酒鋼集團西溝礦東山頭硐室爆破
(甘肅酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限公司西溝礦，甘肅嘉峪關735102)
摘 要：為滿足酒鋼集團西溝礦擴能改造項目工程要求，在復雜地質、地形及周圍環境條件下，采用了雙層硐室條形藥包布置、延時起爆的硐室爆破技術。針對不同地形條件，采用不同的最小抵抗線爆破參數，取得了理想的爆破效果。工程實踐證明，只要爆破參數合理、安全防護得當，硐室爆破技術可以在復雜地質、地形及周圍環境條件下推廣應用。
關鍵詞：硐室爆破；條形藥包；延時爆破；爆破參數；安全防護
1 工程概述
酒鋼集團西溝礦擴能技術改造項目，需要對露天采場東山頭進行爆破處理，以便擴大2308m水平的工作平臺，達到擴大采場境界、提高礦石產量的目的。爆破區域東西長180m、南北寬120m、高度42m，爆破方量25152lm3。該山頭在露天采場東面境界線外、2308m水平以上，出露礦體成分為石灰石，可作為成品石灰石礦石，由爆破場地轉運至采場溜井輸出。礦石硬度系數為ƒ=8～12，密度2．7kg／m3；山體北面傾角在60°以上，形成地表陡峭的上部地形；山體東面、南面地勢平緩，傾角在15°～30°之間，表面有0～5m厚的覆蓋土層。
2 設計原則與爆破方案
2．1設計原則
爆破場地周圍環境復雜，東面山坡下方300m是3100m水平破碎站，南面100m為采場的山北公路，西面是年采剝總量達500萬t的采場作業面，布有各種大型、重型設備。爆破既要使山體充分解體破碎至600mm以下的塊度，符合礦石入溜井和進入破碎站的要求，又要控制爆破危害，確保采場、3100m水平破碎站人員與設備的安全。因此要嚴格控制山北、山南礦石爆破后滾下山坡的數量，提高礦石回收率、保證公路暢通。
2．2爆破方案
該山頭爆破規模較大，要求在短期內完成大量土石方挖運工程。為了減少鑿巖工程量及相應設備、工具、材料和動力消耗，采用簡單、輕便的機具，便于在交通不便和山勢陡峭的地方作業。為加快施工進度，采用硐室爆破方案。硐室爆破必須保證爆后巖石充分松動，塊度符合要求；臺階平整，不留根底；便于機械裝運以及確保周圍設施和人員安全。但硐室爆破尚存在大塊率較高、二次爆破量大的不足。
該礦要求山頭爆破時礦石回收率達60％，為防止爆破時礦石滾下溝底造成損失降低回收率，影響周圍設施的安全，對北面的山體采用減弱松動爆破方案，對南面的山坡3308～3320m水平臺階采用淺孔或潛孔鉆鉆孔爆破和機械清理形成寬8～1 5m安全平臺，并在其外設置寬3m、高不低于5m的擋土墻，確保礦石爆落在安全平臺之上裝運；對不符合塊度要求的礦石進行二次爆破處理。
3硐室爆破設計
3．1藥包布置原則
(1)當最小抵抗線W與埋深H比值w／H<0．6時，一般應考慮布置兩層或多層藥包。w／H值越小，崩塌部分m現的大塊越多，該露天采礦剝離取W／H==0．9。
(2)采崩條形藥包為主的單層、多層、多排布藥方式。
(3)最小抵抗線w。為保證藥包各部位的最小抵抗線基本相等，以提高爆破效果、控制爆破有害效應，條形藥包軸線方向應盡量與地形等高線平行。根據爆1)(地形、周圍環境，參考同內爆破經驗，最小抵抗線W取值存15～25m內。
