預(yù)裂爆破就是沿邊坡界線鉆鑿一排較密集的平行鉆孔,每孔裝入少量炸藥,在正常采掘爆破之前先行起爆,從而獲得一條有一定寬度并貫穿各鉆孔的裂縫。由于有這條預(yù)裂縫將采掘區(qū)與邊坡分隔開來,使采掘區(qū)正常爆破的地震波在裂縫面上將產(chǎn)生較強的反射,使得透過裂縫的地震波強度大大削弱,從而保護了邊坡的穩(wěn)定。
根據(jù)國內(nèi)外礦山的預(yù)裂爆破經(jīng)驗,為了取得良好的預(yù)裂爆破效果,應(yīng)注意下列幾方面。
(1)預(yù)裂縫。對預(yù)裂縫的要求有:
1)預(yù)裂縫要連續(xù)且能達到一定的寬度,能夠充分反射采掘區(qū)爆破的地震波,以便控制它們對邊坡的破壞作用。通常要求這個寬度應(yīng)不小于1 -2cm。
2)預(yù)裂面要比較平整,為了獲得整齊而穩(wěn)定的邊坡面,一般要求預(yù)裂面的不平整度不超過±(15 - 20) cm。
3)在預(yù)裂面附近的巖體要求無明顯爆破裂隙,最好的情況是在預(yù)裂壁面上能留下較完整的半個鉆孔壁,一般要求孔痕率大于50% - 80%。
(2)基本參數(shù)。為了實現(xiàn)上述要求,關(guān)鍵是合理地確定孔徑、孔距和裝藥量。
1)孔徑和不耦合系數(shù)。所謂不耦合系數(shù),就是鉆孔直徑與藥柱直徑的比值。在預(yù)裂爆破中,藥柱外壁與孔壁之間環(huán)形間隙的作用,主要是降低爆轟波的初始壓力、保護孔壁及防止其周圍巖石出現(xiàn)過度粉碎;此外,還可以延長爆破作用時間,有利于預(yù)裂縫的發(fā)展。生產(chǎn)實踐表明,不耦合系數(shù)一般要求大于2,才能獲得較好的效果。
至于對預(yù)裂鉆孔孔徑的要求,一般宜取小一些。這既是為了提高穿孔速度,也是為了便于縮小孔距及每孔裝藥量,從而提高預(yù)裂爆破的效果。一般在露天礦中,通常用Φ100 - 200mm的潛孔鉆機或Φ60 - 80mm的鑿巖臺車來穿鑿預(yù)裂孔。
2)孔距。預(yù)裂爆破的孔距比較小,可根據(jù)選定的孔徑按一定的比值選取孔距,一般可取鉆孔直徑的7 -12倍,即:
a=(7-12)d (7-22)
式中a-鉆孔間距,mm;
d-鉆孔直徑,mm。
孔徑大時取小值,孔徑小時取大值;完整堅硬的巖石取大值,軟弱破碎的巖石取小值。應(yīng)該注意,最佳的鉆孔間距不只是一個,而是在一個合理范圍內(nèi)變動。圖7-8所示是馬鞍山礦山研究院在實驗室提出的孔距一不耦合系數(shù)關(guān)系曲線。圖中曲線1表示可實現(xiàn)預(yù)裂爆破的最大孔距,曲線2表示可實現(xiàn)預(yù)裂爆破的最小孔距,曲線1、2所夾部分就是較合理的孔距取值范圍。

圖7-8 孔距與不耦合系數(shù)的關(guān)系
(3)藥量。鉆孔的裝藥量及其藥量分布是影響預(yù)裂爆破質(zhì)量的重要因素。目前在礦山預(yù)裂爆破設(shè)計中,鉆孔的裝藥量計算主要是采用一些經(jīng)驗公式及參考某些已成工程的實際經(jīng)驗數(shù)據(jù),進行分析對比。常見的公式有:
1)長江科學(xué)院提出的計算公式:

(7-23)
2)葛洲壩工程局提出的計算公式:

(7-24)
3)武漢水利電力學(xué)院提出的計算公式:

