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基坑围护结构长期稳定性控制爆破

PK Singh，MP Roy，Ranjit K. Paswan

摘 要

在印度的Rampura Agucha露天矿中，采用控制爆破技术来控制过度断裂并有助于其余岩体的稳定性研究。 该矿是铅锌矿生产5.95万吨矿石，最近开始建设其地下部分，预计在不久的将来可生产4.5万吨矿石。 该矿目前工作深度为260米，设计深度为372米。在爆破过程中，尽管进行预分裂，但回断是主要关心的问题;长椅遭遇倒退，对其余墙壁的稳定性产生不利影响。正常生产爆炸包括在爆炸轮中爆炸6-8排，包括140-200个孔。准备了间距为1.2米的预裂洞位置的总体规划。可用爆炸物在25毫米的滤筒直径中，提供1：3.6的去耦比。每个下盘和所有吊墙阶段的工作台都预先拆分，以减少对岩体的损坏。 预计每年钻孔约700,000米，以获得所需的斜坡。 在实验性试验中，预裂孔的口部没有0.8至2.7米的爆炸物。在后一阶段，对801,701和601处的115毫米斜孔进行了试验。预分裂孔以1.2米的间距钻进，在下盘上倾斜601度，在吊顶上倾斜701度，产生了期望的结果。

关键词：控制爆破,预裂爆破,，墙面控制，露天爆破,井壁稳定性，振动控制

Abstract

In Rampura Agucha open-pit mine in India, controlled blasting technique is used to control excessive fracture and contribute to the stability of the rest of rock mass. The mine, which produces 59500 tons of lead and zinc ore, has recently begun to build its underground portion and is expected to produce 45000 tons of ore in the near future. The working depth and design depth of the mine are 260 m and 372 m respectively. In the blasting process, although the pre-splitting is carried out, the backbreaking is the main concern, and the bench suffers retrogression, which has a negative impact on the stability of the remaining walls. Normal production explosions include explosions of 6-8 rows in explosion wheels, including 140- 200 holes. A master plan for the location of the pre-cracked hole with a spacing of 1.2 m was prepared. Available explosives provide a 1: 3.6 decoupling ratio in a 25 mm filter diameter. It is estimated to drill about 700000 meters a year to obtain the required slopes. In the experimental test, there were no explosives of 0.8 to 2.7 metres at the mouth of the pre-split hole. In the latter stage, 115mm oblique holes at 801701 and 601 were tested. Pre-splitting holes are drilled at a spacing of 1.2 metres, tilting 60 on the lower plate 1 degrees, 701 degrees on the ceiling, produced the desired result.

Key words: control blasting pre-splitting, wall control, open-air blasting, pit wall stability vibration control

1.介绍

钻探和爆破仍然是岩石开挖和岩石破碎的重要方法。 钻头和爆破技术有一个缺点，有时它会以不受控制的方式产生裂缝，并在后喷射开口几何形状内产生微裂纹。 未损坏的脆性材料中的裂缝控制在几个实际应用中具有相当大的兴趣，包括采矿中的岩石破碎和超断裂控制 [1–3]。 实现沿特定方向控制裂纹生长并抑制沿其他方向生长的一种方式是沿着这些优选方向产生应力集中。 一些研究人员已经提出了许多通过爆破实现裂缝平面控制的方法。Fourney等人 [4] 建议使用连接式分裂管电荷支架的爆破方法。Nakagawa等人 [5] 通过使用丙烯酸树脂板和具有充电孔和圆形导向孔的混凝土块的模型试验来检查导孔技术的有效性。Katsuyama等人 [6] 建议采用在钻孔中带有狭缝的套筒的受控爆破方法。

