大石板沟尾矿库定向爆破筑坝的实践

ＩＳＳＮ　１６７１—２９００　ＣＮ　４３—１３４７／ＴＤ　采矿技术第１１卷第３期　２０１１年５月　Ｍａｙ　２０１１　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏ１．１　１，Ｎｏ．３　大石板沟尾矿库定向爆破筑坝的实践　郑敏昌　，廖九波　（１．汉中天鸿基矿业有限公司，　陕西汉中市７２３１０２；２．中南大学　资源与安全工程学院，　湖南长沙４１００８３）　摘　要：简述了定向爆破筑坝在大石板沟尾矿库的成功实践，采取了准确定向抛掷、防止　导硐冲炮、减少爆破振动、控制爆堆形状、降低炸药单耗、节省工程成本等一系列科学、行　之有效的措施，可为其它同类型工程提供借鉴。　关键词：尾矿库；定向爆破；定向抛掷；爆破振动；炸药单耗　定向爆破筑坝由于其施工机械简易、工期短、见　效快、效益好而在矿山尾矿库初期坝的堆筑中被广　时２９３　ｓ。　泛采用。使爆落的岩石定向准确、爆堆集中、坝形规　整，防止冲炮、减少爆振，降低炸药单耗、节省成本，　则是定向爆破工程的重点研究方向。笔者在大石板　沟尾矿库定向爆破筑坝工程中做了一些有益的尝　试，并收到了良好的效果，供今后同类工程借　鉴［　～　。　１　工程概况　大石板沟尾矿库是陕西省汉中市天鸿基矿业有　限公司楠木树铅锌矿的尾矿库，地处大巴山中段，属　中山剥蚀地貌，两肩基岩裸露，呈中风化。岩石为白　云质灰岩，岩石坚硬，较完整，岩石产状为１３８。～　１８８。／＿７。～２５。，对坝体稳定有利。岩石干燥密度　图１坝址处地形地貌　２技术措施　２．１准确定向措施　２．１．１利用凹面地形定向　２．７４—２．８２　ｇ／ｃｍ　，饱和单轴抗压强度８０．４～　１３６．．８　ＭＰａ。坝址处右岸山低坡缓，坡度为２８。，修　有上坝公路。左岸山高坡陡，坡度５２。，局部达６８。。　河谷断面呈“Ｖ”字形，底部宽１５　ｍ，坝顶处宽９０　ｍ。　初期坝为堆石坝，清基后坝轴线处坝顶标高９７０　ｍ，　一工程左岸在原设计坝轴线的下游约１０　ｍ处有　小冲沟，形成１个天然凹面，对爆破定向非常有　利。把坝轴线向下游平移１０　ｍ。则移动后的坝体　方量增加约２０００　ｍ　，而库容仅９７０　ｍ水平以下就增　加约３万ｒｎ　，这在经济上是合理的。坝轴线移动情　况详见图１。　坝底标高９３５　ｍ，坝高３５　ｍ。上游坝坡比１：１．６，下　游坝坡比１：Ｉ．７５，坝顶宽４　ｍ。上游坝脚距坝轴线　５３　ｍ，上游坝脚距坝轴线７０　ｍ，坝底宽１２３　ｍ。坝体　方量８．５万ｍ　。坝址所处地形地貌如图１所示。　本次爆破采用双岸爆破。左岸在９６０，９７５　ｎｌ标　高各设置１排主药包，主药包为条形，采用分集装药　的形式；右岸在９６０　ｍ标高设置２排副药包。共掘　导硐、药室长度２２１．７３　ｍ，工程量４１１．６　ｍ　。填塞　长度１１２．５　ｍ，工程量２１０　ｍ　。把４７．６４　ｔ的总装药　２．１．２利用起爆顺序定向　硐室爆破最大的有害效应就是爆破振动。减小　爆破振动最有效的方法就是采用微差爆破，降低最　大一段单响药量，把长度大的条形药包分割成非条　形药包，实现分集装药。可是在实践中发现，条形分　集药包的起爆顺序会明显影响爆岩的运动方向。究　其原因，就是先响药包鼓包后会在其相邻后响药包　之间形成１个高压气体泄逸的弱面，致使后响药包　的爆岩运动方向朝先响药包一侧偏转，起到了诱导　量分１４响起爆，最大一段单响药量为４．５３　ｔ，总延　郑敏昌，等：　大石板沟尾矿库定向爆破筑坝的实践　抛掷方向的作用。根据这一原理，本工程把左岸　９６０　Ｉｎ水平的条形药包分割成４个分集药包，把９７５　１ＴＩ水平的条形药包分割成６个分集药包。并把起爆　顺序安排为从坝轴线处的分集药包先响，依次分别　向外，使两端的分集药包最后起爆　’　。　２．２坝形规整措施　２．２．１双岸爆破定型　从图１可看出，右岸山低坡缓，爆区坡度仅为　２８。的凸面地形，且其下方有排洪隧道通过，非常不　利于药包的布置。