切缝药包爆破技术在露天边坡开挖中的应用

Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．４９７　Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ．２０１０　现代矿业　

Ｍ０ＲＤＥＮ　ＭＩＮＩＮＧ　总第４９７期　

２０１０年９月第９期　

切缝药包爆破技术在露天边坡开挖中的应用　李显寅　冯德润　（１．西南科技大学环境与资源学院；２．四川国大水泥股份有限公司）　

摘要：ｇ－爆破效果和经济效益两个方面，研究了将光面爆破和切缝药包爆破技术用于边坡开　挖。通过模型试验和现场实验，分析了切缝药包的爆破机理，及其在边坡开挖中的应用，并与光面　爆破进行了比较分析。　关键词：光面爆破；切缝药包爆破；边坡开挖　中图分类号：ＴＤ２３５．４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７４－６０８２（２０１０）０９－０１０２－０２　

保持露天边坡的长期稳定一直是矿山的一个重　大技术难题。国内外不少露天矿山曾发生过或大或　小的滑坡，轻则影响１３常生产，重则造成矿毁人亡。　因此，露天边坡滑坡问题已引起许多业内人士的高　度重视。近４０ａ来，国内外许多专家学者从不同角　度对影响边坡稳定的因素进行了技术研究，尤其是　开采爆破对边坡的影响进行了深入的研究，并积极　将成果应用于生产实践，在不断提高技术水平的同　时，也带来巨大的经济效益。　１切缝药包边坡开挖爆破机理　１．１切缝药包爆破机理　切缝药包爆破¨　是在具有一定密度和强度的　炸药外壳上开有不同角度、不同形状和数量的切缝　（见图１（ａ）），利用外壳和切缝控制爆炸应力场的　分布和爆生气体对（孑Ｌ壁）介质的准静态作用和尖　劈作用，达到控制所爆介质的破碎程度和开裂方向。　切缝药包爆破使孔壁形成定向裂缝的过程分为两个　阶段　Ｊ：爆炸初期在切缝管内腔尚未形成均布压　强之前，由于冲击波的动态作用使与切缝相对的孔　壁部位优先产生预裂缝；在爆生气体的准静态压力　作用下，预裂缝扩展、延伸和贯通。与光面爆破相　比，切缝药包爆破更充分有效地利用了炸药爆炸的　能量。　切缝药包炸药爆炸后，爆生气体运动如图１（ｂ）　所示，在非切缝方向　，爆生气体压力均匀作用在　外壳内壁上，当外壳运动到孔壁与孔壁耦合后，爆生　气体压力均匀作用在孔壁上，从而使得这个方向上　的岩石均匀受压，同时切缝方向的岩石均匀受拉。　李显寅（１９６４一），男，重庆市人，副教授，主要从事采矿工程专　业的教学与研究工作，６２１０１０四川省绵阳市。　１０２　在无切缝外壳的情况下，爆炸气体直接作用于孔壁，　高温高压的爆炸气体容易“渗透”和“楔入”与孔壁　连通的原生裂隙或应力波作用下产生的微裂纹，增　加了爆破损伤作用。采用切缝外壳药包爆破，爆炸　压力的作用使外壳外壁与炮孔壁达到耦合，将套管　与原岩体连为一体，阻碍了爆生气体对孔壁的直接　作用，尤其是阻止爆炸气体“渗透”和“楔入”孔壁岩　体裂隙　

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（ａ）切缝药包　（ｂ）切缝药包爆生气体运动不意图　图１　切缝药包爆破装药结构示意图　１＿孑Ｌ壁；２－外壳；３－切缝；４－炸药　１．２切缝药包边坡开挖爆破原理　切缝药包爆破边坡开挖和光面爆破极其相似，　都采用不耦合装药，不同的是光面爆破的药卷直接　放入炮孔中，见图２。切缝药包爆破的药卷装入切　缝外壳并用垫片悬空，见图３。　

