理論與實踐:邊坡加固后露天采場的控制爆破研究
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作者：杜健昌
茌松散的砂卵石中開挖露天邊坡，即使在無水的環(huán)境下，坡體也難以保持穩(wěn)定。在富水環(huán)境下，更是邊挖邊塌、坡體無法成型。我國許多礦山由此陷入了有礦難采、有礦不能采的窘境。如何在富水砂卵石層中開挖露天邊坡始終是一項重大技術(shù)難題，國內(nèi)相關(guān)科研及生產(chǎn)企業(yè)曾對此展開大量探索性工作，但鮮有十分成功的先例‘1]。針對如何在富水砂卵石層中開挖露天邊坡這一世界性的難題，以神龍峽露天礦擴幫為工程背景，筆者研發(fā)了一套適
用于砂卵石層中開挖邊坡穩(wěn)坡止水的關(guān)鍵技術(shù)——錨拉式地下連續(xù)墻技術(shù)‘2]，圓滿解決這一困擾國內(nèi)外露天采礦界多年的技術(shù)難題。但是，如何控制爆破，一直是業(yè)內(nèi)值得深入研究的問題。本文就以神龍峽露天礦為背景，研究了控制爆破的有關(guān)問題以及爆破后對加固后露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響。
1 工程背景
神龍峽露天鐵礦位于河北省唐山遷安市境內(nèi)，為擴大生產(chǎn)規(guī)模，神龍峽鐵礦決定進行擴幫改建。但由于該露天礦地處灤河岸邊，上部有一層最厚近20m的砂卵石層，富含水，且水源與灤河河水直接溝通，擴幫工程一開始便陷入了困境。①礦坑緊鄰灤河，最近處不足200m，水源補給充分，擴幫前礦坑涌水量已高達12000m3/d。經(jīng)保守的測算估計，擴幫后，涌水量將超過30000m3/d。②更為嚴重的是，擴幫邊界以下有一層最大厚度近20m的砂卵石層，呈松散狀態(tài)，試挖過程即邊挖邊塌，坡體無法成型。隨后，礦山先后采取了深層攪拌樁、高壓旋噴樁等方案，試圖對開挖對象進行預(yù)加固，但由于止水穩(wěn)坡效果不明顯，最終不得不放棄。
針對神龍峽露天鐵礦的擴幫工程背景，為有效提高邊坡的穩(wěn)定性并徹底止水，通過對神龍峽露天鐵礦的水文地質(zhì)條件、地層結(jié)構(gòu)和目前現(xiàn)狀的分析研究，最終確定采用錨拉式地下連續(xù)墻的技術(shù)方案，即在地下連續(xù)墻頂端打入一排垂直向下的預(yù)應(yīng)力錨桿并配有墻頂斜拉錨桿的處治方案，見圖1。
2控制爆破研究
礦山生產(chǎn)爆破是一個反復持久的過程，爆破產(chǎn)生的動載沖擊作用日積月累，使各種破壞效應(yīng)得到不斷加強和延續(xù)，產(chǎn)生近似材料的蠕變或巖石內(nèi)部的損傷積累，當其超過邊坡穩(wěn)定的臨界值時，就會發(fā)生邊坡的失穩(wěn)E，其主要原因是爆破震動的不斷作用使邊坡圍巖中的剪應(yīng)力增加，使原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面、原有的裂紋裂隙擴展和延伸，甚至產(chǎn)生新的爆破裂紋和微裂紋，使其原有物理力學性能下降，從而影響了邊坡的整體穩(wěn)定性‘“6，所以在神龍峽鐵礦臨近地下連續(xù)墻進行爆破時必須采取控制爆破．并按爆破振動安全允許距離計算每次爆破的最大一段裝藥量，確保露天采場的爆破不會對地下連續(xù)墻造成破壞。
2.1 參數(shù)之間的關(guān)系
爆破振動安全允許距離按式(1)計算。
式中：R為爆破振動安全允許距離(m)，條形藥包按等效距離Re計算；V為保護對象所在地質(zhì)點振動安全允許速度(cm/s)；Q為最大一段炸藥量(kg)，條形藥包按等效藥量Qe計算；K，a為與爆破患至保護對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。
根據(jù)式(l)，將其演變?yōu)樵试S的最大一段炸藥量與爆破點到被保護對象距離的關(guān)系式，見式(2)。
2.2 V，K，a值的選取
該礦山被保護對象——地下連續(xù)墻，系鋼筋混凝土構(gòu)筑物，有擋水的要求。其類別接近于新澆大體積混凝土（但體積不太大）和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋，因此綜合新澆大體積混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋安全允許振速，選取地下連續(xù)墻安全允許振速V為5cm/s。