爆破设计做了单岸爆破和双岸爆　破２个方案，比较其爆堆堆积形状，双岸爆破明显优　于单岸爆破。此外，上坝公路就修在右岸，双岸爆破　也有利于大型设备通向爆堆作业。因此，本工程采　用了双岸爆破，在左岸布置主药包，意在取方采石；　在右岸布置副药包，意在规整爆堆形状　。　由于右岸地形不平直，且下方有排洪隧道，因　此，右岸副药包在９６０　ｉｎ水平布置了２排药包。第　１排药包布置了３个集中药包，为后排药包开创自　由面。第２排布置了１个条形药包，其最小抵抗线　为１３　１ＴＩ，使药包中心到下方排洪隧道的顶板距离不　小于３　。爆后现场踏勘，排洪隧道安全无恙，没有　发现塌方、掉渣现象。　２．２．２爆堆边沿控制　爆堆在沟底上、下游的边沿线按过去传统的方　法是采用计算法确定，然而此方法来源于集中药包　爆破，且在作图时不直观，因此，本次爆破设计时提　出利用几何作图法绘制条形药包爆堆在沟底上下游　的边沿线，即利用爆破漏斗原理，计算出爆破漏斗半　径，分别绘出各个影响抛散的药包的爆破漏斗母线　的延长线，依次控制爆堆在沟底上下游的边沿线。　实践证明此方法有效可行，且简便直观。　２．３防止冲炮措施　在硐室爆破中，由于导硐堵塞的密实度远不如　原岩，极易在导硐内发生冲炮。一旦发生冲炮，不仅　会产生飞石，而且爆炸能量外泄会影响爆破效果。　实践中发现，当药包最小抵抗线在水平投影上与导　硐中心线相交时，则导硐会产生自锁而不会发生冲　炮，这是因为药包爆破时，岩石自药包中心向自由面　方向移动，使导硐靠近药包一侧的岩壁向另一岩壁　移动，把整个导硐挤紧，形成自锁，避免爆炸能量从　导硐逸出。本次定向爆破左岸两层主药包的导硐布　置皆按此原理布置，保证了爆破效果。　２．４降低成本措施　１０７　２．４．１减少炸药计算量　本次爆破充分利用了左岸的凹形地面，使得药　包最小抵抗线在水平投影都指向坝轴线，从而使两　端药包的最小抵抗线在水平面上的投影与条形药室　组成了１个扇形。显然，与平直地形的条形药包相　比，其爆破方量要小。而条形药包炸药量计算公式　来源于平直地形的条形药包，即炸药量的大小与条　形药包的长度成正比。本设计如直接按公式计算炸　药量，无疑药量偏大。因此，为了在保证爆破效果的　前提下适当减少炸药的计算量，采取了降低ｎ值的　办法，设计选取ｎ＝０．７５［９Ａｏ　３。　２．４．２增加爆岩滑移上坝方量　节约成本的另一途径就是充分利用主爆区山高　坡陡的有利地形，采用崩塌爆破使大量爆岩不用抛　掷，而是利用爆渣自然安息角小的性质靠重力自动　滑移上坝，提高上坝率，降低成本¨　。　从图２可看出，左岸山高坡陡，坡度５２。，局部　高达６８。。本工程利用这一有利地形，选取Ｗ／Ｈ＝　０．５～０．６（　为药包埋置深度），较一般硐室爆破中　的０．８左右小，从而降低了炸药单耗，节约了成本。　＼＼爆前地形　脚　、＜　９７０　鲤　排洪隧道　…——　图２坝轴线剖面　２．５溶洞处理　本次爆破在导硐、药室掘进过程中，发现２　导　硐左侧药室１３　１ＴＩ处有一溶洞，溶洞底板较药室底板　高约１．５　ｍ，溶洞底面呈三角形，底边长约９　ｎｌ，最大　宽度约５　ｍ。溶洞下大上小，高约７　１ＴＩ，容积约６Ｏ～　８０　ｍ　。溶洞具体位置详见图１。　在处理溶洞时采用回避溶洞方案，如图３所示，　从②桩点往溶洞方向２．７５　ｍ处，向山体深处掘一宽　１．５　ｍ，高１．８　ｉｎ，长３　Ｉｎ（从巷道中心线算起），断面　为矩形的新药室。然后，从②点往溶洞方向３．５　ＩＴＩ　处开始，一直到溶洞里的现有巷道全部堵死。堵塞　方式采用“夹心”结构，即每隔１．５　ｉｎ左右（净间距）　浆砌０．５　ｍ厚的块石墙，中间填塞散石渣。填塞时　一定要将土石渣料严密接顶，不留空隙，以免爆破时　冲向溶洞。在溶洞口和堵塞结束的端面处应采用浆　１０８　皋矿拽朱　图３溶洞处理示意　从爆破摄像和爆堆堆积情况看，未发现在溶洞　处发生冲炮及溶洞吸收大量爆炸能量的现象。　３　爆破效果　经爆后测量验收确认，爆堆定向准确，爆堆实际　轴线与设计轴线吻合。爆堆集中，堆石坝轮廓明显，　没有抛散现象。