完成时间：1990年、1996年

完成单位：北京科技大学、长沙矿冶研究院、首钢矿业公司水厂铁矿、本矿南芬露天铁矿、马鞍山矿山研究院

项目主持人及参加人员：于亚伦、高晓初、胡光荣、王德胜、璩世杰、孙 仲、吴从师、王鹤年、宫永军、王林、龚敏、邢洪义、徐风彩

撰稿人：于亚伦

1项目介绍

本研究分为两部分：邻近边帮大孔径(φ250mm)预裂爆破技术的研究和高台阶靠帮预裂-减振爆破技术(310mm)的研究。

分别是“七五”期间(1986～1990)和“八五”期间(199l～1995)国家重点科技攻关项目的一部分。

大型露天矿一次爆破量大，不少矿山已转入深凹和凹陷开采，需处理的边坡高度达几百米，甚至上千米。无论从技术先进性还是经济合理性来考虑，采用大孔径预裂爆破是必然的发展趋势。以水厂铁矿为例，对45R(φ250mm)牙轮钻机和YQ150(φ150mm)潜孔钻穿凿预裂孔进行技术经济比较表明：虽然45R牙轮钻机的投资成本高，但根据投资年成本计算，单位预裂线长度的预裂爆破总费用比采用YQl50潜孔钻低34％。目前在矿山穿孔能力有余的条件下，采用生产用钻机(45R)进行大孔径预裂爆破在技术上是可行的，经济上也是合理的。

2邻近边帮大孔径(φ250mm)预裂爆破技术的研究

2．1  大孔径预裂爆破的技术特征

(1)以爆破地质工作、岩石动载特性为基础进行分区设计。

(2)根据量纲分析原理确定预裂爆破主要参数。从量纲的基本原理出发，推导出预爆破的线装药密度(因变量)、孔间距与一些独立物理量(自变量)的函数关系。

(3)控制邻近预裂爆破的主炮孔排数、合理选择炸药类型和不耦合系数、斜线排间毫秒延时起爆、确定合理填塞长度等多项技术措施。

(4)调整缓冲孔参数，控制半壁孔高度。在坚固和比较坚固的地段，岩壁上都留有清晰可见的半壁孔。但半壁孔长度因岩层构造、爆破参数不同而异。图1为几种半壁孔的情况，设台阶高度为H，半壁孔长度为b，b／H值列于表1。

为控制边坡断面形状，主要控制图2中△abc的几何尺寸，即控制缓冲孔药量、缓冲孔与预裂孔的排间距。根据水厂铁矿的情况，当缓冲孔药量为主炮孔药量的50％～60％，缓冲孔与预裂孔排距为4．5～5．0时，可出现图1c的情况。

(5)预裂爆破计算机辅助设计系统

预裂爆破计算机辅助设计系统包括硬件和软件两部分。为满足不同用户需要，本软件适用IBM微机系列，用户可选用IBM—PC／XT286、AT机和兼容机、24针打印机、AZ或A3绘图仪。

2．2预裂爆破效果的观测

评价预裂爆破效果因工程要求不同而异，但在评价爆破载荷对边坡稳定影响时，首先要考虑的是动载荷的大小和破坏范围。

2．2．1  爆破振动特性的测量

采用CD－1型拾振器一磁带记录仪一IBM计算机的测试分析系统。

对预裂爆破的降振率采用直接法、推算法和K值法3种方法计算：

根据20次爆破振动监测结果得出：

(1)3种计算方法的降振率分别为：直接法，44．3％；推算法，60％；K值法，59．1％。

(2)爆破振动频率随着距离的增加，高频含量减少，主频率与振源频率有较好的相关性。

(3)边坡振动的频带较窄，主频率点较低，边坡对低频振动有较好的响应，边坡坡顶线附近区域对振动具有放大作用。

2．2．2破坏范围的测定

水厂铁矿进行了18次预裂爆破，对其中的10个典型爆区进行了破坏范围的测量。破坏范围减少60％，以上。

2．3成果特点

(1)采用生产钻机(45R牙轮钻)进行φ250mm大孔径预裂爆破，降振效果好。

(2)为实现邻近边帮预裂爆破，采用5项体现当前爆破新技术的关键技术措施，即以爆破地质工作、岩石动载特性为基础进行分区设计，以量纲分析原理确定预裂爆破主要参数；控制邻近预裂爆破的主炮孔排数等多项技术措施；调整缓冲孔参数，控制半壁孔高度；用CAD技术进行预裂爆破设计。