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图２　边坡开挖光面爆破装药结构图　１一药柱：２－炮孔；３－边坡开挖理想断裂面；　４．抵抗线；５－充填物；６－导爆索　Ａ一边坡保留层：Ｂ－光爆层　光面爆破中，由于药卷紧贴边坡壁面，即为偏心　不耦合装药，炸药爆炸后，对于边坡保留层，相当于　耦合装药，其损伤作用将是非常严重的　。切缝药　李显寅　冯德润：切缝药包爆破技术在露天边坡开挖中的应用　２０１０年９月第９期　包爆破采用一个特制的悬空垫片将药柱垫离边坡壁　面，目的是让药柱不在局部与边坡保留岩石方向的　孔壁贴在一起，防止出现偏心不耦合现象　。加入　硬质药包外壳主要有三个作用：①硬质药包外壳上　的切缝对裂纹的发展起到导向作用，并给爆炸能量　一个约束，使其向切缝方向运动，也有利于切缝方向　裂纹的起裂和贯通；②硬质药包外壳可以保护边坡　壁面少受甚至不受爆炸产物的冲击破坏；③由于有　硬质药包外壳对边坡壁面的保护，可适当减小装药　不耦合系数，增加装药密度和单孔装药量，可增大孑Ｌ　距，从而达到在炮孔数减少的情况下，还能保证边坡　壁面平整和光洁。　图３　切缝药包爆破开挖边坡装药结构图　１一药柱；２一理想开裂线；３－炮孔；４－药包外壳；５－外壳切缝；　６．抵抗线；７－充填物；８－导爆索；９－药柱悬空垫片　Ａ一边坡保留岩石区；　Ｂ一边坡岩石挖除区（光爆层）　２光面爆破与切缝药包爆破边坡开挖模型实验分　析　模型实验在一块完整性较好的石灰石块体上进　行＿８　Ｊ。切缝药包爆破和光面爆破各装药３个孔，装　药结构见图４。炮孑Ｌ直径３８ｍｍ，药包直径１８ｒａｍ，装　药不耦合系数２．１。炮孔深度０．９３～１．３ｍ；上段和　下段空气柱长度分别为０．１５～０．２０ｍ和０．１５～　０．３０ｍ；单孔装药量约１６０ｇ；抵抗线长度０．６４～　１．０ｍ；堵塞长度０．４５～０．５９ｍ。　在每组装药孔后侧０．３０ｍ处对称钻两个与炮　孔深度一致的孔，用于声波测试。切缝药包爆破声　波孔距为０．４５ｍ，光面爆破声波孔距为０．５１５ｍ，爆　破前后分别进行声波测试。声波测试时，沿声波测　试孔深度方向，从孔底开始，每间隔０．１５ｍ测试一　次。各测试了５组声波速度。切缝药包爆破后比爆　破前声波速度降低率最小为０．４６％，最大为１．７６％，　平均为１．４５％；光面爆破后比爆破前声波速度降低　率最小为１．８７％，最大为３２．４６％，平均为１２．９８％。　对比实验表明，切缝药包爆破有利于降低爆破对边　坡保留岩体的损伤破坏作用。　３边坡开挖现场实验分析　３．１爆破参数　３．１．１光面爆破　现场实验在四川某石灰石矿进行。炮孔直径　１６０ｒａｍ。主爆孔：５ｍ×４ｍ，连续装药；缓冲孔：５ｍ×　３ｍ，连续装药。光爆孔：孔距与排距：２．５ｍ×２．５ｍ；　线装药密度：加强段５．２５ｋｇ／ｍ，不耦合段１．２５ｋｇ／　ｍ；装药长度：加强段１．６０ｍ，不耦合段１３．５ｍ；堵塞　长度２．０ｍ。装药结构见图２。　施工方法：直接将药卷捆扎在导爆索上放入孔　中。　３．１．２切缝药包爆破　孔径１６０ｍｍ。正常孔：５ｍ×４ｍ；缓冲孔：５ｍ×　３ｍ。切缝药挖爆破参数：；孔距与排距２．５ｍ×　３．０ｍ；线装药密度正常段：１．１２５ｋｇ／ｍ，长度为　１３０ｒｎ；加强段：３．７５ｋｇ／ｍ，长度为１．６０ｍ，堵塞长度：　１．８０ｍ。装药结构见图４。　