(4)爆破作用指數n。其值大小直接關系到爆堆的松散程度及飛石距離。根據山體北面地形陡峭，東面、南面地勢平緩，并且要對礦石回收的特點考慮n值的選取。礦體西面，為保證礦石充分破碎，便于機械裝運，按加強松動爆破方案布置藥包，爆破作用指數選取0．8～0．9；礦體北面、東面不允許山體向外塌落，采用減弱松動爆破方案布置藥包，爆破作用指數選取0．4～O．6。
藥包布置平面及剖面如圖l所示。
3．2藥包布置方法
(1)首先在最高山峰下定出1#主藥包位置，使西面抵抗線小于北面抵抗線，并在藥室南側留足夠的邊坡保護層。
(2)按此沿山脊布置2#～8#主藥室，使各藥室剖面最小抵抗線均滿足西面抵抗線小于北面抵抗線的要求。
(3)在主藥包負擔爆破量偏大的地段，布置輔助藥包。
(4)邊坡附近的藥包布置應按自下而上，自邊坡中心向外的順序進行。為使邊坡松動、不致塌落、便于回收礦石，采用雙層或多層藥室減弱爆破，并留有足夠的邊坡保護層，用挖掘機械裝運至溜井。
(5)1-1和2-2剖面是窄山脊地形，應將藥包偏離山脊的投影線，選好兩側n值之比，根據n值比例調整選取最小抵抗線。3-3～8-8剖面線山脊較寬，可在兩側分別布置拋擲和松動藥包達到一側拋擲一側松動之目的。
(6)3-3、4-4、6 -6、7-7、8 -8剖面均布置了雙排條形藥包，前排藥包爆破后的上破裂線與水平線的夾角按60°計算，前排藥包中心線按上述角度向上方作上破裂線R′并視為后排藥包的臨空面，由此確定后排藥包的最小抵抗線。布藥時應先考慮布置于西面的前排約包，并加強松動爆破效果，然后再布置后排松動藥包。
(7)為減少大塊，可以考慮在山尖處布置壓頂藥包，如1-l#、2-1#、6-2#、7- 2#等藥包。
(8)藥包間距：①同一高程布藥的藥包間距a=m1WCP=(Wl+W2)/2，m1為間距系數，m1=O．8～1．2。②分層布置藥包的間距b=m2WCP;m2為層距系數，m2=1．2～2．O。
(9)在硐室施工前，對爆區周圍高度在一個臺階(1 2m)之內的所有礦巖進行鉆孔爆破處理，并裝車運走．為硐室爆破塌落的礦巖準備足夠的堆積空間。
3．3 藥室斷面
藥宇導硐斷面要滿足開挖和炸藥裝填作業的需要，本次開挖需要人工出碴，其斷面S=1．5m×1．8m，藥室斷面S用下面公式計算并校正：
S=(DlP)／(△×1000)
式中：lP為藥室單位長度裝藥量，這里取其最大值為783．1 kg/m；△為裝藥密度，在藥室內整袋裝填銨油炸藥取0．8 t／m；D為不耦合系數，取2～6。
經驗證，D=2．70，故藥室開挖斷面符合最大單位長度裝藥量的要求，即滿足整個硐室裝藥堵的要求。
3．4裝藥與填塞
條形藥包按設計的每米實際藥量從里端向外順序密實碼放，起爆藥包要放在炸藥中間，用2＃巖石硝銨炸藥裝有2發導爆管雷管捆扎結實制成，導爆管與主電雷管起爆系統反向連接，主起爆體要放在藥室靠近填塞料一端3m處。
為保證填塞質量、提高炸藥有效能量的利用率，設計中，條形藥室與導硐垂直布置，因此填塞長度 按下式計算：
Ld=(1．8～2．3)B0
式中：Ld為條形硐室填塞長度，m；B0為導硐開挖 寬度，取1．5m。 計算得，硐室填塞長度3．45m，取3．5m。
3．5爆破參數計算
按蘭州有色冶金設計研究院提出的公式計算藥量：
Q=kW 2L(O．5+O．5n3)
式中：Q為藥包裝藥量，kg；K為集中藥包標準單位炸藥消耗量，西溝石灰巖取1．4kg／m3；W為最小抵抗線，m；L為計算裝藥長度，m；n為爆破作用指數。
