谢焕舜 范立军 吕长帅 高朋
本钢歪头山铁矿 辽宁 本溪 117000
摘要：预裂爆破是一种成熟控制爆破技术，长期应用在露天矿开采保护边坡爆破中，能有效控制爆破震动和冲击波等实现保护边坡。实践中预裂爆破与其邻近的生产爆破间因在孔网参数、装药结构、起爆间隔时间和超深超爆等方面相互制约，影响两方面的爆破效果。本文根据露天采场最终边坡坡面要素和岩性、矿山装备特点，从生产台阶平盘准备、预裂爆破设计、生产爆破带宽度、控制超深、编制预裂穿凿施工操作法等方面着手，探究既满足本台阶预裂爆破和生产爆破质量的需要，同时也为下部相邻台阶的预裂爆破施工创造较好作业条件的综合措施，最终形成良好的循环作业条件和爆破效果。
关键词:边坡 线-角定位法 预裂爆破
Research on comprehensive measures to improve pre-splitting blasting effect in Waitoushanopen-pit iron mine
Xie.Huanshun,Fan Lijun,Lü Changshuai ,Li Ping , Gao Peng
(Waitoushan Iron Mine of Benxi Iron and Steel Co., Ltd,Liaoning benxi 117000)
Abstract: Pre-splitting blasting is a mature controlled blasting technology. It has been used for a long time in the blasting of slope protection in open-pit mining and it could effectively control the blasting vibration and shock wave to protect the slope. In practice, the blasting effect of pre-splitting blasting and production blasting is affected by the parameters of the hole network, charge structure, initiation interval and ultra-deep super-blasting. In this paper, based on the slope elements and lithology of the final side slope of the open pit, the characteristics of the mine equipment, the preparation of the flat plate of the production step, the design of the pre-splitting blasting, the width of the production blasting zone, the control of the ultra-deep, and the preparation of the pre-splitting drilling operation. To explore the comprehensive measures that not only met the requirements of pre-splitting blasting and production blasting quality of this step, but also created better operating conditions for the pre-splitting blasting construction of the lower adjacent step, eventually, good circulation operating conditions and blasting effects were formed.
Keywords: slope; line-angle positioning method; pre-splitting blasting
0 前言
歪头山铁矿是公路和铁路联合运输的大型露天开采铁矿山，采场南北长2.1Km，东西宽1.1Km，上盘岩体走向近SN，倾向W，倾角15°～30°，岩体呈层状及似层状，岩石为斜长角闪岩及混合片麻岩，岩石普氏硬度系数f=8～10，容重2.8t/m3，其中斜长角闪岩结构面发育一般，完整性良好，可爆性属难等级，混合片麻岩结构面较发育，完整性差，可爆性属中上等级。上盘最终边坡线长2.6Km，边坡绝对高度310m，最终边坡角38.2°～45°，边坡倾向与岩体倾向逆向。采场边坡与土场边坡邻近，土场设计排土绝对高度115m，采场上盘边坡与土场边坡合计高度425m。采场上盘固定边坡和土场边坡上均设置有固定公路和铁路，要求边坡稳定可靠，生产中正在推进包括预裂爆破等提高边坡稳定的措施。
1 预裂爆破设计
1.1孔径
选用多方位潜孔钻机，钻孔直径D=120mm，预裂孔口距上台阶底脚线最小距离1.0米，沿本台阶预裂线穿凿和移运设备。
1.2 孔长
台阶高12m，设计台阶坡面角60°和65°两种，台阶坡顶线向内偏移1.0米（不区分并段和非并段台阶），坡底线不变，预裂孔倾角64°和69°两种，不设超深，穿孔长度L=13.4m和12.8m(h/sin64°、h/sin69°)，施工依据台阶实际高度调整穿孔长度。
1.3 孔间距
孔间距参照同类矿山经验取孔径的8～13倍，a=1.0～1.5m，其中斜长角闪岩（硬岩）孔距选取1.1～1.2m，混合片麻岩（软岩）孔距选取1.3～1.4m。
1.4 单孔装药量
使用2号岩石乳化炸药卷，密度1.15～1.30g/cm3，药卷直径Φ=32mm、长1.0m，重量1.0Kg/卷。按照经验公式计算线装药密度如下：
лD2
注：q-线装药密度（Kg/m）
ρ-炸药密度，取1.15g/cm3
m-不偶合系数，m=3.75
D-炮孔直径，D=120mm
经验公式计算q=0.920Kg/m。
