预裂爆破技术在矿山露天开采的应用研究

预裂爆破技术在矿山露天开采的应用研究

邸艳  李建刚 王煜元

甘肃赛福特爆破工程有限公司  甘肃兰州   730050 

摘要：近年，露天矿山边坡滑落事件频繁发生，对施工质量控制和边坡稳定性维护提出严峻挑战，特别是在高山陡峭的露天矿山更为突出。考虑到岩石的色泽、裂纹、断裂带及倾斜角度等因素，需要根据具体情况精心设计预裂孔爆破参数，以保证边坡施工质量。基于此，本文将以某铁、铅、锌矿区为例，对预裂爆破技术在矿山露天开采的应用进行深入研究。

关键词：预裂爆破；参数优化；边坡稳定

引言

该矿藏丰富的矿区含有铁、铅、锌等元素，尤其是铅锌储量惊人。初始阶段，开采项目选择在山体露天坑进行。自2019以来，承担矿区采剥工作的矿业经营有限责任公司。合同规定的工期为3年，包括开采、清理垃圾、清理平台斜坡以及挖沟等，并设定了年度采矿及剥离量不低于100万立方米。尽管矿区位于沙丘地形、高寒且海拔较高的无人地带，施工期仅限于每年五到十月，面对矿区复杂的地下水文地质及严峻的施工条件，高陡边坡的修整面临重重困难，效果不佳。经由工程技术团队深入解析矿区废石压覆、断层结构以及裂隙水等多重因素后，成功优化并调整了边坡预裂孔爆破参数，使高陡边坡的修整质量显著提高，圆满达到预期设计标准。

1矿区工程地质及水文情况

1.1工程地质简况

（1）构造结构层面，该地含炭岩系垣郭构造呈现出单斜形态，且其横向与纵向上的结构面发育严重不均衡[1]。在当前裂隙中，初步呈现了三种主要的三维形态，包括0°、10°以及30°的倾角，这些形态相对平滑且具备明显的变形特征。而分散型裂隙则表现出分散、分叉或阶梯状的特点。在一定程度上，由于封闭状态的影响，部分裂隙可能会被方解石脉和黄铁矿矿化所掩盖。若裂隙组合不当，可能导致上部塌陷等问题。通过钻探发现，局部地层尤其是矿床边界区域，存在结构性和侵蚀性的断裂带，其稳定性值得我们密切关注。另外，矿床底部花岗岩中存在两组剪切裂隙，坡度分别为10°和30°，具有较高的封闭性，位错现象显著，平面裂隙未填充，拉伸裂隙发育相对较弱。

（2）10~30米深的岩（矿）风化带，最大可达50米甚至更深。根据风化程度可划分为强风化区及弱风化区。前者多存在于岩（矿）表层，脆度较高，岩心呈块状至粉末状，具有黏土特性，且有风化裂隙，充填粉砂；后者则普遍分布在矿山岩石内，部分区域风化深度低于50米。岩石表面对应风化痕迹，保持母岩结构；裂缝表面常覆盖一层氧化铁膜[2]。

（3）围栏特征及稳定性评估显示，矿石围岩主要为大理石，因腐蚀而变为硅矮化，逐渐与矿石接触，导致边界模糊。内部主要由硅酸盐岩石构成，成分与矿石基底相似。实际上，这是一个富含铜、硫、铅、锌等工业级矿物的矿化体。在露天开采过程中，第四松散层系统主要由风积物、残余砾石和土壤组成。由于土壤硬度不足，易引发滑坡。斜坡稳定性取决于斜坡及地层质量。

1.2边坡存在的主要安全风险

（1）潜在不稳定斜坡风险：矿山顶部分布着约30°至40°的砾石折线，底部则耸立着高达直壁，有75°至90°的岩石，且在20至60米之间。在此，岩石的重要性不言而喻，其结构裂纹多以高坡面和开放形态呈现，导致大量不稳定的松散晶体重生。这种边坡不稳定性尤其对第一矿区隧道造成了严峻挑战，特别是在开采过程中，爆炸性震动可能引发边坡失稳，进而酿成灾难性后果。

（2）崩塌风险：崩塌风险，多见于岩石之中，尤擅揭示陡峭之谷底及斜坡面貌，裸露出以垂直陡峭状呈现的岩石形貌。在冰冻效应作用下，岩石裂纹发育显著，多见于高落差边坡与开放式地形，进而导致众多松动且险峻之岩石产生，其稳定性引人深思。

