单孔微差控制爆破在大理石矿山覆盖层剥离中的应用价值

【摘要】0 引言 相比于其他类矿山而言，石材矿床有其独特性，主要表现在对所采矿石的体积要求大、块体完整度要求高以及荒料的无损伤上。目前，石材矿山大多采用露天开采方式，这就需要在采...

摘要：随着社会发展及市场需要，在矿山石材开采中越来越注重对石材的保护。本文针对镇宁大花山大理石矿EL1266m以上覆盖层剥离工程，通过对作业难点的技术分析，采用浅孔微差控制爆破技术，有效地保护了矿体，控制了飞石和震动，保证了施工工期，节约了施工成本。为山体矿藏石材开采覆盖层剥离作业提供了技术指导。

Abstract： With the social development and the market need， the protection of stone in the stone mining gets more and more attention. Aiming at the stripping engineering of the covering layer above marble mine EL1266m in Zhenning Dahua Mountain， through analyzing the technology of operation difficulties， this paper uses short delay blasting of shorthole to effectively protect the ore body， control the flying rock and vibration， ensure the construction period， save the construction cost. It provides the technical guidance for the stripping operation of the mountain mineral stone mining covering layer.

关键词：石材开采；覆盖层；剥离；浅孔微差；爆破

Key words： stone mining；covering layer；exfoliation；short delay of shorthole；blasting

中图分类号：TU521.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）03-0146-03

0 引言

相比于其他类矿山而言，石材矿床有其独特性，主要表现在对所采矿石的体积要求大、块体完整度要求高以及荒料的无损伤上。目前，石材矿山大多采用露天开采方式，这就需要在采石作业开始之前对矿藏的覆盖层进行剥离，而石材矿山的特殊性对覆盖层剥离技术提出了严格的要求[1-3]。在石材开采的悠久历史中，火药的使用十分普遍，然而如何兼顾开采速度与经济效益同步并举一直是困扰石材开采工作者的一大难题。随着控制爆破技术的出现，人们可以利用各个（组）药包之间的爆破时间差来控制爆破的走向，即控制特定方向上的爆破不发展或轻微发展，从而达到保护矿藏的目的。文章以镇宁大花山大理石矿为例，详细说明了控制爆破技术在露天石材矿山覆盖层剥离中的应用方法与价值，旨在为同类矿山覆盖层剥离提供技术经验。

1 概述

镇宁大花山矿位于安顺市镇宁自治县募役乡桐上村花山农场附近，是目前贵州已发现的最大方解石矿山，总开挖量220万立方米，白色大理石矿体48万立方米，属中型矿山，主矿在EL1240m以下，见图1。矿山整体呈S-N方向条形山体，长约340m，近东西宽约150m。矿点周边属于典型的喀斯特地貌，植被稀疏，边坡岩性多为厚层至块状灰岩。剥离对象为EL1266m～1302m范围内的覆盖层，最大厚度为36m，剥离量约为52000m3。剥离区主要地层为二叠系栖霞组（P2q）：深灰色薄层至中厚层灰岩夹黑色炭质页岩；其次为二叠系茅口组（P2m）：灰色灰白色厚层至块状灰岩。

2 覆盖层剥离技术

2.1 施工难点 石材资源不能再生，因此在石材的开采过程中对块体的完整度要求极高，对荒料的质量和尺寸的要求也极为严格，则镇宁大花山大理石矿山覆盖层剥离施工难点包括：①剥离对象位于标高1266m～1302m处，作业平台狭窄，重型机械道路开辟难度大，作业难度大，施工风险高；②爆破冲击波会对矿体产生影响，破坏矿体的整体性，降低经济效益；③爆破作业产生的飞石容易对周围的高压电气设备造成损坏，成为施工的安全隐患；④工期3个月，时间短，作业强度大，对施工效率要求高；⑤作业平台处存在边坡孤石，体积大且受爆破作业影响加大，容易滚落山坡对山下运输通道及施工人员安全产生极大威胁。