（ａ）切缝药包装药结构　（ｂ）光向爆破装药结构　图４爆破实验装药结构　１－炸药；２－孔壁；３－堵塞物；４－空气柱；５－切缝外壳　施工方法：用电胶布将炸药卷和导爆索绑在竹　片或锯成两半的ＰＶＣＵ管上，同时在竹片或ＰＶＣＵ　管上问隔一定距离绑上垫片，使药卷悬空，不让药卷　贴在边坡保留岩体一方的孔壁上，减少爆破对保留　岩体的损伤作用。　３．２光面爆破与切缝药包爆破边坡开挖效果分析　（１）光面爆破。开挖的边坡壁面凹凸不平，且　边坡壁面保留孔痕内有严重开裂现象。资料研究表　明　Ｊ，这种方法开挖边坡，孔痕内开裂宽度最严重　达到３０ｒａｍ，可见深度达到７５０ｒａｍ，对边坡岩石的损　伤破坏严重，影响边坡稳定性。　（２）切缝药包爆破开挖的边坡壁面基本平整，　边坡壁面上保留孔痕内基本无开裂现象。　３．３经济效益分析　从１９９３－－２００５年，采用光面爆破开挖，以每年　投入边坡修整费的平均值计算，修整１ｍ（Ｈ＝　１５．０ｍ）边坡需要花费９５２．８　ｍ。其中人工费：　２９５．３７元，材料费：５１４．５１元，管理费：１４２．９２元。　采用切缝药包爆破后，修整边坡成本：６２４．８　ｍ。节省３２８　ｍ，节约３４．４％。（下转第１２９　页）　１　０３　

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ｖ＼　王力群：良山铁矿太平尾矿库生产管理实践　２０１０年９月第９期　短，可放矿的支管数量太少，滩面晒坝时间较短，尾　砂含水量大，堆筑的子坝密实度不够，容易因为穿孔　而倒塌，放矿与筑坝的矛盾比较尖锐。为了解决上　述问题，在库区左右两侧与主坝均安装了放矿备用　管，增加了尾矿放矿的空间范围一倍以上。既解决　了放矿与筑坝的矛盾，又提高了库容利用率。　２．３排洪系统　左沟一期斜槽靠引水面一侧，２００８－－２００９年先　后出现两次较大面积的边坡塌方，引起斜槽局部漏　水和横断面断裂，按照分步实施的办法对隐患了进　行治理。　（１）抛土（或投石）护坡。２００８－－２００９年，先后　两次在斜槽塌方一侧，通过抛土与投石相结合的方　式对斜槽进行护坡，避免了斜槽进一步倾斜、坍塌和　断裂。　（２）斜槽封堵。２０１０年３月，采用疏堵相结合　的方式对该斜槽进行了封堵，斜槽漏水和横断面断　裂等隐患得到彻底根治。目前，二期斜槽已正常投　入使用。　２．４尾矿库管理　２．４．１关键安全要素监控　太平尾矿库呈左、右两沟分布的“裤衩”型结　构，初始库容较小，尾矿坝初期上升速度快，容易出　现尾砂不易固结的问题。而尾砂固结不良，尾矿库　高水位运行，既影响筑坝进度，又会降低坝坡抗滑稳　定安全系数，直接威胁到尾矿库的安全。因此，提高　水位与排渗体工程等关键安全要素的监控，是根据　太平尾矿库的特点，特殊时期加强尾矿库管理的现　实要求。　（１）库水位管理。在满足尾矿库安全超高和干　滩长度的前提下，兼顾澄清水质的要求，尽量降低库　水位。为实现低水位管理目标，由公司生产调度室　根据专业技术管理规范要求，重点监控左沟斜槽和　右沟竖井加盖板的块数与频率，按照少量、均衡和同　步的原则，逐步、缓慢地上升库水位。　（２）排渗体敷设。堆积坝体内预埋垂直水平联　合排渗体是太平尾矿库的重要安全措施工程，它可　加速尾砂固结，降低浸润线高度，提高坝的稳定性。　根据太平尾矿库筑坝计划与进程，统一由公司招标　优选施工队伍，精心组织施工。截止２００９年底，已　累计施工４２组排渗体，坝体浸润线与坝顶高差均超　过６ｍ，坝外坡干燥，排渗效果较好。　２．４．２尾矿库专业安全管理　尾矿库专业安全管理有两个职能：①统一计划　和安排尾矿库的工程建设（工程建设包括新尾矿库　建设、尾矿库扩容、闭库和生产工程的实施）；②规　范和指导尾矿库的日常安全技术管理。　３结论　３０余年来，良矿公司按照尾矿库专业管理要　求，统一协调尾矿库的技术管理、工程建设和安全生　产，较好地衔接了原南桥尾矿库的扩容和太平新尾　矿库的建设，保证了新、老尾矿库的正常生产接替。　按照国家尾矿库安全监督管理规定等现行法律、法　规和企业管理制度要求，公司每月定期对尾矿库进　行安全专业检查，对查出的不符合尾矿库的现场和　技术管理规范要求的安全隐患下达整改通知，督促　选矿车间及时整改，直到符合安全技术规范要求为　止。迄今，良矿公司尾矿库没有出现过安全生产事　故，整体运行平稳。　（收稿日期２０１０－０５—１８）