根據(jù)不同的巖性，其與地形地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)見表1。
該礦山臨近地下連續(xù)墻進行爆破的地段為礦體底板圍巖，礦體底板巖石為混合花崗巖，完整堅硬，穩(wěn)固性較高�？拷谒南涤幸欢ǔ潭鹊娘L化．因此按中硬巖石選取：K=150，a=l.7。
2.3等效距離和等效藥量
對于深孔爆破來說，炮孔中的藥柱相當于一個條形藥包，可將其以1～1.5倍最小抵抗線長度分為多個集中藥包；另外預(yù)計同一排炮孔爆破時可能需要有為數(shù)不多的幾個炮孔劃分為一段，因此同一段起爆的相鄰各炮孔也相當于群藥包爆破。
由于同一段起爆的炮孔數(shù)量不多，各個炮孔之 間的孔距不大，因此各炮孔距地下連續(xù)墻上同一質(zhì)
點的距離相差不大，可將同時起爆的幾個炮孔視作一個集中藥包，其等效藥量為同時起爆的幾個炮孔裝藥量之和，其等效距離為按單個炮孔計算的等效距離，詳見表2。
2.4允許的最大一段裝藥量
地下連續(xù)墻距最后一排炮孑L的距離與預(yù)加固第四系地層的厚度有直接的關(guān)系，預(yù)加固第四系地層的厚度越小，地下連續(xù)墻距爆破地點的最近距離越小，其允許的最大一段裝藥量也越小。本礦山預(yù)加固第四系地層的最大厚度18m左右；最小厚度約5m;平均約lOm左右。經(jīng)計算，當預(yù)加固第四系地層的厚度<lOm時，其允許的最大一段裝藥量僅25kg左右，小于正常情況下每個炮孔的裝藥量。
為了適當增加允許的最大一段裝藥量，保證生產(chǎn)的正常進行并保證在進行爆破時地下連續(xù)墻的安全，通過調(diào)整+35m安全平臺的寬度，使地下連續(xù)墻與最后一排炮孑L的等效距離控制在28m左右．允許的最大一段裝藥量增加到56kg左右。調(diào)整后的+ 35m平臺寬度及等效距離見表3。
按照前面確定的有關(guān)參數(shù)及計算公式，最后一 排炮孔的等效距離統(tǒng)一按28. 4m計算臨近地下連續(xù)墻各排炮孔的等效距離及允許的最大一段裝藥量，見表4。
3現(xiàn)場監(jiān)測分析
3.1監(jiān)測設(shè)備及測點
為了掌握爆破對地下連續(xù)墻的影響，利用美國SAULS公司生產(chǎn)的NCSC 5300型測震儀對其進行了現(xiàn)場監(jiān)測。監(jiān)測點有兩個，其中，測點l設(shè)在距離爆源lOOm的墻頂處，測點2設(shè)在距離爆源50m的墻頂處。爆破的最大單響藥量為660kg。
3.2測試結(jié)果
測點l和測點2的爆破波形圖見圖2、圖3，其 中測點1的合成速度為9. Imm/s，測點2的合成速度是13. 8mm/s，均遠遠小于5cm/s，所以這種藥量的爆破對于地下連續(xù)墻的穩(wěn)定性影響很小。
4 結(jié)論及建議
1)經(jīng)過多年的工程驗證，錨拉式地下連續(xù)墻技術(shù)成功解決了神龍峽露天鐵礦擴幫工程所面臨的涌水量巨大且邊坡難以自穩(wěn)的難題，是一項值得推廣的技術(shù)。
2)經(jīng)測震儀現(xiàn)場測試，測點的合成速度遠遠小
圖3測點2上的爆破波形圖于均遠遠小于5cm/s，所以在最大單響藥量660kg的爆破對于地下連續(xù)墻的穩(wěn)定性影響很小，也即意味著加固后邊坡的穩(wěn)定性良好。
3)應(yīng)盡量避免使用乳化炸藥，若使用乳化炸藥應(yīng)按文中計算結(jié)果降低10%～20%的裝藥量。
4)嚴格控制最大一段裝藥量進行爆破，并確保裝藥質(zhì)量。
4 摘要：
利用錨拉式地下連續(xù)墻技術(shù)對富水砂卵石層的露天礦邊坡加固后，如何控制爆破以確保邊坡穩(wěn)定是值得深入研究的問題。本文以神龍峽露天礦為背景，研究了最大一段裝藥量問題以及爆破后對加固后露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響。監(jiān)測結(jié)果顯示，在合理單響炸藥量爆破時，爆破對邊坡穩(wěn)定性影響很小。
