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一种原始缓边坡爆破整形处理方法
一、技术领域
本发明属于岩土工程爆破技术领域，尤其涉及一种使原始缓边坡形成正常生产台阶的爆破整形处理方法。
二、背景技术
露天矿山为形成正常生产台阶需要对原始缓边坡进行整形处理。一般方法是采用钻机打倾斜深孔、装药爆破处理，这种方法由于坡度缓、底盘抵抗线过大，炮孔底部装药量不足，造成爆破效果差，爆后根底多、块度大，需经多次处理才能形成正常生产台阶。因此，实现沿孔深各分层矿岩爆破的炸药单耗近似相等的技术便应运而生，即沿孔深各分层矿岩量多，该分层的炸药量也多，使炸药爆炸能在待爆岩体内的分布趋于更为合理。
目前，药壶爆破以其凿岩比小、装药量大的优点在各种土岩爆破中得到了十分广泛的应用，但通常的药壶爆破是解决小孔(孔深小于5m、孔径小于50mm)爆破效率低，提高单孔破岩量发展起来的。其扩壶工艺参数：第一次装药最少，一般为50g～100g，以后按扩壶次序成倍增加，扩爆次数与用药量见下～表[《爆破工程》(M)，中国力学学会工程爆破专业委员会编，冶金工业出版社，1997.1：168]：
                                       表1扩爆次数与用药量(g)见下表

  岩石等级分类                      扩壶次数  1  2  3  4  5  V  100～200  200  V～VI  200  200  300  VII～VIII  100  200  400  600  IX～X  100  200  400  600  800
随着科技进步和药壶爆破应用范围扩大，在浅眼药壶爆破的基础上发展起来的中深孔药壶爆破得到越来越多的关注和研究。目前资料所反映的中深孔药壶爆破，一般为孔径80～100mm、孔深8～10m，先确定总扩壶药量，再依扩壶次数，按后续爆扩用药是上次用药的1.5～2倍方式递增分配。一般初次用药1～3kg，扩3～6次，扩壶总药量10～30kg，成壶体积为0.1～0.3m³，药壶装药量100～200kg，均为垂直孔扩壶，主要在土石方和路堑开挖中应用[杨智旭.土石方深孔扩壶爆破技术的应用.爆破器材，1999，28(2)：18～21]、[陈发本，中深孔药壶爆破在路基施工中的应用[J]，云南交通科技，2000(2)：51～53.]。这种药量的计算和分配是基于小孔药壶爆破的计算方法，而随炮孔直径增大，炸药的裸露面积增大，使炸药爆炸能量损失增大。一次爆扩用药量太少，爆扩能量从孔口逸散，对扩胀壶腔贡献小；用药太多，由于其作用对象和小孔爆破一样均为岩土，过多会将孔炸塌。这种药量计算与分配方法没有与孔径发生联系，尤其对初次爆扩药量确定有一种人为的随意行为，或必须依赖经验和实验才能正确应用，使这种初次爆扩药量确定和后续爆扩药量递增方法会失去普适性。
三、发明内容
本发明的任务是在露天矿的开拓过程中，为原始缓边坡形成正常生产台阶提供一种能降低根底、减少大块、高效低耗的大直径孔(钻孔孔径＞150mm)的原始缓边坡爆破整形处理方法。
为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：根据台阶布置要求，确定生产平台位置和不同位置的底盘抵抗线值后，先设计孔位、孔深、不同位置炮孔的装药量、药壶体积及扩壶爆破所需的总药量，经钻孔后进行3～6次扩壶爆破，初次扩壶爆破的装入药量为2πr³ρ₀≤Q≤4.2πr³ρ₀，后续扩壶爆破的装药量依次递增，每次装药量的增幅为1.5πr³ρ₀≤ΔQ≤2.5πr³ρ₀；扩壶爆破完毕后经测量或不测量，药壶体积符合设计要求后再用空气间隔装药，最后充填炮孔后即可进入孔外联接准备起爆。
所述的钻孔或为钻垂直孔、或为钻倾斜孔，孔的直径≥150mm。
所述的3～6次扩壶爆破是：软性岩扩壶爆破为3～5次；硬性岩扩壶爆破为4～6次。
空气间隔装药是在药壶底部装入的药量为所确定药量重量百分含量的2/3～3/4，其余装入未爆扩的炮孔段，两装药段间设置有间隔器，各装药段设置独立的起爆体。空气间隔装药适用于药壶适中和药壶过大，药壶过小时取消空气间隔段，连续装药至充填高度。
所述的测量是在测杆顶端和测棒中点固定一铁环，量测时将测杆和测棒活动连接，测杆每根长3～4m，杆间相互连接，测棒从20cm开始，每根增大10cm，最长的测棒为110cm；将测棒送入孔底，双绳等长，测杆平直，抖动绳索找出测棒的平直位置，随测绳和测杆的上提下放，在被卡住不能再动位置，得到该测棒长度的上、下限点。
一般在实验阶段测量壶腔体积，生产爆破时根据实验总结的不同岩性爆扩规律，直接按要求次数实施爆扩即可。
由于采用上述技术方案，本发明将少量炸药放置在炮孔底部，通过多次扩壶爆破形成了底部装药空间——药壶来加大底部装药量，实现了根据需要调整深孔底部的装药量，改善了炸药爆炸能在爆破岩体中的合理分布，可直接为原始缓边坡形成正常的生产台阶。
