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摘要：本文從采礦工程的角度入手，對爆破技術的應用問題進行分析與論述，對預裂爆破技術適用范圍以及設計要求等內容進行闡述，并結合某露天礦采礦工程實例，分析了預裂爆破的工藝流程與質量控制措施，望能夠引起業內人士的關注與重視。
關鍵詞：采礦工程；爆破技術；應用
預裂爆破技術是指在爆破開挖過程中，根據設計開挖輪廓線密集鉆孔并減少單孔裝藥量，預先爆炸成縫，在保障工作面爆破效果的基礎之上避免爆破所致爆破區以外巖體結構以及其他建筑物遭到破壞。作為光面爆破技術的延伸與發展，預裂爆破技術近年來被廣泛應用于既有建筑物拆除、交通運輸、水利電力以及露天礦邊坡等工程爆破實踐中，在保護設計介質面方面的優勢得到了肯定[1]。
1預裂爆破技術概述
與常規爆破技術相比，預裂爆破技術的最顯著特點是在土石方開挖過程中，于主爆破區爆破前沿設計輪廓線爆破形成一條有一定寬度的貫穿性裂縫，使主爆破區爆破過程中所產生振動波得到緩沖與反射，進而控制爆破作用力對保留巖體結構產生的不良影響，確保爆破區域開挖輪廓的平整與穩定。目前，預裂爆破技術被廣泛應用于既有建筑物拆除、交通運輸、水利電力以及露天礦邊坡等工程爆破實踐中。通過對預裂爆破技術的合理應用，能夠使保留區壁面結構穩定性得到最大限度的提高，在具備良好綜合效益的基礎之上使邊坡開挖質量能夠得到有效控制與提升。結合既往工程實踐經驗來看，預裂爆破效果會在一定程度上受到機械設備性能、炸藥性能、地質條件以及鉆孔精度等因素的影響[2]。一般情況下，巖體結構越完整與穩定，對于預裂爆破而言更為有利，相反非均勻性、多裂隙以及破碎程度較高巖體結構均對預裂爆破有不良影響。相對破碎巖體結構應當采取小藥量以及小孔距方式進行爆破，以達到良好的爆破效果。
2預裂爆破技術設計要求
在預裂爆破過程中，需要貫通裂縫寬度應當根據巖體結構硬度進行合理控制，如對于中硬度巖體結構，預裂爆破預留開裂寬度應當達到10.0mm以上；對于堅硬巖體結構，預裂爆破開裂寬度應當達到5.0mm以上；對于松軟巖體結構，預裂爆破開裂寬度應當達到10.0mm以上。在滿足這一基本原則的前提下，預裂爆破設計中應當著重關注如下幾個方面的問題：第一，預裂爆破作業面平整度會直接影響爆破設計參數以及鉆孔參數合理性，提示在預裂爆破施工前必須安排專人對鉆孔孔口周邊殘留松散石渣進行徹底清除，以免石渣落入鉆孔內對裝藥結構產生影響，進而影響預裂爆破的最終效果；第二，預裂爆破工作面上炮孔痕跡保留率應當達到80.0％以上；第三，預裂爆破操作過程中，炮孔直徑建議控制在50.0mm~200.0mm范圍內，深度較大的鉆孔應當適當提高孔徑參數，炮孔間距也應當根據孔徑參數進行設計，以8~12倍孔徑為設計標準，針對松軟巖體結構，應當取較大值作為設計參數；第四，預裂爆破工作面線裝藥密度建議按照250.0g/m~400.0g/m進行控制；第五，裝藥結構會直接影響預裂爆破效果，目前UAN廣泛采取的裝藥結構形式是將藥卷分段后綁扎于毛竹片上并栓導爆索進行固定，分段藥卷間距按照20.0cm~50.0cm控制，同時于鉆孔底部適當增加裝藥量，按照2~5倍標準增加線裝藥密度，以保障孔內預裂爆破效果的均衡性[3]。
3工程實例分析
準東五彩灣露天礦是神華新疆能源有限責任公司下屬露天礦，主要進行煤炭以及油母頁巖礦石開采作業。該露天礦位于準東煤田位于新疆昌吉回族自治州，在東西長達220公里的狹長地帶地下蘊藏著3900億噸煤炭，是我國目前最大的整裝煤田。現場地質勘查數據顯示：該露天礦采礦區域內巖性結構以砂巖為主，中部有硬帶分布，巖石結構完整性好。由于該露天礦與神華新疆能源有限責任公司礦區辦公地較近，故爆破過程中應當充分考慮減震問題，故經綜合比選最后按照在邊邦保護臺階寬度基礎之上預留2.0m安全距離進行預裂爆破技術。具體施工方案概述如下：（1）鉆孔。鉆孔孔深為16.0m，鉆孔孔徑為140mm，傾角85°。鉆孔前先安排專人對工作面進行徹底清理，由輪推在炮區作業面對工作面進行整理，最大限度使作業面達到平整狀態。然后于工作面對孔位進行定位，鉆孔鉆進10.0cm后核對鉆架是否存在變形或移位問題，傾角應當與設計標準完全一致，出現變化時需要及時停機并調整傾角以滿足設計要求。