2.2 施工方案选取 根据施工难点分析，并结合矿山的实际作业情况，镇宁大花山大理石矿作业难度大并且要求完工时间短，如一开始就采用绝对“拉爆法”（先用绳锯将山体上部与下部切割分离，再从上至下进行浅孔微差爆破），虽然能够很好地保护矿体，但施工周期长，施工成本高，加之绳锯切割剥离覆盖层国内外均无先例，作业风险大，实际操作非常困难。而如果使用深孔爆破，虽然能节省时间，缩短工期，却难以达到保护矿体的要求。经反复论证，决定先采用一次性起爆100孔左右的大面积单孔微差控制爆破，至EL1266m以下再采用拉爆结合的施工方案。与普通爆破法相比，微差控制爆破以毫秒级的时差顺序起爆各组（个）药包[4]，可以产生辅助的自由面，改变最小抵抗线方向，使爆破沿着特定的方向进行，避免破坏矿体的完整性。由于微差控制爆破方向的可控性，该爆破法已广泛应用于煤矿开采、基坑开挖以及房屋拆除等多方面的爆破作业中[5-7]。

对于山坡上存在的边坡孤石，施工时采取多打孔、少装药的微差爆破技术，并用挖机配合，粉碎孤石。

2.3 爆破参数选取 钻孔直径D=40mm；台阶高度H=3m；最小抵抗线W=1.5m；炮孔间距a=1.2W=1.8m；炮孔排距b=0.8a≈1.5m；钻孔深度L=1.0～6.0m；钻孔倾斜度α=90°；根据岩石性质取炸药单耗qs=0.18kg/m3；单孔装药量q=qsabH=0.18×1.8×1.5×3=1.46kg≈1.5kg；堵塞长度Ld=0.6～0.8m；布孔方式：采用梅花形布孔，最外侧炮孔离临空面2m以上，爆破孔间距根据实际开挖情况作适当调整，炮孔布置见图2。

钻爆设备采用YO-20和YT-28手持式风钻，孔径为42mm，钻孔深度为1～5m。爆破炸药选用2号岩石乳化炸药，药卷直径32mm，药卷重量为300g，爆速大于等于3200m/s，殉爆距离大于等于3cm。导爆管选用不同段位毫秒导爆管雷管和顺发电雷管配合使用。为保证工期，节约成本，实际装药量可结合爆破监测数据，在达到对矿体保护要求的前提下做适当调整。

2.4 爆破网络设计 起爆网络采用电力起爆与塑料导爆管非电起爆相结合的方法，以串联方式联网起爆。起爆网络覆盖面积可超过3000m2，能同时单孔单爆100个左右炮孔。用导爆管起爆时，结合簇联和孔外接力方式联网。导爆管起爆系统高段入孔，从孔底开始起爆，地表实现孔间微差。装药后，炮孔严密堵塞，边回填炮泥边用塑料炮棍捣固坚实。炮泥采用半湿状粘土和去除石子的中砂拌合而成。堵塞长度为0.6～0.8m。所用塑料毫秒导爆管段位有3、5、7、9、11、13、15、17、19段。图3为剥离过程中的一次起爆网络。

2.5 边坡孤石爆破 如图4中孤石，采用多孔粉碎，在孤石中下部共打3个炮孔，其中2个靠上方的炮孔分别装2节和3节乳化炸药，靠下方的炮孔装5节乳化炸药，爆破后大块岩石底部炸碎，上部开花，以达到孤石粉碎的爆破效果，保证施工安全。

3 爆破安全控制措施

大花山矿区周围是居民住宅区，应严格做好安全防护工作。施工前张贴爆破公告，将爆破警戒范围，爆破信号意义及发出方法等通知当地村委；在施爆工地各通道口处设置安全警戒哨并悬挂警戒标志，严禁闲杂人员入内；爆破前发出音响警报信号，待各个警戒点予以回复后再进行起爆；并严格执行爆破作业岗位责任制，做到各司其职。

3.1 爆破振动控制

3.1.1 爆破震动校验计算 当药包在岩石中爆破时，会对药包附近岩石产生冲击震动，是爆破的主要危害之一。大花山矿地处半山腰，地理位置海拔较高，爆破振动控制是整个施工安全的重点。

药包炸药量、炸药性质、测验点距爆炸中心距离、岩石硬度和节理分布情况以及所选用的爆破方式都将会对爆破的振动速度产生影响。采用质点垂直振动速度作为该矿覆盖层剥离过程震动安全的判定标准，按照萨道夫斯基公式计算，如式（1）。