按此公式計算的裝藥量及其他爆破參數如表1所示。
本次爆破以各條形藥室為一段、延時起爆，藥包最大一段裝藥量為13t，總裝藥量為96．9t，實際炸藥單耗為0．39 kg／m3。
3．6起爆網路
采用非電導爆管和電雷管的混合起爆扁路。在各爆區藥室內采用非電導爆管進行延時控制，藥室外采用瞬發電雷管連接起爆。為了改善爆破效果和降低爆破振動，采用單層雙排的布藥方式，同排相鄰藥包之間采用毫秒延時起爆，延時間隔為50ms，前后排延時間隔為100ms，上下層藥包起爆一般以百毫秒級間隔為宜。
爆破分為工、Ⅱ、Ⅲ 3個爆區按順序分別起爆。首先起爆I爆區，爆后對礦石裝運并處理好根底后，再進行Ⅱ爆區的爆破及裝運工作，最后對Ⅲ爆區進行爆破。山頭西北側1-1、2-2、3-3剖面為I爆區，布置的藥室為比較陡峭的孤山包、山脊，相對獨立，臨空面較好，爆破體受夾制作用小，不易產生飛石。爆后為II爆區(4-4、5-5、6-6剖面)后爆巖體確定了臨空面，使Ⅱ爆區抵抗線的方向朝北，采場和山北公路避開飛石方向。III爆區(7-7、8-8剖面)最后松動爆破，四面臨空、爆破條件好，容易控制飛石。
同一爆區靠近山頭西側剖面的藥包首先起爆；同一剖面不同層藥包，上層藥包較下層藥包先爆；同一剖面同層藥包靠近南側的先起爆。
4爆破安全設計
4．1爆破振動
爆破振動會對破碎機房造成影響，因此在總藥量控制上，除了分3個爆區分3次爆破外，每個藥室都裝不同段別的雷管延時爆破。爆破振動速度按《爆破安全規程》推薦的公式計算：
根據西溝礦石灰巖爆破的經驗，選�。�K=150，a=1．5，Q=13000kg，R=300m。經計算爆破振動速度為3．5cm／s。由于3100m水平有運輸平巷，其安全允許質點振動速度為15 cm／s，混凝土框架破碎機房允許振速為7 cm／s。由此可見爆破振動速度控制在主要周圍環境允許的安全振動內。
4．2爆破飛石
按《爆破安全規程》規定的硐室爆破對人員的安全距離設計，但不小于300m。通常按下面經驗公式計算：RF= 20KFn2W，各系數根據最大藥包設計取值為：KF=1．5、n=0．8、W= 24m。計算得RF=460．8m。
考慮到東山頭位于采場較高孤專位置的具體地形，個別飛石有可能撞擊地面二次飛出，設計取防護爆破飛石的安全距離為1000m。
5 爆破效果
5．1本次爆破效果
該工程從2010年1月開始至當年底結束，累計回收礦石488958t，回采率達72％，超過了目標回采率60％的要求；炸藥單耗0．39kg／m3，比采場正常作業炸藥單耗o．50kg／m3，降低了54％。爆破效果良好，大塊率控制在7％以內，爆破后礦石塊度滿足破碎站對礦石粒徑和級配要求。無安全事故發生，爆破飛石和振動對周圍設備及供電線路無任何損壞。
5．2體會
針對采場邊生產、邊擴大產能進行技術改造，工期要求緊，山體陡峭、無法運用大型鉆孔沒備的況，采用硐室爆破、延時起爆的方法，解決了大型潛孔鉆設備受現場條件限制，無法使用或難以發揮效率的問題。通過精心布藥設計，合理選取爆破參數，使硐室爆破方法在擴大采場境界的山體開挖工程中，獲得顯著的經濟效益。
參考文獻：
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摘自《工程爆破》總第66期
