预裂爆破技术在砂石矿山地质环境恢复治理中的应用

徐成军，岳 斌

(贵州贵安新联爆破工程有限公司，贵州 550003)

近年来，由于城市建设规模的不断增大，建筑砂石材料的需求旺盛，为满足城市建设，城市周边形成一批小型露天砂石料场。部分砂石料厂在采矿过程中不按开采方案施工，只注重经济效益而忽略地质环境的保护。随着“绿水青山就是金山银山”理念的不断践行，绿色、节能、环保提上前所未有的高度，原来粗犷式开采无法满足环保要求，且在开采过程中设置的边坡高度、角度等不符合规范和设计要求，大量小型露天砂石料场关闭或废弃，产生土地资源破坏、地貌景观和生态环境破坏及崩塌、滑坡等地质灾害隐患等问题，为恢复生态环境，消除地质灾害隐患，亟需进行矿山地质环境恢复治理[1,2]。在工程方法上，可采用削坡减载、排水设施、挂网喷播绿化、鱼鳞坑绿化和种植乔灌木等[3,4]。采用爆破方法对山体进行削坡减载是矿山地质环境治理项目中的重要手段[5]，结合贵州省某砂石厂矿山环境治理工程，重点讨论预裂爆破技术在修整矿山高边坡工程中的应用。

1 工程概况

1.1 工程地质条件

矿区矿体产于三叠系下统大冶组，砂石矿体呈层状产出，矿体产状与地层产状一致，走向北东，倾向南东，倾角12°～14°，经实地调查，其矿体沿走向及倾向延伸出矿区范围。

根据区内地层岩性组合特征可划分为硬质工程地质岩组合松散工程地质岩组，其中硬质工程地质岩组由三叠系下统浅灰、灰白色中厚层泥晶灰岩、白云质灰岩组成，岩石坚硬，力学强度较高；松散工程地质岩组主要由地表残破积物、冲洪积物及人工采矿废石渣堆积组成，结构松散，工程地质性质差，易产生不良工程地质问题。

1.2 地质灾害隐患

矿区地质灾害表现为潜在不稳定斜坡，主要是采矿过程中对山体采石没有按从上至下台阶式开采而形成的高陡边坡。采矿活动对山体进行开挖已形成不规则陡壁，西南侧矿体开采范围1 305～1 240 m，整个山体最终垂高达65 m，形成了两个台阶，第一台阶开采标高1 305～1 250 m，坡面角70°，垂直高差55 m，第二台阶开采标高1 250～1 240 m，坡面角63°，垂直高差10 m。破坏原始坡体，对自然景观造成严重影响。西侧矿体开采范围1 340～1 230 m，整个山体最终边坡垂直高度达110 m，形成了4个台阶，但每个台阶都已经超过设计高度，地质灾害危险大，破坏原始坡体，对自然景观造成严重影响。矿区边坡都已超过设计高度，局部地段边坡近乎直立，且岩体节理裂隙发育，易产生崩塌、滑坡、滚石等地质灾害，存在较大安全隐患，矿区治理前边坡现状如图1所示。

2 治理方案

2.1 总体治理方案

由于滑坡体和工业场地对自然景观造成不同程度的破坏，为改善生态环境，防止矿山自然环境恶化，减少对自然植被的破坏，对矿山高陡边坡和工业场地进行复绿。对各处边坡由上而下台阶式进行整理后，局部进行客土改良，台阶斜坡播撒草籽，台阶平台种植适宜当地生长的攀援植物，种植间距1 m。工业场地平整覆土后种植适宜当地生长的乔木和灌木。

2.2 边坡削坡方案

由于矿山现有采面坡度较陡，采面西南侧部分岩体比较松散，必须将山体进行分层降坡处理，处理过程中有部分矿体削坡要延伸至矿界外。

设计采用挖掘机清理+深孔松动爆破联合方案，先用挖掘机将矿山滚石清理干净，大块滚石采用破碎锤二次破碎；然后在一期1 325 m标高布置炮孔，进行深孔松动爆破，减少炸药装药量，增大炮孔堵塞长度，炮孔深度17 m左右。