(3)在邻近边帮预裂爆破的设计和施工中，充分考虑了采场岩体结构特性和岩石动载特性，提出了加强爆破地质工作的措施，特别是采用三轴高速冲击试验装置，测定了多种矿岩在高应变率下的岩石动载特性，具有创新性。

2．4技术经济分析

首钢水厂铁矿为全国大型露天矿，服务年限长，对边坡稳定性要求高。采用邻近边帮大孔径预裂爆破后，可节省边坡工程设备费和额外的剥岩费用达123万元/年，增加回采矿量的经济效益为382万元/年，合计为505万元/年。

2．5结论

(1)采用生产用钻机(45R牙轮钻)，进行φ250mm大孔径预裂爆破，降振效果好，钻机单一化，代表大型露天矿预裂爆破技术的一种发展趋势。

(2)为实现邻近边帮预裂爆破采用的5项关键技术措施，不仅具有先进性，而且其原理、方法对露天矿山具有广泛的适用性。

(3)在首钢水厂铁矿经过18次试验，共爆预裂孔467个，预裂线总长度1400m，效果显著，做到一次成帮。与普通爆破法相比，降振率在44％以上，破坏范围减少60％以上。

3高台阶靠帮预裂一减振爆破技术研究

我国露天矿山随着开采深度的增加，露天矿内坡愈来愈高，边坡稳定性的控制和维护难度加大。

3．1技术特征

本研究的技术难点是在高台阶(台阶高度由12m增大到18m)、大孔径(孔径由250mm增大到310mm)、陡边坡情况下进行靠帮控制爆破，这在国内尚属首次。技术要求是在保证边坡安全的条件下，确定合理的控制爆破方法，优化爆破参数，研究先进的爆破装药施工工艺。

其特点是：

(1)采用生产钻机(YZ—55A牙轮钻机)进行φ3 10mm大孔径预裂-减振爆破，钻机单一化，降振效果好，代表大型露天铁矿控制爆破技术的一种发展趋势。

(2)首次提出的预裂-减震爆破理论及工艺，它不仅适用于采用垂直孔控制爆破的特点，而且具有重要的理论意义。

(3)在预裂-减振爆破机理研究中，采用高速激光全息动光弹仪对高低台阶预裂爆破的应力场和双孔爆破迭加应力场的定量分析研究具有开拓意义。

(4)针对预裂爆破径向不耦合装药、超长药卷制作及现场应用的困难，成功地采用半自动连续装药的新方法，解决了多年困扰预裂爆破施工的难题。

3．2预裂-减振爆破的实质

现代预裂爆破技术的目标是预裂减振。随着开采技术的发展，台阶高度已由12m普通台阶向18m高台阶过渡。由于国内露天矿靠帮控制爆破多采用牙轮钻机穿凿垂直孔，若采用传统的预裂爆破技术不可避免地会带来一系列的问题：

(1)大孔径预裂爆破，每孔装药量大，预裂孔同时起爆所产生的地震效应对边坡稳定的影响不容忽视。

(2)爆破后预裂面上留有垂直的半壁孔，台阶坡面角不符合设计要求，需进行二次修坡。

(3)采用捆绑式“药串”装药结构，施工复杂，尤其是在北方地区，冬天天气寒冷，在南方地区，夏季多雨，都给施工带来极大不便，致使难以在生产中推广应用。

为克服上述缺点，我们提出预裂-减振爆破技术、即在主体爆破前沿着露天矿最终境界线布置一排预裂孔，采用连续柱状不耦合装药，用导爆索实现孔口向孔底起爆。爆后形成一条具有一定宽度的破碎带，在台阶坡面上不苛求留半壁孔，实现爆破一次成帮。预裂-减振爆破所追求的主要目标是形成具有一定宽度的破碎带，对主体爆破地震波起到阻隔和反射作用，同时控制预裂爆破本身对边坡的影响，从而保护边坡的安全。

3．3预裂-减振爆破的效果

3．3．1  降振率的测定结果

根据预裂-减振爆破的实测结果，用直接法和推算法两种方法计算，其降振率分别为68．28％和50．7％。完全达到了合同要求，与普通爆破法相比，降振率达到30％一40％的攻关目标。

3．3．2破坏范围的测定