高村铁矿二期工程开采边坡稳定性分析

高村铁矿二期工程开采边坡稳定性分析

高村开采矿床位于安徽省马鞍山市东北2公里处。采矿区分布在姚儿山村、陶瓷村和高村。地理座标:东经118°37′00″,北纬31°41′15″。南距马钢集团南山矿业有限责任公司的凹山采矿场2km、距东山采矿场4km、西距马鞍山市区12km。马钢高村铁矿自2003年正式开采以来,目前已形成4个标准台阶,台阶高度为12m,采坑最大深度为48m,边坡暴露已达4个阶段,随着二期工程的推进,+30m封闭圈以上地形复杂,边坡不稳,邻近采场建筑物较多,以采场内水泵房、配电室、降压站、转载台汽车指挥室最近,与边坡的距离约为30多m。稍近一些有汽运工段、穿爆工段、电铲工段、综合工段、调度室等建筑物,这些临近的建筑物,多为砖石结构,抗震能力差。已靠界的边坡,地质条件复杂、稳定性差,此前曾发生过大小不等的滑坡。目前,由爆破振动引发的与周边农民冲突依旧存在,边坡上大规模滑体仍在形成,并呈愈烈趋势。所以,解决爆破地震强度显得迫切重要。1关于爆炸地震的理论1.1爆破质量分析炸药爆炸后,随着传播距离的增加,应力波衰减为地震波。地震波包括表面波和体积波,而造成地震破坏的主要是表面波中的瑞利波,这种波具有低频、高能、衰减慢等特点,该波带动质点在垂直面上沿椭圆轨迹作后退式运动。表示爆破地震破坏的强弱程度叫做地震强度。地震强度一般用质点的振动速度、振幅等物理量来描述。质点振动速度具有如下规律:式中,V为质点垂直振动速度,cm/s;Q为同段起爆的最大药量,kg;R为爆源至计算点间距离,m;K为爆破现场地质条件系数;α为爆破振动随距离的衰减系数。爆破引起的地震波,向爆源四周扩散。在近爆源周围,其振幅随着与爆源距离的增大而增大,但超过一定范围,振幅迅速下降。1.2降低爆破地震强度决定爆破地震强度的,首先是质点振动速度。从式中可以看出,人为控制的因素只有Q和K。即可以通过降低一段起爆药量Q,直接降低爆破地震强度;此外可以通过减小爆破夹制等手段来降低K值,也可以减少爆破地震强度。从式中还可以看出,α随地质条件的改变而改变,也就是说不同的地质条件对爆破地震波的衰减吸收能力不同。因此在建筑物的位置选择上,成为一个可以利用的因素。爆破地震波的振幅,在爆破地震的传播过程中,是变化不定的。但存在一定的变化规律,这个规律对于建筑物位置的选择,也做为一个利用的因素。2爆破质量优化的方法目前,国内外的爆破降振措施,大多以减小一段起爆药量为主,兼顾对爆破中炸药能量释放的正确导引,来实现爆破降振的。主要措施包括:(1)电子雷管延时爆破法。这种方法是利用高精度的电子雷管(延时误差可控制在1ms之内),将爆破所用炸药分成足够多的段组。(从0～999ms之内,可以任意人为设定段别)。减少一次起爆药量来降低地震。(2)非电毫秒延时爆破法。与电子雷管延时爆破法相似,这种方法也可以降低一段起爆药量。所不同的是这种延时爆破的延时时间不能随意设定,其延时功能由装在雷管内的延时药和地表网路中的联结块补充延时来实现。(3)选择合理的起爆方案。合理的起爆方案,可消除爆破夹制作用从而降低地震强度,主要措施为清渣爆破,切根拉底以及防止超深过大等。(4)选择合理的爆破炸药单耗。在爆破中,炸药单耗过大会产生强烈的振动和空气冲击波;单耗过低,会造成岩石的破碎和松动不良,大部分能量消耗在振动上。合理选择炸药单耗,将炸药的爆炸无用功向有用功方向导引,可降低爆破地震强度。(5)选择合理的延发时间。爆破延发时间短,促成矿岩爆堆较高,移动小,破碎效果不良,并产生强烈的地震。因此,在深孔爆破时,在条件允许的情况下,较大的延时时间,有利于降低地震效应。但不是无限的,最佳延发时间与岩性有关,在不同地点就有适应于该种岩性的最佳延发时间。(6)间隔装药爆破法。间隔装药爆破既可降低炸药单耗,又可提高破碎效果,并能减少一段起爆药量。其实质是将产生地震波的一部分能量导引到破碎矿岩上来。(7)提高边坡及建筑物的抗震力。采用预裂、光面爆破等一些爆破技术,加强靠界爆破质量,提高边坡的抗震能力。此外,在近坑的设施构筑中,尽可能地使用一些轻质坚固的建材或直接使用可移动的房屋,提高自身的抗震力。3爆破质量控制在爆破降振方面,高村铁矿已采取了包括上述措施在内的多项方案,并取得了一定的效果,现介绍如下。(1)间隔装药爆破得到成功的应用。间隔药柱之间使用导爆索相连,装药前将2发400ms非电雷管插入起爆具的2个孔内,采用连续装药结构,起爆具放在底部药柱1/2处,采用上向传爆方式,增加破碎度的同时降低爆破振动。(2)清渣爆破的实施,减小了爆破夹制,降低了爆破地震。