(7-25)
式中q-線裝藥密度,等于鉆孔正常裝藥量(不包括底部增加的藥量)除以裝藥段長度(不包括堵塞長度),kg/m
3;
σ壓-巖石抗壓強度,kg/cm
2;
a-鉆孔間距,m;
d-鉆孔直徑,m。
用土述公式計算出來的藥量,是預(yù)裂孔正常的線裝藥密度。在鉆孔的底部由于受到夾制作用,必須加大裝藥量才能達到預(yù)期的效果。鉆孔越深,巖石越堅硬,夾制作用越明顯。底部需增加裝藥量的范圍,自孔底起為0.5 -1.5m。在實際生產(chǎn)工作中,底部裝藥的增量多半以該孔線裝藥密度的倍數(shù)來衡量,當(dāng)孔深5 - 10m時,增加2-3倍;當(dāng)孔深超過10m時,增加3-5倍;堅硬的巖石取大值,松軟的巖石取小值。
預(yù)裂爆破的基本參數(shù)除了取決于礦巖的物理力學(xué)性質(zhì)外,還與所保護邊坡的重要程度有關(guān)。一般是臨近運輸干線等地段的邊坡參數(shù)宜取小些,對于不太重要的地段參數(shù)可取大些。表7-7所示是馬鞍山礦山研究院推薦的預(yù)裂爆破參數(shù)。
(4)裝藥和起爆。預(yù)裂爆破用的炸藥應(yīng)該是爆速低、傳爆性能好的炸藥,國外用專門的預(yù)裂炸藥,如瑞典的占利特炸藥、納比特炸藥等,而我國一般是用巖石炸藥或銨油炸藥。
在預(yù)裂鉆孔內(nèi)填裝炸藥時,藥卷最好是均勻連續(xù)地布置在鉆孔的中心線上,使周圍形成環(huán)形空隙,其效果最理想。國外的專用預(yù)裂炸藥都有翼狀套筒定位,國內(nèi)沒有專門的預(yù)裂爆破藥卷,很難達到這樣的要求,在實際施工中通常都需要在現(xiàn)場加工制備。一般是采用兩種方法,一是將炸藥裝填在一定直徑的硬塑料管內(nèi)連續(xù)裝藥,為了能順利引爆和傳爆,在整個管內(nèi)貫穿一根導(dǎo)爆索;另一種方法是采用間隔裝藥,即根據(jù)計算的線裝藥密度,將藥卷按一定的距離綁扎在導(dǎo)爆索上,形成一斷續(xù)的炸藥串。為了將炸藥串置于炮孔中心,通常是用竹皮或木板在側(cè)壁隔墊,使藥串不與被保護的孔壁直接接觸。在我國的預(yù)裂隙爆破中,孔口的不裝藥部分應(yīng)用砂子或巖粉堵塞,堵塞長度一般為0.6-2.0m。
表7-7預(yù)裂爆破的參數(shù)
普通預(yù)裂爆破
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重要預(yù)裂爆破
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孔徑
/mm
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炸藥
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孔距/m
|
線裝藥密度
/kg·m-1
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孔徑
/mm
|
炸藥
|
孔距/m
|
線裝藥密度
/kg·m-1
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80
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2號巖石或
銨油炸藥
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0.7~1.5
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0.4 -1.0
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32
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2號巖石或
銨油炸藥
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0 3 -0. 5
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0. 15 -0. 25
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100
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1.0~1.8
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0.7 -1.4
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42
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0.4 -0 6
|
0. 15 -0.3
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125
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1.2 -2.1
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0.9 -1.7
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50
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O.5 -0.8
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0.2 -0. 35
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150
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1.5 -2.5
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1.1 -2.0
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80
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O.6 -1.O
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0 25 -0.5
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100
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0.7 -1.2
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0.3 -0.7
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在預(yù)裂爆破中,為了能使各鉆孔中的炸藥同時起爆,保證爆破能量的充分利用,一般都是采用導(dǎo)爆索起爆。
(5)施工技術(shù)。為了獲得整齊的預(yù)裂壁面,必須確保鉆孔的精度,國內(nèi)外預(yù)裂爆破的實踐表明,孔底的鉆孔偏差不應(yīng)超過15 - 20cm。對于沿預(yù)裂面方向的偏差,可以放松一些要求;但是對于垂直預(yù)裂面方向的偏差要嚴格控制,只有這樣才能保證壁面的平整。
預(yù)裂鉆孔的下部,通常距孔底約0. 7m處仍有裂隙。若底部也需要保護,可適當(dāng)減小孔深。為了防止主爆孔爆破地震波從預(yù)裂線端部繞過,通常要求預(yù)裂線端部比主爆區(qū)伸長(50 -100)d(d為鉆孔直徑)。
為了更好地保護邊坡,臨近預(yù)裂線的幾排主爆孔應(yīng)適當(dāng)縮小孔距、排距和裝藥量。假若預(yù)裂孔和主爆孔一次起爆,預(yù)裂孔至少應(yīng)超前主爆孔100ms以上起爆。
總之,預(yù)裂爆破是保護露天礦邊坡的有效措施,特別是對于穩(wěn)固性差或意義重大的邊坡,更要精心使用預(yù)裂爆破。當(dāng)然,相對于正常的采掘爆破來說,預(yù)裂爆破的穿孔、爆破工作量大,費用也高,這也是預(yù)裂爆破的最大缺點。