设计采用分期降坡，一期确定为矿区西侧，二期确定为矿区西南侧，边坡设计如图2、图3所示。现挖掘机上山便道已修至一期第一台阶，在坡项最高点1 325 m标高处布置炮孔，炮孔抛掷方向为西北向。待将1 310 m台阶以上标高台阶形成后，再在1 295 m标高台阶布置炮孔，作业推进方向由东北至西南推进，其他分层台阶推进方向与该台阶一致。

设计采用自上而下分层开采，总共需分层开采的台阶为：1 325 m台阶，1 310 m台阶，1 295 m台阶，1 280 m台阶，1 265 m台阶，1 250 m台阶。设计台阶分层高度取15 m，分层台阶坡面为65°。待一期开采完毕后将降坡面调整至二期，开采方式与一期相同。总设计削坡方量约为8万m3。

3 爆破方案

3.1 爆破施工环境

矿区东北、西南侧均有民房，东北侧民房距离隐患整改范围最近处距离为198 m,西南侧民房距离隐患整改范围最近处距离为234 m；矿区东侧有一乡村公路通过，距离隐患整改范围最近处约152 m，爆破前对公路两端设卡，爆破完毕后才可让行人、车辆通过；在爆破时控制爆破抛掷方向，并控制爆破药量。防止无关人员进入排险区域造成爆破及滚石伤害事故。

3.2 爆破参数

预裂爆破技术的应用能有效减弱爆破振动对靠帮边坡的影响[6]。为减小爆破振动对边坡的影响，采用预裂爆破技术对边坡进行保护，炮孔分为预裂孔、缓冲孔、主爆孔，各炮孔参数根据岩体特征及现场实际，通过理论计算结合施工经验调整确定[7]。预裂孔沿设计边坡轮廓线钻孔，主爆孔为垂直钻孔，炮孔布置如图4、图5所示。

钻孔设备选用阿特拉斯潜孔钻机，其钻孔直径D=90～115 mm。预裂孔距参照瑞典兰格弗尔斯给出的公式a=(8～12)D[4]，取1.5 m；填塞长度l=(12～20)D[4]，取2.0 m；线装药密度取0.6～0.8 kg/m；装药结构采用空气间隔不耦合装药，不耦合系数以2～5为宜[7]，预裂孔直径115 mm，选用32 mm乳化炸药，不耦合系数为3.6，由于炮孔底部夹制作用大，将孔底段装药密度增大2～3倍；预裂孔采用导爆索捆绑药卷同时起爆，超前主炮孔起爆的间隔时间不少于100 ms，缓冲孔与主爆区采用毫秒延时起爆方式进行起爆[8]。

缓冲孔1为90 mm直径倾斜钻孔，与设计边坡角度相同，选用32 mm乳化炸药装药，减少线装药量；缓冲孔2为90 mm直径垂直钻孔，选用70 mm乳化炸药装药，主爆孔为115 mm直径垂直钻孔，选用70 mm乳化炸药装药，实施过程中根据工作面宽度适当调整钻孔参数，具体爆破参数设计如表1所示。

表1 爆破参数设计表

4 效果分析

该矿为闭坑小型露天砂石矿山，在环境恢复治理过程中采用预裂爆破技术进行终了边坡控制爆破，由于原矿山开采形成不规则陡壁，各个台阶削坡的工程量自上而下逐渐减小，在下部台阶全部采用倾斜钻孔，完成预裂爆破作业边坡面积约7 000 m2，终了边坡形成较完整的轮廓面，边坡角度与设计基本一致，边坡稳定性良好，未出现超欠挖现象[9]。为后期的矿山覆土及绿化施工创造了有利条件，满足该矿地质环境恢复治理工程需要。

5 结 语

矿山地质环境恢复治理工程中，确保边坡稳定是至关重要的工作内容，将预裂爆破技术应用到其中，有效削弱爆破振动对设计终了边坡的损伤，起到保护边坡完整性的重要作用。同时由于矿山台阶高陡，削坡尺寸不一，采用倾斜钻孔与垂直钻孔组合的预裂爆破方案，能够实现在设计边坡位置一次爆破到位，避免了施工过程中二次修整边坡的安全风险，提高了工作效率，由此可见预裂爆破技术对矿山进行地质环境恢复治理是非常有效的手段。