(甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司西沟矿，甘肃嘉峪关735102)

摘  要：为满足酒钢集团西沟矿扩能改造项目工程要求，在复杂地质、地形及周围环境条件下，采用了双层硐室条形药包布置、延时起爆的硐室爆破技术。针对不同地形条件，采用不同的最小抵抗线爆破参数，取得了理想的爆破效果。工程实践证明，只要爆破参数合理、安全防护得当，硐室爆破技术可以在复杂地质、地形及周围环境条件下推广应用。

关键词：硐室爆破；条形药包；延时爆破；爆破参数；安全防护

1  工程概述

酒钢集团西沟矿扩能技术改造项目，需要对露天采场东山头进行爆破处理，以便扩大2308m水平的工作平台，达到扩大采场境界、提高矿石产量的目的。爆破区域东西长180m、南北宽120m、高度42m，爆破方量25152lm³。该山头在露天采场东面境界线外、2308m水平以上，出露矿体成分为石灰石，可作为成品石灰石矿石，由爆破场地转运至采场溜井输出。矿石硬度系数为ƒ=8～12，密度2．7kg／m³；山体北面倾角在60°以上，形成地表陡峭的上部地形；山体东面、南面地势平缓，倾角在15°～30°之间，表面有0～5m厚的覆盖土层。

2  设计原则与爆破方案

2．1设计原则

爆破场地周围环境复杂，东面山坡下方300m是3100m水平破碎站，南面100m为采场的山北公路，西面是年采剥总量达500万t的采场作业面，布有各种大型、重型设备。爆破既要使山体充分解体破碎至600mm以下的块度，符合矿石入溜井和进入破碎站的要求，又要控制爆破危害，确保采场、3100m水平破碎站人员与设备的安全。因此要严格控制山北、山南矿石爆破后滚下山坡的数量，提高矿石回收率、保证公路畅通。

2．2爆破方案

该山头爆破规模较大，要求在短期内完成大量土石方挖运工程。为了减少凿岩工程量及相应设备、工具、材料和动力消耗，采用简单、轻便的机具，便于在交通不便和山势陡峭的地方作业。为加快施工进度，采用硐室爆破方案。硐室爆破必须保证爆后岩石充分松动，块度符合要求；台阶平整，不留根底；便于机械装运以及确保周围设施和人员安全。但硐室爆破尚存在大块率较高、二次爆破量大的不足。

该矿要求山头爆破时矿石回收率达60％，为防止爆破时矿石滚下沟底造成损失降低回收率，影响周围设施的安全，对北面的山体采用减弱松动爆破方案，对南面的山坡3308～3320m水平台阶采用浅孔或潜孔钻钻孔爆破和机械清理形成宽8～1 5m安全平台，并在其外设置宽3m、高不低于5m的挡土墙，确保矿石爆落在安全平台之上装运；对不符合块度要求的矿石进行二次爆破处理。

3硐室爆破设计

3．1药包布置原则

(1)当最小抵抗线W与埋深H比值w／H<0．6时，一般应考虑布置两层或多层药包。w／H值越小，崩塌部分m现的大块越多，该露天采矿剥离取W／H==0．9。

(2)采崩条形药包为主的单层、多层、多排布药方式。

(3)最小抵抗线w。为保证药包各部位的最小抵抗线基本相等，以提高爆破效果、控制爆破有害效应，条形药包轴线方向应尽量与地形等高线平行。根据爆1)(地形、周围环境，参考同内爆破经验，最小抵抗线W取值存15～25m内。

(4)爆破作用指数n。其值大小直接关系到爆堆的松散程度及飞石距离。根据山体北面地形陡峭，东面、南面地势平缓，并且要对矿石回收的特点考虑n值的选取。矿体西面，为保证矿石充分破碎，便于机械装运，按加强松动爆破方案布置药包，爆破作用指数选取0．8～0．9；矿体北面、东面不允许山体向外塌落，采用减弱松动爆破方案布置药包，爆破作用指数选取0．4～O．6。

