复杂环境下矿山露天开采爆破施工技术研究

李万川

摘要：矿山露天开采作为一种常见的采矿方式，其爆破施工技术是实现高效率和安全生产的关键。矿山露天开采环境复杂，地质条件多变，加之炸药的不确定性，使得爆破施工变得异常困难。针对此问题，从爆破施工的流程、参数、优化等方面进行深入研究，旨在为矿山露天开采爆破施工提供可行的技术方案，以保障生产安全和高效率。

关键词：矿山露天开采；爆破施工；复杂环境；技术研究

0   引言

矿山露天开采作为一种常见的采矿方式，具有开采效率高、成本低等优点，尤其适用于大规模开采。合理应用矿山露天开采的爆破施工技术，是实现高效率和安全生产的关键。而爆破施工的优劣直接影响到矿山的开采效果和经济效益，因此研究矿山露天开采爆破施工技术，对提高矿山生产效率和降低成本具有重要意义。

矿山露天开采环境复杂，地质条件多变，加之炸药的不确定性，使得爆破施工变得异常困难。爆炸震动会导致周围建筑物受到损害、地面塌陷、破碎度不足。如何在确保开采效率和经济效益的前提下，提高爆破施工的安全性和可靠性，成为矿山露天开采爆破施工技术研究的核心问题。

1   矿山露天开采爆破施工技术研究内容

一是爆破施工流程。即通过对矿山露天开采爆破施工的流程进行分析，以确定其中存在的问题及原因。二是參数分析与优化。即以爆破参数为研究对象，针对各项指标进行分析和优化，如炸药品种、药量、单发能量等。三是爆破施工技术。即从已有的开采爆破技术中，挑选最为适用的技术方案。四是岩石力学。复杂环境下矿山露天开采所涉及的岩石力学问题比较复杂，需要通过岩石力学研究来判断爆破施工对岩石力学性质的影响，并提出相应的施工措施。五是环境保护。在复杂环境下进行矿山露天开采，环境保护也是非常重要的一个问题。爆破施工对环境的破坏较大，需要通过环境保护研究来提出相应的保护措施，确保施工不会对环境造成污染和破坏。六是安全研究。复杂环境下矿山露天开采爆破施工技术的安全性也是非常关键的一个问题。要根据爆破原理合理放置，通过安全研究来提出相应的安全措施，确保施工的安全性和可靠性。某矿山爆破堆结构如图1所示。

2   爆破施工案例分析

2.1  道路处理

2.1.1  临时道路建设

某项目C区虚渣排土场西侧+2117m水平处需建设一条临时道路，以便液压挖掘机和钻机通行。选择采用液压挖掘机开展辅助道路施工，并在不大于25%坡度下，将辅助道路铺垫至C区上方的+2180m水平处。这条临时道路宽度为5m，两侧设有安全挡，底宽不小于3m，顶宽不小于2m，高度不小于1.5m，以确保车辆通行安全。

2.1.2  道路修筑与硬岩处理

由+2180m水平至C区顶部的道路，需根据地形沿山脊修筑。采用钻孔爆破方法对硬岩进行施工，通过钻孔爆破，使挖掘机顺利通过硬岩，方便道路修筑。

进行钻孔爆破时，需掌握爆炸点准确位置和爆炸能量控制，避免对周围环境和设备造成损害。采用交替循环甩渣的方式，清除修筑道路区域，确保道路平整且宽度达到设计要求。平整完成后，即可开始修筑道路。

2.1.3   道路标高调整

为了将道路修筑至C区顶部，通过钻孔爆破沿台阶高度向下的方式进行施工。施工过程中，严格控制道路坡度，确保车辆通行安全。针对C区顶部地形特殊性进行平整处理，保障后续施工顺利进行。

鉴于C区地质环境特殊性，采取穿孔、爆破倒堆下排的方法进行标高处理，达到平整目的。将整体高度降至设计剥离高度位置，使其形成大面积剥离平台。然后对道路标高进行精准调整。

2.2   爆破方案优化设计

2.2.1   爆破方案设计考虑因素

针对C区地形起伏较大的特点，爆破方案需充分考虑地形条件，根据钻孔水平和垂直方向的分布情况，合理布置浅孔、深孔的位置和数量。

对于深孔台阶的爆破设计，采取微差爆破技术可以有效地控制爆炸产生的振动和冲击波，达到减少对周围环境和建筑物的影响的目的。

对于装药结构方面，连续耦合装药可以提高爆破效果和控制爆炸产生的振动。对岩性变化较大的特殊地段和特殊环境下，采用分层装药以适应不同岩性，提高爆破效果，并减少对周围环境的影响。需要强调的是，在实施爆破方案时，需有专业人员进行现场监测和调整，以确保安全。

2.2.2   火区与非火区爆破装药选择

火区爆破和非火区爆破的装药选择有所不同。火区爆破需考虑火源及周围环境的安全性。鉴于粉状乳化炸药爆炸过程中火苗持续时间极短，在爆炸气泡形成后即被熄灭，减少了火源的形成，因此采用粉状乳化炸药。

而非火区爆破则主要采用现场混装铵油炸药，原因在于这种炸药的灵活性较强，能够满足现场调配、灵敏度调整等需求。在水孔装药和起爆药包方面，一般使用专门的可湿性装药和起爆药包，以保证在水环境中爆破可靠性。而对于改炮部分，采用各种规格的成品乳化炸药，以提高改炮效果，保证改炮成功率。

此外，在前排部分不规则区域，为避免抵抗线过大，可以使用钻倾斜孔或加密孔的方法来改善爆破效果。需要注意的是，爆破方案的设计和实施需有专业人员进行现场监测和调整，以确保安全和效果达到最优。