本发明具有降低根底、减少大块、高效低耗、无需新设备，施工简单，简便易行、扩腔效率高，成本低的特点。不仅适用于原始缓边坡或同类边坡的爆破处理，还广泛应用于各种岩土工程、边坡开挖工程、金属非金属采矿和建筑交通等爆破领域中。
四、具体实施方式
实施例『一』
一种软性岩原始缓边坡爆破整形处理方法，其具体步骤如下：
1、根据台阶布置要求，确定生产平台位置，测出待处理的原始缓边坡地段的系列实际坡面剖面图，确定不同位置的底盘抵抗线值。
2、根据坡面剖面图，设计孔位后，确定孔径为180mm，孔深为13m，炮孔倾角为75°，炮孔装药量为400kg，所需爆扩的药壶体积为0.5m³。本实施例采用150mm钻头打出直径为180mm的孔。
3、初次扩壶爆破
根据初次扩壶爆破的装入药量2πr³ρ₀≤Q≤4.2πr³ρ₀，其中：ρ₀为炸药密度；r为炮孔半径。孔内装2^#岩石炸药，其密度约为850kg/m³。初次爆扩药量Q约为4～8kg；本实施例取初次爆扩药量为6kg.装入药壶底部进行初次扩壶爆破。
4、后续扩壶爆破
(1)后续扩壶爆破的次数确定。对于软岩，后续扩壶爆破的次数为4次。
(2)后续扩壶爆破的增幅确定。根据爆扩药量增幅为1.5πr³ρ₀≤ΔQ≤2.5πr³ρ₀，其后续扩壶爆破的增幅ΔQ约为2.9～4.9kg。为便于现场操作，后续扩壶爆破的增幅为3kg(1袋)。
因此，后续每次扩壶爆破的装入药量分别为6、9、12、16(kg)；然后依次装入进行扩壶爆破。
5、壶腔直径测量
用直竿中心固定、双绳平衡的壶腔直径测量法进行测量。在测杆顶端和测棒中点固定一铁环，测量时将测杆和测棒用螺栓活动连接，测杆每根长4m，杆间螺纹连接，4根16m，可将测棒送入孔底，双绳等长，测杆平直。测棒从20cm开始，每根增大10cm，最长的测棒为110cm。由于有直杆的引导测棒量测点基本处于孔轴线上，抖动绳索找出测棒的平直位置，此时两等长测绳和测棒构了一个固定的等腰三角形，随测绳和测杆的上提下放，在被卡住不能再动位置，得到该测棒长度的上、下限点。将一系列不同长度测棒在壶腔中的上、下限点作图，得到壶腔的形状，即可从图上估算出其体积。测得实例壶腔体积为0.49m³。
一般在实验阶段做壶腔直径测量，生产爆破时根据实验总结的不同岩性爆扩规律，直接按要求次数实施爆扩。
6、药壶爆破装药结构设计
由于药壶较大，将设计炸药地2/3即267kg装入药壶内，药高仍没达到壶口，下放间隔器使余下的1/3装药放置于未经爆扩的炮孔段内，此时形成密闭气室和准空气间隙的不耦合装药结构有利于改善爆破效果。最后充填炮孔后即可进入孔外联接准备起爆。
爆破效果对比：用本实施例处理原始缓边坡得到的底板较为平整，较好在消除了根底，有利于下部台阶的生产开采；一次形成正常生产台阶，整形效果好，大块率低，爆后爆堆集中利于铲装运；通过实际矿山应用对比，本方法仅为普通爆破法的成本32％。实施例表明，本方法是一种技术上可行、经济上合理的原始缓边坡整形方法。
                               表1两种方法比较表  项目  根底率/％  大块率/％  单位成本比较  普通爆破  10％  9％  1  药壶爆破  3.5％  4.5％  0.68
实施例『二』
一种硬岩原始缓边坡爆破整形处理方法，其具体步骤如下：
1、根据台阶布置要求，确定生产平台位置，测出待处理的原始缓边坡地段的系列实际坡面剖面图，确定不同位置的底盘抵抗线值。
2、根据坡面剖面图，设计孔位后，确定孔径为180mm，孔深13.5m，炮孔倾角为75°，炮孔装药量为450kg，所需爆扩的药壶体积为0.5m³。本实施例采用150mm钻头打出直径为180mm的孔。
3、初次扩壶爆破装
同实施例[一]。
4、后续扩壶爆破装入药量的确定
(1)后续扩壶爆破的次数确定。对于硬岩，后续扩壶爆破次数为5次，
(2)后续扩壶爆破增幅的确定。同实施例[一]。
因此，每次扩壶爆破装入的药量分别为6、9、12、16、25(kg)；然后依次装入进行扩壶爆破。
5、药壶爆破装药结构设计
由于药壶较大，将设计炸药的2/3即330kg装入药壶内，药高仍没达到壶口，下放间隔器使余下的1/3装药放置于未经爆扩的炮孔段内，此时形成密闭气室和准空气间隙的不耦合装药结构有利于改善爆破效果。最后充填炮孔后即可进入孔外联接准备起爆。
爆破效果对比：用本实施例处理原始缓边坡得到的底板较为平整，较好在消除了根底，有利于下部台阶的生产开采；一次形成正常生产台阶，整形效果好，大块率低，爆后爆堆集中利于铲装运；通过实际矿山应用对比，本方法仅为普通爆破法的成本31％。实施例表明，本方法是一种技术上可行、经济上合理的原始缓边坡整形方法。
                                 表2两种方法比较表  项目  根底率/％  大块率/％  单位成本比较  普通爆破  11％  9％  1  药壶爆破  3％  5％  0.69