2穿爆工艺与技术参数分析

2.1 工程概述

此地地层以大理石及硅酸盐岩构成，硬度约为8至12度，水分稀少且无明显裂痕。

2.2 穿孔与爆破参数选取

选用中国自研的开山ZT10型钻仪进行炸孔施工作业时，应依据业主提供的初始设计参考数据，定制包括预裂孔在内的一系列方案。孔径设定为100毫米，孔间距1米，深度达13米，如有超标，则加深1米。装药时采用间歇式方法，孔口岩粉填充厚度控制在2至2.6米之间。主体爆破孔的孔网参数建议设为3米乘以4米，呈梅花状排列，孔径115毫米，深度大于2米，全孔装药，孔口岩粉填充厚度需在3至4米之间。爆破平台平均高度设定为12.0米。此外，在主爆孔与预裂孔之间，还将设置一定数量的辅助孔，孔网参数为3米乘以3.5米，深度在6至8米之间。该爆炸装置将采用双管双环启动网络，此为一种可精确控制毫秒级别延迟引信的先进网络技术。

2.3试验效果

在根据实验爆破参数进行爆破施工后，形成了高陡边坡壁面的凹凸不平和不规则现象。遗留在岩石中的残块较多，凿孔壁留下的痕迹则相对较少，导致边坡1.5~2m高层处存在损伤，进而使得平台形状呈现出非正规化特征，边坡稳定性受到影响。

2.4试爆问题

（1）边坡构造不良，主要原因为孔距规划不当，导致爆炸能量在孔隙之间积聚，致使岩石受损严重。

（2）预裂爆破的预期效果未得到充分体现，这主要归因于预裂孔与主爆、辅爆的时间延迟设定不当，从而加剧了边坡成型问题。

（3）潜孔钻孔施工质量不理想，操作繁琐，造价昂贵，其主要原因是预裂孔位置偏差大，钻孔精度有待提高，而成孔防护措施不完善。

３爆破参数优化与穿孔作业控制

３.１爆破设计参数优化

（1）适当加大主钻孔间距至3米×4米。

（2）预裂孔的间距需进行调整，参考岩石自身状况与多次爆破实验成果，将其由原本的1米扩大为1.3米，而在断层或岩体破碎地带，仍保持原有的1米间距不变。

（3）调整预裂孔的装药深度和填充方式。导爆索链式间歇装药方法维持不变，但孔口填充的岩粉从原先的2.2至2.6米降至1.5米。

（4）调整延迟起爆时间。预裂孔孔眼（二次爆破）的起爆时间提前至120毫秒。

３.２穿孔质量控制与保护

（1）提升样品采集精度及施工作业质量：选用全站仪对各类辅助孔和预裂孔进行精测。启动钻具前需运用钻机三脚架和水平仪进行双重校验，保障精确度。若方向与前次平台斜坡垂立两次以上，还须调整水平支盘两次以修正坡度过大状况。操纵钻机人员需掌握斜坡定位及调控技巧，确保坡度在设计范围内。预裂孔施工过程中，严格执行分阶段施工及验收原则，实现百分之百验收率[3]。

（2）加强孔洞防护措施：预裂孔施工完毕后，用沙袋密封孔口，以彩带拉线设立防护栏，确保防护栏距孔口最低1米。另外，在清理大面积施工清扫平台（以免预裂孔受设备碾压变形）时，可适当推迟施工时间；若平台面积较小，则可优先施工。

4爆破成效

4.1 技术经济分析

以业内常用的闭合式爆破深度测算，100个预裂孔在爆破前需设定1.3m的间距，以每百米节约23个预裂孔的施工，钻孔总量降低至310m；炸药单位消耗也有显著下降（0.05~0.1kg/m³），同时，由于每米钻孔崩落方量由10.2m³增至12.5m³，因此每立方岩石的直接成本得以降低3.11元。

4.2 预裂效果评估

经过精确调节与优化露天采石场固定边支护孔网参数后，我们以降低炸药消耗为核心目标，成功地完成了陡峭斜坡的精准治理工作。现在，预裂孔有用比率高达95%以上，边坡高度已低于设计标准，平整度误差控制在±200毫米以内。整个边坡呈现出平滑完整的形态，极大提升了其稳定性。

５结语

综上，面对各种复杂的地质构造及露天开采边坡稳定等问题，必须进行严谨的实验和精确的分析，以确定最优的爆破参数。并运用最为高效、科学和经济的爆破技术，从而实现最大的技术和经济效益。

参考文献

[1] 李相相. 预裂爆破技术在矿山露天开采的应用思考[J]. 环球市场,2019(21):362.

[2] 张迎春,赵良玉,张遵辉,等. 预裂爆破技术在露天矿山治理工程中的应用[J]. 采矿技术,2023,23(2):135-138.

[3] 赵庆民. 预裂爆破技术在露天矿山终了边坡中的应用[J]. 内蒙古煤炭经济,2022(13):156-158.