钼矿为大型露天矿山，一次预裂爆破规模较大，为了减轻预裂爆破过程中的振动影响，提高预裂爆破效果，采用了预裂孔同时起爆，主炮孔逐孔起爆的组合起爆网路，如下图所示：

当一次预裂爆区较长时，也可通过雷管的微差控制，使预裂孔分组起爆，降低预裂孔传爆中断风险，确保起爆网路安全可靠。

四、质量效果验收及评价

边坡预裂爆破质量效果验收的主控项目一般为半壁孔率、坡面平整度及边坡坡率，半壁孔率可通过观察法或米尺测量的手段进行检测，用个数或者长度进行计算百分比。坡率可在被检测断面自下而上每隔1-3米，测取坐标，计算坡率。不平整度可通过一定距离的断面，在同一水平的坐标变化进行计算。

伊春鹿鸣钼矿在预裂爆破实施过程中，应用了上述主要环节重点管控措施，在中硬岩层中，半壁孔率大于60%，软岩层中，半壁孔率大于30%，坡面坡率变化控制在±2度，取得了良好的爆破效果，能够达到质量验收标准。

五、结束语

伊春鹿鸣钼矿通过上述边坡预裂爆破技术在台阶靠界当中的应用，显著提高了采区境界边坡坡面的平整度，达到了良好的视觉感官效果，能够保证边坡的安全稳定，为后续长久的矿石开采工作打下了坚实的基础，同时也值得其他类似矿山借鉴。

参考文献：

[1]张坤,邹虎诚.预裂爆破技术在最终边坡陡帮台阶中的应用.科技创新导报,2019No3.29.

[2]姜贵川,邓久荣.预裂爆破在矿山露天开采的应用.爆破技术,（201911-0513-2.

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