2.2.3   浅孔台阶爆破调整

在进行浅孔台阶爆破时，需要根据具体情况进行适当的调整。其中一个重要的目标是要提高爆堆的延伸距离，同时减少挖掘机甩弃量。为了实现这一目标，爆破网络通常采用一种特殊的起爆方式——导爆管-导爆索排间微差起爆网路。装药结构示意图如图2所示。

导爆管是一种管状爆炸物，用来分布火药的能量，使爆炸波的能量能够沿着管壁传播。而导爆索则是一种强度高、耐火耐激的导火索，用来传递火源，控制整个爆破过程。通过将导爆管和导爆索组合在一起，可以形成一个微差起爆网路，从而实现更加精确的起爆控制。

具体作业过程中，先将导爆管嵌入岩石中，再将导爆索紧密地勾连在一起，从而形成一个网格状的爆破网络。通过适当调整每个导爆管的长度和位置，以及导爆索的数量和长度，就可以控制整个爆破过程，实现更加精确的控制。需要注意的是，在浅孔台阶爆破过程中，需针对具体情况进行其他方面的调整，比如选择适当的爆炸物料、设置合理的装药量、优化爆破网络等等。每一项调整都需要根据具体条件和需求进行，以确保安全性和爆破效果最佳。爆破点位如图3所示。

2.3   火区爆破技术要求

2.3.1   火区爆破温度管理要求

在火区爆破装药过程中，温度是一个非常关键的安全参数。一旦孔内温度超过50℃，就会被定为高温区。这意味着装药爆破的作业必须立刻停止，必须对孔内进行降温处理。对此可采用注水降温的方法，根据从外向内、先低温后高温的原则，采用沿裂隙注水或注水孔注水方式，循序渐进逐渐靠近火源中心，实行分离、孤立，然后逐步消除孔温异常。当温度降至49℃以下且10min内不反弹时，就可以按温度异常区进行管理。

2.3.2   温度测量与监控要求

在进行火区爆破作业时，对于温度的监控和控制是非常重要的，这有利于避免火源和爆炸源的可能性，从而确保现场人员和设备的安全。

为了确保温度的准确测量，需要由三方联合对计划爆破区域的每个炮孔进行测温，以最高值为准。测温可以采用红外线或热敏电阻两种测温仪器，在部分区域需要同时使用两种测温仪器，最终以温度高者为准。

2.3.3   温度异常区爆破作业要求

在温度异常区进行爆破作业时，由于气候和地质条件的不确定性和不稳定性，提高安全意识和正确的作业方法显得尤为重要。此类温度异常区通常天气和地形突然变化，如强风、暴雨、冰雪覆盖以及悬崖峭壁等，因此在选择爆破现场前，必须进行充分的勘察和风险评估，并根据评估结果制定详细的安全管理方案。

具体作业时，需要依据实际情况选择不同颜色、不同长度的导爆索，以避免错误连接导致爆炸事故。导爆管的选择也要考虑尺寸和密度的变化因素，可根据目标岩石、地层物质类型和指示设备精度要求进行定制。同时在整个爆破过程中，必须明确分工并制定快速应急措施，以迅速解决突发事件。

3   爆破施工流程分析

3.1   爆破施工流程

矿山露天开采爆破施工的流程包括：方案制定、布药、钻孔、装药、起爆、清理等步骤。在每一步骤中，都需要运用石化、工程力学、矿山测量等多学科知识的综合应用，才能够确保施工效率和安全性。

3.2   常见问题

在矿山露天开采的爆破施工过程中，常存在以下问题：爆破产生的振动和噪声对周围环境造成影响，可能会带来生产和环保隐患。地质条件复杂，导致爆破效果难以预判，经常出现爆破后尺寸不足等现象。施工现场工人作业环境复杂，存在高温、潮湿、缺氧等情况。

4   爆破参数分析与优化

4.1   爆破参数概述

炸药品种、药量、单发能量等参数是影响矿山露天开采爆破施工的重要因素。其中，药量的大小直接影响到爆破效果，而合理分药量配有利于保证爆破效果和安全性。炸药品种和单发能量则更多是根据爆破地质条件的不同而选择的。

4.2   参数优化

通过实验方法，对不同参数下的爆破效果进行分析和优化，以达到提高爆破施工安全性和效率的目的。

为了进一步提高在温度异常区进行爆破作业的安全性和效率，在进行现场风险评估基础上，可以采用实验方法，对不同参数下的爆破效果进行分析和优化。实验过程中，可以选取一定数量的样本，针对不同的爆破参数（如孔径、孔深、装药量等）进行实验设计和控制变量，然后通过数据分析和模型优化，确定最优参数组合，以提高爆破效果和降低安全风险。

例如，针对不同温度、风速和潮湿度等因素，可以设计一系列实验，测试不同岩石粉状乳化炸药的爆炸速度和威力，并通过多元回归分析和优化设计，确定在不同温度和潮湿度下最佳孔径和药量组合，以实现最佳爆破效果。同样，可以进行一系列实验，测试不同孔深对地层物质的炸裂效果，并找出最佳孔深范围，以减小孔深误差对爆破效果产生的影响。爆破孔误差如图4所示。

总之，通过系统的实验设计和数据分析，可以为爆破施工提供科学依据和优化方案，从而在保证安全的前提下，尽可能地提高爆破效率和降低成本。

5   结束语

矿山露天开采环境复杂，地质条件多变，加之炸药的不确定性，使得爆破施工变得异常困难。针对矿山露天开采爆破施工的问题，本文进行了深入的研究，分析了爆破施工流程、参数、优化等方面，并提出了爆破模拟技术、GPS定位技术等多种技术对其进行解决。在矿山露天开采爆破施工中，可以考虑以上技术手段的应用，以确保矿山生产安全和高效率。

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