鉆孔作業結束后應安排專人使用地質測量儀對傾角進行檢查，以確保滿足設計角度要求。預裂孔一般采用密集孔，其距離主要保證沿炮孔中心線形成平整裂縫（若孔距過大可能會影響成縫效果，反之若孔距過小會導致鉆孔量增加，甚至破壞孔壁、邊坡結構完整性）[4]。本工程中采用140mm炮孔，預裂孔間距按2.0m~2.2m標準控制。緩沖孔與預裂孔排距的設置應避免預裂縫朝緩沖孔貫通，故預裂孔排距應適當高于間距，結合以往爆破經驗將排距控制在2.5m~3.0m間。（2）裝藥。鉆孔孔底裝藥方式為：底部加強段，將3支乳化炸藥（截面70.0mm）連續捆綁固定在毛竹片上，用以克服鉆孔孔底巖石夾制影響，正常段以及減弱段根據裝藥設計線裝藥量對裝藥結構進行合理控制。線裝藥密度按照經驗公式進行計算，如下：2201m40001qρ＝πD（1）該式中，以“0ρ”為炸藥密度，取值為1.15g/cm³；以“m”為不耦合系數，本工程中預裂爆破所選用爆破用藥為乳化炸藥，取值為3.5；以“D”為炮孔直徑，本工程取值為140.0mm。經計算，線裝藥密度為1.44kg/m，為確保爆破效果，實際取值為1.6kg/m。將捆綁在毛竹片上的炸藥緩慢送入孔內，避免發生脫落，以免對后續爆破效果產生影響。預裂孔裝藥結構如下圖（見圖1）所示。（3）填塞。本工程中，為了避免預裂爆破過程中孔口巖石發生破碎問題，需要施工人員利用炮泥對鉆孔孔口進行堵塞處理。預裂孔填塞高度的確定必須綜合考慮兩個方面的問題：第一避免填塞過短導致爆破氣體過快沖出孔口，影響預裂孔內爆壓，甚至影響預裂面的貫通效果；第二避免填塞過長導致預裂縫無法貫穿至孔口，進而造成填塞段殘留傘巖或頂部不平整問題。結合既往預裂爆破工程經驗可知：由于預裂縫在兩個相鄰預裂孔間產生是分別自孔壁向兩預裂孔連心線中點發展并最后貫通的，因此根據爆破氣體容易自巖石結構最薄弱部位沖出的特點，預裂孔填塞高度應當達到預裂孔孔距1/2以上。除此以外，由于兩個相鄰預裂孔在貫通過程中裂縫必須同時貫穿至兩孔連心線中點，因此填塞高度不應當超過預裂孔孔距(但為保證爆破安全以及控制爆破噪聲，本工程取2.5-3m)。（4）連線。本工程中主爆孔選用MS10段非電雷管下孔、緩沖孔選用MS11段非電雷管下孔，孔與孔之間用導爆管連接；預裂孔用導爆索連接，下孔導爆索“T”形結連接在敷設的主線上，單響藥量控制在200g范圍內（超過200kg可將預裂孔分段連接），起爆網絡連接方式如下圖（見圖2）所示。（5）起爆。預裂孔先于主爆孔起爆，應確保爆破順序合理，主爆孔與預裂孔爆破時間差應當控制在75.0ms~110.0ms范圍內。在本工程采取預裂爆破技術進行爆破時，為了保障爆破區爆破效果，同時達到減震效果，還要求工作人員關注如下幾個方面的問題：第一，現場施工人員應當做好前期測量放樣工作，確保炮孔位置以及預裂線設計位置的準確性；第二，加強現場設計預裂線周邊場地的平整性，以確保鉆孔機械在良好的環境下鉆孔，保證孔位和角度的準確；第三，預裂爆破過程中預裂孔不得采取耦合裝藥方式，藥卷應當按照設計間距與導爆索一同綁扎于毛竹片上，毛竹應當緊貼需保留巖體結構一側；第四，前期設計人員應當認真參考爆破工作面現場地質條件以及巖體結構性質合理調整孔間距以及裝藥量，以確保預裂爆破效果達到理想狀態[5]。
4結語
在露天礦工作面爆破過程中，應用預裂爆破施工技術不但能夠最大限度的保護邊坡結構穩定性，對露天煤礦安全生產有非常重要的意義與價值。本文從預裂爆破的角度入手，對預裂爆破的基本概念以及技術要求進行分析，最后結合準東五彩灣露天礦工程實例，從鉆孔、裝藥、堵塞、連線以及起爆這幾個環節入手，對預裂爆破技術的實施要點進行了分析與探討，望能夠在同類工程實踐中引起關注與借鑒。
參考文獻
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[3]崔鐵軍,馬云東,白潤才等.基于神經網絡優化遺傳算法的爆破參數優化[J].地震工程與工程振動,2014,34(1):257-262.
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[5]吳姍,陳何,孫宏生等.大紅山銅礦束狀孔采礦及爆破振動監測技術[J].有色金屬工程,2015,5(Z1):126-129.
作者:夏漢 單位:葛洲壩易普力湖南二化民爆有限公司