(3)选择合理的毫秒延期间隔时间。高村铁矿使用的是目前国内比较先进的Orica系列雷管,达到逐孔起爆的目的。Orica非电起爆网路采用“孔内同段,地表分段”的方法,孔内延期时间400ms,地表雷管段别选取视地质情况和设计要求而定,当爆破设计以抛掷为主要目的时,控制排孔与孔之间的延期时间取大值,以破碎为主要目的时取小值;硬岩爆破分传爆列孔与孔之间的延期时间可选取42ms或65ms,软岩爆破分传爆列孔与孔之间的延期时间可选取65ms或100ms。网络联接如图1所示。需要说明的是对于地表雷管的网络设计,澳瑞凯公司专门配置了相应的软件,可在电脑上完成设计和模拟爆破,选择最佳的设计方案。(4)在靠界爆破中,使用了预裂爆破及光面爆破,降低了一段起爆药量,一定程度地保持了边坡原岩的稳定性,加强了抗振能力。(5)爆区有明显结构面时,选择合理起爆顺序。根据岩体结构面特征,来决定起爆顺序,为降低爆破振动。爆破抛掷方向应垂直于结构面走向。如图2所示。当结构面走向如图所示时,起爆点应选择在A点而不是B点。(6)选择好前排孔抵抗线。根据钻孔作业的安全条件:式中,W为底盘抵抗线,m;α为台阶坡面角,一般为60°～75°;H为台阶高度,高村采场为12m;B为从钻孔中心至坡顶线的安全距离,高村采场使用KY250型牙轮钻机B≥2.5～3.0m,实际取值为3～3.5m。因此,W≤H·cotα+B=12×cot60°+3.5=10.4m,为降低爆破振动,通常取8～10m。(7)控制最后排孔的装药高度。多排孔爆破时,从第二排孔起,以后各排孔的装药量按下式计算:式中,k为考虑受前排各排孔的矿岩阻力作用的增加系数,高村采场取1.7;q为单位炸药消耗量,取0.4kg/m3;a为孔距,取7.5～8.5m;b为排距,取5.0～5.5m;H为台阶高度,高村采场为12m。因此后排孔的装药量为为降低爆破振动影响,高村采场爆破一般不超过3排,为控制爆堆形状,后排形成塌落,一般后排孔比前排孔药量增加系数为1.1,但要保证填塞高度6.5～7m。(8)控制合理的超深和余高。超深的作用是降低装药中心的位置,以便有效的克服台阶底部的阻力,避免或减少留根底,以形成平整的底部平盘。超深过大,则爆破振动越大,高村采场设计超深值为2.0～2.5m,后排孔的超深值一般比前排小0.5m。(9)选取与岩石特性相匹配的炸药。针对高村采场炮孔内一般都存在不同程度的积水的情况,选用乳化炸药,其优点:爆炸性能好,抗水能力强,安全性能好,环境污染小,爆破效果好。(10)严格的施工。①严格布孔。根据采场的岩性条件,节理发育,结构面走向,合理安排孔网参数。②严格穿孔作业。穿孔作业是爆破的先头作业,它的好坏直接影响爆破效果,严格按照布置的炮孔进行穿孔,孔深要达到设计要求,并及时扒渣护孔,防止掉入石块、孔渣。③严格爆破施工。督促爆破工认真施工,严格按照施工程序作业,避免堵孔,填塞时应保证填塞质量。(11)科学的管理。爆破技术和科学的管理是一个有机的整体,前者是基础,后者是保证。高采车间在爆破管理上实行分层管理,从车间主任、技术员、工段长、班组长、爆破工,逐层考核,责任到人。严格执行质量管理体系和质量监控网络。4对爆破安全性能缺乏足够的研究尽管做了以上的工作,但还不能满足现场的需要,存在以下不足:(1)高村铁矿的矿石矿物主要为磁铁矿,其次是少量的赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿、黄铁矿,微量的钛铁矿、黄铜矿、方铅矿和闪锌矿等,高村铁矿的脉石矿物以钠长石、斜长石为主,其次是阳起石、绿帘石、绿泥石、磷灰石、石英等,对这些岩石的抗振性能没有进行专门的研究,在实际中,由于毫秒延时雷管段数不够,一段起爆药量不能很好的控制。(2)对延时时间和炸药单耗与爆破地震强度的关系了解不够,无法确定不同岩性的最佳值、延时时间和炸药单耗。(3)对采场多种岩石的地震衰减能力了解不够,致使近坑建筑物在选位时,对爆破振动因素考虑不周。针对上述不足,在今后的爆破降振工作中,应着重从以下几个方面做工作:(1)应探索使用高精度、施工简单方便,安全性能高,拥有足够多段别的毫秒延时雷管,以弥补目前所用雷管段数不足、精度低的缺陷;(2)通过研究,获取高村铁矿不同矿岩最有利于爆破降振的延时时间和炸药单耗,用于指导生产实践;(3)探索高村铁矿不同岩种对爆破的衰减吸收能力,将建筑物设计在衰减能力最强的岩种之外,为建筑物选好“防波墙”。5爆破振动对周边建筑物及居民房的影响降低高村铁矿通过采取一系列的降振措施,不断改进爆破技术,提高爆破质量,目前的