药包布置平面及剖面如图l所示。

3．2药包布置方法

(1)首先在最高山峰下定出1#主药包位置，使西面抵抗线小于北面抵抗线，并在药室南侧留足够的边坡保护层。

(2)按此沿山脊布置2^#～8^#主药室，使各药室剖面最小抵抗线均满足西面抵抗线小于北面抵抗线的要求。

(3)在主药包负担爆破量偏大的地段，布置辅助药包。

(4)边坡附近的药包布置应按自下而上，自边坡中心向外的顺序进行。为使边坡松动、不致塌落、便于回收矿石，采用双层或多层药室减弱爆破，并留有足够的边坡保护层，用挖掘机械装运至溜井。

(5)1-1和2-2剖面是窄山脊地形，应将药包偏离山脊的投影线，选好两侧n值之比，根据n值比例调整选取最小抵抗线。3-3～8-8剖面线山脊较宽，可在两侧分别布置抛掷和松动药包达到一侧抛掷一侧松动之目的。

(6)3-3、4-4、6 -6、7-7、8 -8剖面均布置了双排条形药包，前排药包爆破后的上破裂线与水平线的夹角按60°计算，前排药包中心线按上述角度向上方作上破裂线R′并视为后排药包的临空面，由此确定后排药包的最小抵抗线。布药时应先考虑布置于西面的前排约包，并加强松动爆破效果，然后再布置后排松动药包。

(7)为减少大块，可以考虑在山尖处布置压顶药包，如1-l^#、2-1^#、6-2^#、7- 2^#等药包。

(8)药包间距：①同一高程布药的药包间距a=m₁W_CP=(W_l+W₂)/2，m₁为间距系数，m₁=O．8～1．2。②分层布置药包的间距b=m₂W_CP;m₂为层距系数，m₂=1．2～2．O。

(9)在硐室施工前，对爆区周围高度在一个台阶(1 2m)之内的所有矿岩进行钻孔爆破处理，并装车运走．为硐室爆破塌落的矿岩准备足够的堆积空间。

3．3  药室断面

药宇导硐断面要满足开挖和炸药装填作业的需要，本次开挖需要人工出碴，其断面S=1．5m×1．8m，药室断面S用下面公式计算并校正：

S=(Dl_P)／(△×1000)

式中：l_P为药室单位长度装药量，这里取其最大值为783．1 kg/m；△为装药密度，在药室内整袋装填铵油炸药取0．8 t／m；D为不耦合系数，取2～6。

经验证，D=2．70，故药室开挖断面符合最大单位长度装药量的要求，即满足整个硐室装药堵的要求。

3．4装药与填塞   

 条形药包按设计的每米实际药量从里端向外顺序密实码放，起爆药包要放在炸药中间，用2^＃岩石硝铵炸药装有2发导爆管雷管捆扎结实制成，导爆管与主电雷管起爆系统反向连接，主起爆体要放在药室靠近填塞料一端3m处。    

为保证填塞质量、提高炸药有效能量的利用率，设计中，条形药室与导硐垂直布置，因此填塞长度  按下式计算：  

  L_d=(1．8～2．3)B₀

式中：L_d为条形硐室填塞长度，m；B₀为导硐开挖  宽度，取1．5m。    计算得，硐室填塞长度3．45m，取3．5m。  

3．5爆破参数计算

按兰州有色冶金设计研究院提出的公式计算药量：

Q=kW ²L(O．5+O．5n³)