V=kα （1）

式中：V――质点垂直振动速度，cm/s；k――与爆炸条件级岩石特性等相关，取值200；α――震动衰减系数，取值1.7；Q――单段最大药量，kg；R――爆炸中心到被保护点的距离，Rmin=26m。

取Q值为单孔装药量，Q=q=1.5kg，则

V=kα=200×1.7=39.72m/s≈0.4cm/s （2）

依据《爆破安全规程》（GB6722-2014），结合大花山矿山的实际情况，规定在EL1240m测振，安全允许质点振动速度为1cm/s[8]，根据式（2）可知V=0.4cm/s

3.1.2 爆破震动测振系统 在实际应用中，考虑到公式中K、α的值为经验取值，存在很大局限性。本工程在高程1240m处向山体挖凿大坑，深入矿体内部，再将无线网络测振仪、振动速度传感器安装在稳定岩石上，并配套安装相应充电设备。测振系统采用基于3G网络的远程实时爆破振动量测系统，见图5。实测得到各震动次数x与最大震动速度Vx（cm/s）之间的关系如表1。由表1可知最大震动速度均小于1cm/s，达到设计效果。

3.2 爆破飞石控制

根据《爆破安全规程》（GB6722-2014），露天岩石浅孔爆破的最小安全允许距离为300m，由于沿山坡爆破，最小安全允许距离应增大50%，则工程中飞石最小安全允许距离为：

R=（1+50%）×300m=450m （3）

针对爆破产生飞石容易对周围物体产生损害这一安全隐患，采取的安全措施包括：

①保证封孔质量，堵塞炮泥要密实、连续，堵塞材料中不能夹杂碎石；严格控制炮孔装药量，特别是临空面附近炮孔，装药数量不超过4节。②设立警戒区，在警戒区周边设置6个警戒点，每个警戒点由专职安全员负责，警戒半径450m，严禁非工作人员进入，工作人员必须逗留时必须进入安全防护棚区。③对进场公路和高压设备进行特殊保护。人工挖沟，埋设电缆线，并用竹跳板覆盖保护空压机和电缆线；在公路上方所砌筑的挡土墙上筑土坝，使之形成V字型沟壑，缓冲从山顶滚下的落石，防止落石损坏挡墙和公路；在公路下方、高压电杆上方挖掘一条宽3m、高2.5m的防护沟，阻止滚石击中高压电杆。

4 结束语

①通过对露天镇宁大花山大理石矿山的作业难点分析，采用了单孔微差控制爆破技术对其覆盖层在工期内剥离完成，具有施工效率较高、石材完整性好、经济效益高等特点，达到了施工要求。为山体矿藏石材开采覆盖层剥离作业提供了技术指导。②制定了边坡孤石爆破技术，通过采用定向爆破技术，以及不同位置炮孔装药量的差异实现了边坡孤石的粉碎爆破，安全可靠。③通过经验计算与测振系统实测相结合的方式，将爆破震动的主振频率控制在10Hz以上，有效避开了岩石的固有频率，爆破振动的安全性得到了提高，且爆破最大振速都未超过震动安全允许速度，爆破震动速度控制在安全值以内。④通过严格控制爆破作业质量，采取设置电气覆盖保护区、砌筑土坝以及挖掘防护沟等安全措施，有效地控制了爆破过程中产生的飞石和散落石块，为爆破飞石控制提及了经验。

参考文献：

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[2]张丽洪.岩石微差爆破网络技术及应用研究[D].重庆：重庆交通大学，2008.

[3]肖海光，陈新昊.石材行业的概况与发展前景[J].黑龙江科技，2015，6：108，109.

[4]付天光.逐孔起爆技术应用基础研究[D].辽宁：辽宁工程技术大学，2010.

[5]周志强，易建政，王波，等.控制爆破技术研究现状级发展建议[J].四川冶金，2009，31（6）：59-64.

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[7]李明宇.浅孔微差控制爆破技术在深基坑开挖中的应用[J].西部探矿工程，2008（2）：37-39.

[8]GB6722-2014，爆破安全规程[S].中国工程爆破协会，国家安全生产监督管理总局.