预裂爆破在露天矿山成最终边坡的应用研究

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摘要：除设计科学合理边坡角的边坡，矿山生产实践中如何施工设计边坡角的边坡且把边坡岩体破坏降到最小，减少受风化等影响而产生次生裂隙，保护岩体的完整性、稳定性，保持矿休围岩强度。减少、控制边坡破坏产生的严重后果。本文就对采用预裂爆破较好形成设计最终边坡角的最终台阶边坡的应用研究进行阐述。

关键词：最终台阶边坡 预裂爆破

1前言

据统计，矿山露天开采的所有事故中，边坡失稳所造成的伤亡事故约占50%。有效控制这类事故发生，露天开采的生产安全将大为改观。除设计科学合理边坡角的边坡，矿山生产实践中如何施工设计边坡角的边坡且把边坡岩体破坏降到最小，减少受风化等影响而产生次生裂隙，保护岩体的完整性、稳定性，保持矿休围岩强度，减少或控制边坡破坏产生的严重后果，是受边坡困扰的矿山迫切解决的问题。

2成面机理

预裂爆破是沿开挖线钻一排较密集的预裂孔，采用不耦合装药结构，装入少是炸药，并且预先起爆或先于主炮孔起爆的爆破方法，其特征是药包和孔壁间有环状空气间隔层，该空气间隔层的存在削减了作用在孔壁上的爆炸压力峰值。因为岩石动抗压强度远大于抗拉强度，因此可以控制削减后的爆压不致使孔壁产生明显的压缩破坏，但切向拉应力能使炮孔四周产生径向裂纹。加之孔与孔间彼此的聚能作用，使孔间连线产生应力集中，孔壁连线上的初始裂纹进一步发展，而滞后的高压气体的准静态作用，使沿缝产生气刃劈裂作用，使得岩石沿相邻炮孔的轴线裂纹全部贯通形成预裂面，在以后的开挖中形成一个平整和稳定的坡面。

3质量控制标准

1）最终边坡坡面围岩的完整性用岩壁上炮孔痕迹率来衡量，炮孔痕迹率也称半孔率，为最终边坡坡面上的炮孔痕迹总长与炮孔总长的百分比率。它可直接反映出炮孔周围的破坏程度.坚硬的岩体，一般应使炮孔痕迹率大于70%；软岩体应大于 50%。围岩壁面不应有明显的爆生裂隙。2）围岩壁面不平整度（又称起伏差）的允许值为±25cm。3）在临空面上，预裂缝宽度一般不宜小于1cm。实践表明，对软岩（粉砂岩），预裂缝宽度可达2cm以上，而且只有达到2cm以上时，才能起到有效的隔震作用；但对坚硬岩石，预裂缝宽度难以达到1cm。花岗岩预裂缝宽仅6mm，仍可起到有效隔震作用。

4参数设计

影响预裂爆破参数的因素复杂，很难纯粹从理论上推导出严格的计算公式。爆破工作者通过大量爆破实践和理论研究相结合，提出了计算预裂爆破参数的经验和半经验公式。

1）孔径（d）：一般为70～165mm。

2）孔距（a）：与岩石特性、炸药性质、装药情况、开挖壁面平整度要求和孔径大小有关。爆破质量要求高、岩质软弱、裂隙发育者取小值。

经验公式为：

a=19.4d（k-1）-0.523

半经验公式为：

当孔内无水且k=3.3113-0.1566f时

a=（8.2427+0.4559f）d

当孔内有水时且k=3.3113-0.1566f时

a=（8.601+0.3836f）d

式中 a-孔距，cm；d-炮孔直径，mm；k-装药不偶系数；f-岩石普氏坚固系数

3）装药不偶合系数（k）：不偶合系数指炮孔半径与药卷半径的比值，为防止炮孔壁的破坏。经验公式为：

k=1+18.32[σ]-0.26

式中 k-不耦合系数；[σ]- 岩石的极限抗压强度，MPa；

4）线装药密度（q）：线装药密度是单位长度炮孔的平均装药量。目前国内较常用的经验和半经验公式有以下几种。

经验公式：

①q=78.5D2k-2ρ

②q=0.042[a] 0.5・[σ]0.6

半经验公式：

当炮孔无水时

q=-0.042d2+1.48d+0.0044d1.67f-12.27

当炮孔含水深2m以上时

q1=（0.0281d2-0.9825d）+8.76+（-0.0021+0.00271d）f

式中q―预裂爆破的线装药密度，kg/m；q1-除堵塞长度外，炮孔平均线装药密度，kg/m；σ―岩石的极限抗压强度，MPa；a―炮孔间距，m；d―钻孔直径，mm；f-岩石普氏坚固性系数

5装药结构与起爆

（1） 装药结构

1）堵塞段：堵塞段的作用是延长爆生气体的作用时间，且保证孔口段只产生裂缝而不出现爆破漏斗，对深孔爆破该段长一般取0.5～1.5m。

2）孔底加强段：段长大体等于堵塞段。由于孔底受岩石夹持作用，故需用较大的线装药密度。孔底段随岩性不同，一般为应加大线装药密度到2～5倍。

3）均匀间隔装药段

①预裂孔，该段一般为轴向间隔不偶合装药，并要求沿孔轴线方向间隔装药，间隔介质为空气。轴向间隔装药须用导爆索串联各药卷起爆。为保证孔壁不被粉碎，药卷应尽量置于孔的中心。国外一般用炮孔中心定位器定位，国内一般是将药卷及导爆索绑于竹片进行药卷定位。 底部1～2m范围内加强装药，顶部2m范围内减弱装药。

②缓冲孔，采用间隔装药，间隔介质可用干燥沙土。装药结构基本同预裂孔。

（2）起爆

①为保证同排同时起爆，预裂爆破一般采用导爆索起爆，并通常采用分段并联法。

②起爆顺序，预裂孔主爆孔缓冲孔。

6施工中应注意的问题

1）影响轮廓爆破质量的因素，除爆破参数外，主要依赖于地质条件和钻孔精度。这是因为爆生裂缝极易沿岩体原生裂隙、节理发展，而钻孔施工是预裂爆破最重要的一环，尤其是钻孔精度，它直接影响到预裂爆破的成败。为了确保钻孔精度，应严格做好边坡的测量放线，预裂工作场地尽量处理平整修建好钻机平台。按照“对位准、方向正、角度精”三要点安装架设钻机，即：钻机钻杆的角度要与设计的最终的边坡一致，钻机打预裂孔时机身一定要平行于预裂线，预裂线和预裂孔的中心线在同一平面上；挑选技术水平较高、熟悉钻机性能的钻机司机，以保证钻孔的准确性。

采用毫秒微差爆破时，预裂孔应超第一排主爆孔75～100ms起爆。

预裂爆破示意图

1-预裂孔；2-预裂线；3-缓冲孔；4-主爆孔。a-预裂孔的角度，应该与设计的边坡角一致；s1-预裂孔与缓冲孔的距离，一般为2.5～4m。