爆破方量充足，筑坝后略有剩余，总　虚方量约ｌＯ万ｍ。。坝脚处爆堆边沿控制基本到　位，局部略有超出，上游超出约５　ｍ，下游超出约ｌ０　ｍ。爆堆马鞍高度２３．１２　１ＴＩ，平均高度２８　ｍ。经计　算，本次定向爆破自然方量约８万ｍ　，上坝方量约　６．８４万ｍ　。炸药平均单耗为０．５６　ｋｇ／ｍ　，上坝单　耗为０．７　ｋｇ／ｍ　。上坝率为６８．４０％，成坝率为　８２．９６％。　４　结　语　（１）在定向爆破中，爆岩运动的方向主要还是　遵循最小抵抗线原理。但是，群药包特别是条形分　集药包的联合作用对爆岩运动方向的影响不能忽　视。在定向爆破筑坝中，将二者综合考虑定向会更　准确，坝形会更规整，效果会更理想。　（２）仅就爆后坝形规整程度讲，双岸爆破的效　果肯定优于单岸爆破。因此，在定向爆破筑坝中应　尽可能的采用双岸爆破。　（３）导硐自锁的条件是药包最小抵抗线在水平　面上的投影必须与导硐中心线相交，即从导硐通向　药室的拐角是锐角，这势必会给药室掘进增加难度。　但利用导硐自锁原理能避免冲炮，减少充填工程量，　从整体利益上看还是值得的。　（４）充分利用地形条件和重力作用，在保证爆　破效果的同时最大限度地降低炸药单耗，提高经济　效益。　（５）在喀斯特地质条件下进行硐室爆破，如遇　小型溶洞，则采取相应的工程技术措施将通往溶洞　的通道封死，同时把邻近药包移至通道轴线之外等，　技术上是可行的。　综上所述，本次定向爆破筑坝在准确抛掷定向、　防止导硐冲炮、减小爆破振动、控制爆堆形状、靠重　力定向滑移、降低炸药单耗、节省工程成本等方面所　采取的一系列的技术措施是科学的、行之有效的，是　具有推广价值的，也可供今后同类工程借鉴。　参考文献：　［１］　刘浩元，姚尧，齐金山，等．汉中市天鸿基矿业有限公司楠　木树铅锌矿大石板沟尾矿库初期坝定向爆破设计说明书　［Ｒ］．西安：西安四方爆破工程有限公司，２０１０．　［２］　刘浩元，姚尧，齐金山，等．汉中市天鸿基矿业有限公司楠　木树铅锌矿大石板沟尾矿库初期坝定向爆破施工图设计　［Ｒ］．西安：西安四方爆破工程有限公司，２０１０．　［３］　刘殿中，杨仕春．工程爆破手册［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，　２ｏ０３．　［４］　魏兆云，陈国山．定向抛掷爆破筑坝技术在峪耳崖金矿的应　用［Ｊ］．爆破，２００９，２６（１）：５４—５７．　［５］　许连波．关于定向爆破筑坝中的抛掷和滑移效应的分析　［Ｊ］．爆炸与冲击，１９９０，１０（３）：１９８—２０８．　［６］　高荫桐，孟海利，刘殿中．集中药包和分集药包爆破效果的试　验研究［Ｊ］．工程爆破，２００４，１０（１）：５９—６２．　［７］　高荫桐，谭权，龚敏．条形药包与分集药包可比性研究　［Ｊ］．煤炭工程，２００４，１０：４５—４７．　［８］　尹岳降，李才平．小湾拱顶左岸坝基开挖爆破技术［Ｊ］．采矿　技术，２００７，７（３）：８３—８５．　［９］　陈爱国．球形药包爆破漏斗抵抗线变化对爆破作用指数的影　响［Ｊ］．采矿技术，２００９，９（５）：４７—４９．　［１０］郑炳旭，傅建秋，肖文雄，等．平均单耗、最小抵抗线和岩性对　硐室爆破效果的影响［ｃ］．第九届全国工程爆破学术会议论　文集，青岛：中国工程爆破协会，２００８．　［１１］高荫桐，龚敏，谭权，等．定向爆破抛掷距离与最小抵抗　线关系研究［Ｊ］．爆破，２００４，２１（３）：１—５．　［１２］汤德刚．灌浆技术在涌水溶洞处理中的应用［Ｊ］．岩石力学　与工程学报，２００６，２５（Ｓ２）：３５８３—３５８６．　［１３］胡爱国．武都水库坝基大型溶洞处理方案及信息化施工研究　［Ｄ］．成都：成都理工大学，２００８．　（收稿日期：２０１】一０３—０２）　作者简介：郑敏昌（１９７４一），男，陕西杨陵人，采矿工程师和　注册安全５－．程师，主要从事金属矿床地质、金属矿床开采及　矿山安全等方面的研究工作，Ｅｍａｉｌ：ｚｈｍｃｈ９９９＠１６３．ｃｏｎｌ。