浅究影响露天边坡爆破原因及完善措施
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摘要：边坡爆破工程是一个复杂的系统工程，通常是多个因素同时影响边坡爆破效果，因此应该综合考虑，综合采用探地雷达技术、孔内照相技术、精确炮孔定位技术和先进的爆破器材等措施，改善爆破效果，降低爆破对边坡稳定性的不利影响，确保边坡的长期稳定。分析了影响露天边坡爆破质量的因素并有针对性地提出了合理的改善爆破效果的措施。
关键词：爆破工程；露天边坡；装药结构；爆破效果；改进措施
Abstract: Slope Blasting Engineering is a complicated system engineering, is usually more factors affect both slope blasting effect, so it should be considered synthetically, using ground-penetrating radar technique, hole camera technology, precise hole positioning technology and advanced blasting equipment and other measures, improve the blasting effect, reduce blasting on slope stability adverse effects, to ensure the long-term stability of slope. Analysis of the impact of open pit slope blasting quality factors and puts forward reasonable suggestion for improving blasting effect.
Key words: blasting engineering; slope; charge; blasting effect; improvement measures
中图分类号：TD235文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）10-0020-02
１岩体条件和边坡参数对爆破效果的影响
１.１岩体条件对边坡爆破效果的影响
自然界的岩体都是由断层、软弱夹层、节理等天然断面相互组合形成的具有初始损伤特征的各向异性的地质体。边坡岩体处于三维空间中，受到的应力也是三维的，所以其初始损伤也必然是三维的。边坡爆破时，爆破产生的冲击波首先作用于岩体，其对岩体的破坏表现为增加初始损伤程度，并在岩体中形成新的次生裂隙，而后爆生气体楔入岩体中的初始损伤及次生裂隙。因此，边坡爆破不但会使边坡岩体形成新的损伤破坏，同时使岩体自身的缺陷（初始损伤）扩展、放大，进一步降低岩体的完整性和强度，形成“爆破二次损伤”。岩体初始损伤分布是不均匀的、随机的，因此，边坡爆破在边坡岩体表面形成的损伤区（岩体初始损伤和爆破二次损伤共同作用的结果）也是分布不均匀的。损伤区的损伤程度也并不是线性降低的，而是有起伏的，原因在于岩体本身存在的不均匀的初始损伤。在石灰石矿山边坡中，光面爆破形成的损伤层厚度可达到1.5ｍ。岩体初始损伤越严重，爆破二次损伤也越严重。
另外，结构面比较发育的岩质边坡，结构面的走向及与边坡坡面的相互夹角对爆破效果影响较大，尤其是结构面走向与坡面一致的顺层边坡，爆破时可能导致结构面出现层裂效应，严重时将导致边坡垮塌甚至滑坡。
１.２边坡参数对爆破效果的影响
露天矿主要为台阶式边坡，对爆破效果影响最大的边坡参数是台阶高度和台阶坡面角。小型矿山的台阶高度一般为8～10ｍ，大、中型矿山一般为10～12ｍ，有的大型露天矿山边坡高度达到12～15ｍ；台阶坡面角通常为60～75°。
边坡台阶高度越大，台阶坡面角越小，炮孔长度越大，钻孔质量越难控制，可能会影响不耦合装药的效果。
１.３控制措施
露天矿山边坡要求在不支护的情况下保持几十年甚至上百年的稳定。为降低岩体条件和边坡参数对爆破效果的影响，保证爆破后边坡的稳定性，在爆破前后可采取以下措施：
ａ．加强边坡工程地质勘察，选择合适的边坡位置。
ｂ．合理选择边坡台阶高度和台阶坡面角。台阶高度越大，炮孔倾角越小，钻孔长度就越大，钻孔难度就越大，钻孔质量越难控制，因此，应根据矿山生产要求和钻机技术参数，选择合理的台阶高度（10～12ｍ）和台阶坡面角（70～75°）。
ｃ．爆破前对边坡保留岩体进行精细勘察，确定边坡保留岩体岩层走向、结构面、软弱夹层和溶洞等影响爆破效果的岩体初始损伤的分布特征（方位与尺寸大小），为爆破前进行预处理和合理设计爆破方案提供参考
ｄ．爆破前对边坡岩体进行预处理，如岩体中存在溶洞，爆破前进行充填处理，防止漏药现象。对可能影响边坡稳定的软弱夹层和破碎岩体，进行爆破前的注浆或锚固加固。对可能产生滑动的层状岩体边坡，尤其是顺层边坡，可在爆破前进行锚固。
ｅ．采用有针对性的爆破方案，降低爆破对边坡稳定性的影响。在精细勘察的基础上，对钻好的炮孔应用孔内照相技术，确定炮孔内部沿炮孔长度方向的岩体初始损伤分布特征，作出柱状图。在边坡光面爆破设计时，根据各炮孔岩体特点，选择合理的装药结构和爆破参数，以降低这些初始损伤对爆破效果和边坡稳定的影响。具体措施如下：
ａ）当炮孔穿过软弱夹层或层状岩体爆破时，采用间隔装药结构，即让空气柱正对软弱夹层或岩体结构面，避免爆炸产物对初始损伤的直接作用。
ｂ）采用预留光爆层的光面爆破，控制爆破层裂。
ｃ）对于顺层边坡，可在爆破前后对边坡保留岩体进行声波评价，爆破时进行爆破振动监测，根据监测结果，优化爆破参数，降低层裂范围。
ｄ）个性化地定购符合各矿山实际情况的爆破器材及辅助器材。可以研制满足矿山边坡岩体要求的爆速较低、直径合理的炸药卷。选用精度高的雷管，尽量实现同时起爆。
２装药结构及装药不耦合系数对边坡爆破的影响及改进措施
２.１装药结构及装药不耦合系数对边坡爆破的影响
边坡爆破常用的装药结构为轴向连续径向不耦合装药或轴向间隔径向不耦合装药结构。这种装药结构通常称之为非对心不耦合装药或偏心不耦合装药，即药卷与孔壁一侧耦合的装药结构。研究认为，偏心不耦合装药的爆炸产物首先使与药卷耦合的孔壁即边坡保留岩体产生裂隙，而准静态的爆生气体又优先驱动该裂隙沿径向方向扩展，导致边坡保留半孔壁产生开裂，最终导致边坡保留岩体受到严重破坏，影响边坡的稳定性。预先扩展的这些裂隙所产生的稀疏波限制了孔壁上其他点处裂隙的产生、延长和扩展，这就导致需要充分破碎的光爆层（爆破破碎岩石区）的破碎效果不好，大块数量多。通过实验测试药卷紧贴孔壁点（耦合点）和药卷与孔壁距离最大点（最大不耦合点）的方位模型的动态效应后发现，耦合点一侧的应变是最大不耦合点的1.24～1.84倍。研究表明，偏心不耦合装药时，对于装药不耦合系数的选取，不能简单根据同心不耦合装药结构进行计算，必须考虑偏心不耦合装药结构的影响。
２.２装药结构及装药不耦合系数的改进措施
针对这类传统偏心不耦合装药结构的弊端，充分利用炮孔爆破的偏心效应，即偏心不耦合装药对耦合点的破坏最大，对最大不耦合装药点的破坏最小。提出了改进后的偏心不偶合装药结构，其对岩体破坏最小的最大不耦合装药点靠近保留岩体，可降低爆破对保留岩体的破坏；把破坏最大的耦合点靠近需要破碎岩石区——光爆层，让其得到充分破碎，从而降低了爆破能量对边坡保留岩体的损伤破坏，极大的提高了爆炸能量的有效利用率。