露天采矿法预裂爆破方案研究

露天采矿法预裂爆破方案研究

1采矿条件和开采环境的影响对于服务年限长的户外采矿场地，开采深度大，边坡稳定性是满足安全生产许可证的必要先决条件。影响露天边坡稳定性除了岩体的地质条件、边坡结构等因素外,临近边坡爆破所产生的震动也是影响边坡稳定性的重要因素。如何减少爆破震动对边坡稳定性的破坏,尤其是对开采条件和开采环境较差的露天采场更为重要。凤凰山铜矿Ⅰ#、Ⅱ#矿体上部采用坑内开采,采矿方法主要为上向水平分层尾砂充填法,由于多种原因,-43m以上有224万t残矿资源没能回收。为了保证矿山生产能力的持续稳定,充分回收矿产资源,经过充分论证,决定对残矿进行露天开采。但露天下盘边坡岩性稳固性较差,尤其是靠露天边界20m左右有井下生产在用的南风井、新措施井和金牛硐古采矿遗址及地表相思河河流需要保护。为了控制爆破震动对边坡和建筑物、古遗址及相思河的危害,给矿山下部井下开采安全生产创造有利的条件,采用合理的控制爆破方法十分重要。2户外采矿场的坡度2.1上盘岩体及帮岩采场下盘边坡岩体主要由大理岩组成,完整性较好,强度较高,大理岩层面产状与边坡走向有一定斜角,斜交角不超过20°。上盘岩体主要是花岗闪长岩,在地表数十年风化严重,地表深处的原生花岗闪长岩完整性较好,强度也较高,但暴露空气过长时风化迅速,特别是遇水强度降低,没有大的断裂,节理面粗糙。南端帮岩体主要是大理岩,岩层走向基本上和边坡走向一致。Ⅰ#矿体斜穿北端帮边坡,其上盘为花岗闪长岩,下盘为大理岩。2.2并段边坡安全平台设计露天采场设计最高开采标高+140m,最低标高-43m,封闭圈标高+68m。最终边坡组成为2个台阶并段,2个安全平台一个清扫平台间隔布置,最终边坡结构参数为:上盘台阶坡面角65°,下盘台阶坡面角60°,南端台阶坡面角70°,北端台阶坡面角65°。上盘最终边坡角42°,下盘最终边坡角39°,南端部最终边坡角53°,北端部最终边坡角42°。并段后的台阶高度24m,安全清扫平台宽度5～9m。3附近边坡爆炸试验方法和参数选择3.1预裂爆破技术确定临近边坡控制爆破主要方法有预裂爆破、光面爆破和缓冲爆破。通过有关资料类比,并结合凤凰山铜矿露天采场矿岩性质、地质构造、开采条件、装备水平、边坡结构参数及生产服务年限等实际情况,确定采用预裂爆破技术。3.2预裂爆破孔径预裂爆破成功与否主要取决于预裂爆破参数及装药结构是否合理。预裂孔直径、间距和线装药密度是预裂爆破的几个主要参数,地质条件、岩石性质、结构及其物理力学性质、炸药种类、工程性质及对预裂爆破质量要求等方面又是影响参数的重要因素。预裂孔直径往往是根据工程性质及对质量的要求,并结合现有的设备条件预先选定的,凤凰山铜矿露天采场现有KQ-150型潜孔钻机和DX-100型潜孔钻机两种类型,穿凿150mm和100mm两种不同的孔径。因此,为了不增加额外的投资,采用KQ-150型潜孔钻机和DX-100型潜孔钻机,穿凿150mm和100mm两种不同的孔径进行预裂爆破参数的试验。3.2.1150mm孔径的预裂爆破参数确定(1)粉碎并消耗能量不偶合系数是指炮孔直径和药包直径之比。装药时采用不偶合装药目的是降低爆炸后的初始压力,避免炮孔周围岩石受到过度的粉碎并消耗能量。经大量实践总结,不偶合系数与岩石抗压强度的经验关系为:K=1+363.68δ压-0.26其中:K为不偶合系数;δ压为岩石抗压强度,Pa。当岩石为大理岩时,δ压=700～1400×105Pa,K=3.8～4.3;当岩石为花岗闪长岩时,δ压=571～927×105Pa,K=4.1～4.5。(2)岩石结构参数与径关系合理的炮孔间距在爆破后能使各炮孔中心形成一条相互贯穿的裂缝。实践证明孔距与孔径密切相关,同时也与岩石性质和装药结构有关。