参照同类矿山爆破经验，经现场试验后，预裂孔装药采用轴向间断式、径向不偶合式装药结构，径向不偶合系数3.75，孔底加强药并排两卷药，其它药卷单排列。其中：斜长角闪岩时，轴向间隔0.5～0.6m，药量8～9Kg/孔，施工线装药密度780g/m；混合片麻岩时，轴向间隔0.8～1.0m，药量7～8Kg/孔，施工线装药密度650g/m。
1.5 施工与起爆
施工中将药卷压导爆线捆绑在竹片上，装药过程中药卷和导爆线不能串动和打折，孔口填塞岩碴前用编织袋做间隔，填塞高度1.0～1.2m。起爆原则是：在预裂爆区单独爆破时，采用一次性起爆；在预裂炮孔与生产炮孔同爆区时，预裂炮孔分族起爆，族间微差间隔30ms，每族与对应前方部位生产炮孔首先起爆微差间隔间≮100ms。
2 靠边坡爆破带
临近边坡的爆破带设计即要满足生产爆破要求，又要保护本台阶已形成的预裂面和为下台阶预裂穿凿准备良好条件，见图1。
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Fig. 1 Blast hole layout and charge structure of pre-splitting blasting zone and adjacent blasting zone
注：1-台阶边坡面；2-预裂孔和装药结构；3-辅助孔；4-缓冲孔；5、6-主爆孔；7-头排孔；8-主爆孔超深（可调）；a(孔距)、b（排距）=6.0～6.7m；预裂孔与辅助孔排间距3.5～4.0m。
2.1 爆破带宽度
自靠近预裂孔的炮孔按排数计算，临近边坡的爆区中炮孔包括：辅助孔、缓冲孔、正常孔（1～2排）、头排孔，按照矿山生产爆破孔网参数计算，临近边坡的爆破带最小宽25～27米（满足穿凿设备和微差爆破最小排数要求），在边坡上设置有平台时，通过调整正常孔排数，实现爆区头排孔不正对下台阶预裂线。
2.2 炮孔超深
斜长角闪岩时：辅助孔深5.0m，缓冲孔不设超深，正常孔超深2.0～2.5m、头排孔超深2.5m；混合片麻岩时，辅助孔深5.0m，缓冲孔和正常孔不设超深，头排孔超深2.0m；相邻下台阶有平台时，对应上台阶的炮孔和邻近炮孔不设超深或超深减半。
2.3 预裂孔底线与缓冲孔底线的线间距
经参照同类矿山经验及矿山预裂爆破试验，斜长角闪岩时：预裂孔底线与缓冲孔底线的间距1.0～1.2m；混合片麻岩时，预裂孔底线与缓冲孔底线的间距1.2～1.5m。
2.4 起爆方式
主要采用斜线逐孔起爆，炸药单耗按正常爆区设计（2900～3050Kg/万t）。
3 提高预裂爆破效果的措施
3.1 线-角（穿凿）定位操作法
3.1.1 工具
铅垂线和量角尺。
3.1.2 人员
共2人，其中1人为穿凿设备的操作手，1人为工具的测量手。
3.1.3 操作法
矿山生产中，每台钻机设2位操作手，本操作法中2位操作手配合，各自完成2步操作即可。操作作业法原理见图2。
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Fig. 2 Principle of line-angle (piercing) positioning operation method
注：B、D-台阶边坡面；E-台阶上水平；A-B、D、E的垂面；F-人的站立面；a-两脚中间点与预裂孔位的连线(a⊥b)；b-预裂线；c-铅垂线(c⊥a、c⊥b)；d-预裂孔；β-预裂孔倾角
⑴测量人（平面F）手持铅垂线面对台阶边坡面，两脚中间点与预裂孔位的连线（水平a线）垂直预裂线（水平b线），测量手看铅垂线（c），a线和钻杆完全被铅垂线遮挡，即b线垂直a线和c线组成的平面A（a，b，c三线互相垂直）；
⑵操作手操作设备，首选钻头顶住预裂孔位，再调整钻杆位于平面A内；
⑶测量手用铅垂线配合量角尺量钻杆的倾角β；
⑷操作手操作设备配合测量手，至钻杆的倾角满足要求止；
⑸穿凿施工前，可再测量一次检验。
3.2 施工措施
⑴在最终边坡有平台时，爆区设计时需考虑增加正常孔排数，避免头排孔底在相邻下台阶的预裂线上，正常孔底在相邻下台阶的预裂线上或两侧时，通过优化孔网参数和控制超深，减少超爆；
⑵反铲采装时，沿下台阶预裂线部位超挖，减少预裂线部位岩碴厚度；
⑶现场放参照线（如台阶上、下沿线，预裂孔位线）提高缓冲孔布孔准确性；
⑷在缓冲炮孔和临近下台阶预裂线炮孔的底部使用空气间隔器，降低下台阶的超爆；
⑸自预裂孔向台阶沿方向布置炮孔，加炮孔在头排炮孔和正常孔间设计，确保预裂孔和正常孔间爆破参数均衡合理；
⑹预裂有超深时不回填，用竹片支起药卷即可；
⑺控制中深孔爆区规模（爆区装药量）和同段起爆炮孔数。
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（a）实施措施前 （b）实施措施后
图3 实施措施前后预裂效果对比
Fig. 3 Effect comparison before and after implementation of measures
注：在台阶平盘平整度差时，保证穿孔基本平行和在一个平面内，施工难度大，采用线-角（穿凿）定位操作法后，穿凿效果相对较理想，避免药包集中产生过粉碎提高预裂爆破效果。
4 结论
预裂爆破控制超爆和降低爆破震动，有效控制边坡轮廓，是边坡稳定的措施之一，能降低矿山后期边坡维护成本，需针对矿山采场边坡岩体特性、矿山生产设施平面布置等实际制定措施和施工操作法，提高效果、效率，生产中需开展预裂爆破和相邻的中深孔爆破综合优化措施，从而获得较好的经济和社会效益。
参考文献
[1] 邵鹏.东兆星.控制爆破技术[M].中国矿业大学出版社，2006.12.
[2] 林德余.矿山爆破工程[M].冶金工业出版社，1993.10.
[3] 本钢设计研究院.歪头山铁矿深部开采（扩帮过渡）工程初步设计[R]，2011.11.
作者简介：
谢焕舜、本溪钢铁（集团）歪头山铁矿、辽宁省本溪市、117000
本科学历，工程师（职称），研究方向：采矿工程，矿山预裂爆破
范立军、本溪钢铁（集团）歪头山铁矿、辽宁省本溪市、117000
本科学历，副高级工程师（职称），研究方向：采矿工程，矿山预裂爆破
吕长帅、本溪钢铁（集团）歪头山铁矿、辽宁省本溪市、117000
本科学历，工程师（职称），研究方向：采矿工程，矿山预裂爆破
高朋、本溪钢铁（集团）歪头山铁矿、辽宁省本溪市、117000
本科学历，工程师（职称），研究方向：采矿工程，矿山预裂爆破