式中：Q为药包装药量，kg；K为集中药包标准单位炸药消耗量，西沟石灰岩取1．4kg／m³；W为最小抵抗线，m；L为计算装药长度，m；n为爆破作用指数。

按此公式计算的装药量及其他爆破参数如表1所示。

本次爆破以各条形药室为一段、延时起爆，药包最大一段装药量为13t，总装药量为96．9t，实际炸药单耗为0．39 kg／m³。

3．6起爆网路  

采用非电导爆管和电雷管的混合起爆扁路。在各爆区药室内采用非电导爆管进行延时控制，药室外采用瞬发电雷管连接起爆。为了改善爆破效果和降低爆破振动，采用单层双排的布药方式，同排相邻药包之间采用毫秒延时起爆，延时间隔为50ms，前后排延时间隔为100ms，上下层药包起爆一般以百毫秒级间隔为宜。

爆破分为工、Ⅱ、Ⅲ 3个爆区按顺序分别起爆。首先起爆I爆区，爆后对矿石装运并处理好根底后，再进行Ⅱ爆区的爆破及装运工作，最后对Ⅲ爆区进行爆破。山头西北侧1-1、2-2、3-3剖面为I爆区，布置的药室为比较陡峭的孤山包、山脊，相对独立，临空面较好，爆破体受夹制作用小，不易产生飞石。爆后为II爆区(4-4、5-5、6-6剖面)后爆岩体确定了临空面，使Ⅱ爆区抵抗线的方向朝北，采场和山北公路避开飞石方向。III爆区(7-7、8-8剖面)最后松动爆破，四面临空、爆破条件好，容易控制飞石。

同一爆区靠近山头西侧剖面的药包首先起爆；同一剖面不同层药包，上层药包较下层药包先爆；同一剖面同层药包靠近南侧的先起爆。

4爆破安全设计

4．1爆破振动

爆破振动会对破碎机房造成影响，因此在总药量控制上，除了分3个爆区分3次爆破外，每个药室都装不同段别的雷管延时爆破。爆破振动速度按《爆破安全规程》推荐的公式计算：

根据西沟矿石灰岩爆破的经验，选取：K=150，a=1．5，Q=13000kg，R=300m。经计算爆破振动速度为3．5cm／s。由于3100m水平有运输平巷，其安全允许质点振动速度为15 cm／s，混凝土框架破碎机房允许振速为7 cm／s。由此可见爆破振动速度控制在主要周围环境允许的安全振动内。

4．2爆破飞石

 按《爆破安全规程》规定的硐室爆破对人员的安全距离设计，但不小于300m。通常按下面经验公式计算：R_F= 20K_Fn²W，各系数根据最大药包设计取值为：K_F=1．5、n=0．8、W= 24m。计算得R_F=460．8m。

 考虑到东山头位于采场较高孤专位置的具体地形，个别飞石有可能撞击地面二次飞出，设计取防护爆破飞石的安全距离为1000m。

5  爆破效果

5．1本次爆破效果

 该工程从2010年1月开始至当年底结束，累计回收矿石488958t，回采率达72％，超过了目标回采率60％的要求；炸药单耗0．39kg／m³，比采场正常作业炸药单耗o．50kg／m³，降低了54％。爆破效果良好，大块率控制在7％以内，爆破后矿石块度满足破碎站对矿石粒径和级配要求。无安全事故发生，爆破飞石和振动对周围设备及供电线路无任何损坏。

5．2体会

  针对采场边生产、边扩大产能进行技术改造，工期要求紧，山体陡峭、无法运用大型钻孔没备的况，采用硐室爆破、延时起爆的方法，解决了大型潜孔钻设备受现场条件限制，无法使用或难以发挥效率的问题。通过精心布药设计，合理选取爆破参数，使硐室爆破方法在扩大采场境界的山体开挖工程中，获得显著的经济效益。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准．爆破安全规程(GB 6722— 2003)[S]．北京：中国标准出版社，2004．

[2]汪旭光．爆破手册[M]．北京：冶金工业出版社，2010，10

[3]汪旭光．全国工程爆破技术人员统一培训教材《爆破设计与施工》[M]．北京：冶金工业出版社，2011，5．

[4]张健，黄雄伟．双层多硐室拦腰爆破构筑山体平台[J]．工程爆破，2005，11(3)：46—48．

            摘自《工程爆破》总第66期