相互关系式表述为:a=19.4D(K-1)-0.523其中:a为预裂孔间距,m;D为钻孔直径,m。当岩石为大理岩时,a=1.56～1.70m;当岩石为花岗闪长岩时,a=1.51～1.61m。(3)预裂爆破参数确定线装药密度即每米炮孔装药量,是预裂爆破重要参数,由经验公式:q=785×10-3×D2K-2×ρ其中:q为线装药密度,kg/m;ρ为药包密度,g/cm3;2号岩石炸药ρ=0.93g/cm3。当岩石为大理岩时,q=0.9～1.1kg/m;当岩石为花岗闪长岩时,q=0.8～1.0kg/m。3.2.2100mm孔径的预裂爆破参数确定同上150mm孔径预裂爆破参数的确定方法一样,由其经验公式可计算出各参数。不偶合系数:当岩石为大理岩时,K=3.8～4.3;当岩石为花岗闪长岩时,K=4.1～4.5。预裂孔间距:当岩石为大理岩时,a=1.0～1.1m;当岩石为花岗闪长岩时,a=0.9～1.0m。线装药密度:当岩石为大理岩时,q=0.39～0.51kg/m;当岩石为花岗闪长岩时,q=0.36～0.43kg/m。3.3给药结构的确定3.3.1线装密度调整150mm孔径采用连续装药方式,将直径为32mm的2号岩石药卷用胶布捆扎在两根导爆索中间,调整每米轴线上药卷的个数,使线装药密度符合设计要求。100mm孔径采用间隔装药方式,根据设计的线装药密度值,将直径32mm的2号岩石药卷用胶布捆扎在两根导爆索中间。3.3.2岩石炸药密度调整用非电导爆管和直径80mm的铵油炸药卷替代导爆索和直径32mm的2号岩石炸药,调整装药长度和空气间隔长度,使线装药密度符合设计要求。不同岩性、不同孔径的预裂爆破参数见表1。3.4缓冲孔与预裂孔预裂孔原则上布置在测量境界线上,按设计的孔间距标出每个孔的孔位,钻孔倾向与坡面倾向一致,按设计要求穿凿预裂孔。为保证较好的预裂爆破效果,应合理地选取缓冲孔的装药量、孔间距和缓冲孔与预裂孔的排距。辅助孔孔径采用150mm,孔间距为3.0～3.5m,预裂孔与缓冲孔的排距为2.5～3.5m,装药量为35～50kg。3.5孔药包和起爆缓药爆破采用非电起爆系统,首先起爆所有预裂孔药包,再起爆主爆孔药包,最后起爆缓冲孔药包。预裂也应超前主爆孔起爆时差不少于50～100ms,缓冲孔起爆延迟主爆孔起爆50ms,以保证在主爆孔起爆前形成减震隔离带,使其获得最佳爆破效果。4台阶预裂爆破试验参数依据确定的孔间距、线装药密度、不偶合装药系数,采用逐次逼近的方法,改变线装药密度,保持其它因素基本不变,在下盘大理岩和上盘的花岗闪长岩中的靠帮处进行多次试验。根据矿山生产的需要,随着采场剥离工作的台阶的下降,又分别在+140m、+125m、+108m、+96m、+84m、+72m台阶进行试验,预裂孔118个,穿孔米数1650m,预裂线总长度215m。各台阶预裂爆破试验参数如表2。爆破后,经认真清渣观察,爆破所形成的边坡位置基本上符合设计要求,台阶坡面比较整齐完好,原岩整体性没有受到明显的破坏,露天采场边坡稳定性良好,并在+60～+72m台阶、+48～+60m台阶、+36～+48m台阶等深部台阶临近边坡处推广应用预裂爆破,均达到了预期的效果。5结论和建议5.1爆破参数及药剂性质对预裂爆破的影响(1)采用预裂爆破所形成的台阶眉线整齐,坡面比较平整,爆破后冲小,ϕ100mm孔径的预裂爆破效果优于ϕ150mm孔径的预裂爆破效果。(2)预裂爆破成功与否关键取决于爆破参数及装药结构是否合理。(3)露天采场边坡节理发育,岩石质量差的区段,给穿凿预裂孔带来了极大困难,爆破后预裂孔孔痕保留状况不太理想,影响了预裂爆破的效果。(4)爆破效果虽然不十分理想,但是预裂爆破形成的台阶眉线整齐,坡面平整,边坡到界,边坡稳定性良好,达到了保护边坡减少爆破震动破坏的目的。对构、建