有四种控制爆破的方法，所选取的方法取决于现有条件下的岩石特性和可行性。 这些方法是线钻，缓冲爆破，光滑墙爆破和预裂 [7]。 如果岩石不合格，光滑墙爆破可能不令人满意 [8]。 缓冲和预裂爆破是最常用的方法，两者之间的主要区别在于缓冲爆破的最后一排孔是按顺序最后引爆的，而在预分裂时，最后的爆破孔首先按顺序引爆。 预分裂包括在整齐的挖掘线上钻一排孔，并在任何相邻的主爆炸开始之前启动。 预裂理论认为，轻射击钻孔的部分径向裂缝与邻近钻孔或相邻孔的其他径向裂缝相连，形成钻孔之间的破碎岩石平面图。 在预裂中，两个炸药在相邻钻孔中同时开始，钻孔之间冲击波的碰撞使腹板处于张紧状态，并引起裂缝，从而在钻孔之间产生剪切区 [9]。 爆炸之间最初产生的钻孔之间的裂缝随后通过基于三个因素（即，岩石的性质和条件，（b）钻孔之间的间距）的膨胀气体而被扩展和扩大; 和（c）孔内爆炸物的数量和类型。 钻孔之间的裂缝区可能是单一的狭窄裂缝或厚裂隙岩石带。 岩石中的这种裂缝或裂缝形成了一个不连续的区域，最大限度地减少或消除了随后的一次爆炸的过度破碎，并产生了光滑的岩壁 [9,10]。 它与其他获得顺利挖掘的方法有些相似，但主要的区别在于，在生产爆破之前甚至在某些情况下在生产钻孔之前进行预裂 [4,10]。 预分割利用轻负载，紧密间隔的钻孔，在生产爆炸前为红色。 预裂的目的是形成一个裂缝平面来自生产爆炸的径向裂纹不能移动。 形成的裂缝平面可能具有美观性，并且允许使用较陡的坡度而维护较少。 预裂应该被认为是防止生产爆破损坏最终壁的保护措施 [8].

此外，预裂的概念是，当在相邻爆炸孔中同时引爆炸药的冲击波相撞时，岩石中产生张力，在孔之间的腹板中形成裂纹。 因此，重要的是要收费同时引爆或尽可能接近爆炸 [9]。 Firouzadj等人 [11] 得出的结论是，使用去耦电荷的预分裂列中的小直径孔例如102mm是困难的，而在这种孔中预分裂列的连续充电产生更好的结果。 在连续充电（去耦合，爆炸混合）的不同方法中，由于其小直径孔（102mm）的操作困难而引起的解耦被Lopez等人拒绝。 [7]。 但是，Dare-Bryan等人 [12] 在他的预分模建模工作中显示，预分裂爆破设计中的102毫米直径在每种岩石类型中均优于大直径设计。 布莱尔 [13] 在他的研究中提出，如果测量可以非常接近爆破孔，则上升时间曲线将是非线性的，并且可能对应于非线性岩石响应的区域。 Ouchterlony等人报道了去耦合，爆炸物等对半铸造后面径向裂纹长度的测量效果。 [14]。 爆炸物的爆炸行为也是造成其潜在破坏的原因。 爆炸速度（VOD）是爆炸物性能的重要指标。 它控制着爆炸能量的释放速率，并影响能量分配的冲击和气体能量。

如果回退不受控制，最终会降低整体主要经济后果，如可采储量减少和矿石与废物比率增加。 最好的办法是控制爆破的影响，使墙的固有强度不被破坏。 预分裂的目的是通过形成一个人造平面来限制气体和应力波侵入剩余的附近岩层，从而将爆破区域与周围岩体隔离开来 [15–20].

尽管在圆柱形钻孔爆破应力波的理论研究方面已做了一些相关工作 [21–26]并试图使用数值方法来估计由应力波引起的爆炸引起的破坏 [27]。 预裂爆破的现场规模试验研究存在严重缺陷。 爆炸诱发损伤的现场尺度测量也不常见，并且仅限于特定的岩石类型和条件。 Ouchterlony等人 [28,29] 和Olsson等。 [30]例如，通过在花岗岩块和台阶爆破中进行裂缝测量，对岩石中爆炸引起的损伤进行了研究。 其他作者使用压力传感器通过测量岩石膨胀来估计损伤程度 [31,32] 和气体渗透到裂缝中 [33]。 特别是，为了正确研究爆炸引起的应力波，已经做了很少的实验工作。 在正确的波浪测量和分析中，少数例子是White和Sengbush的作品 [34]，Vanbrabant等人 [35]，Trivino和Mohanty [36]，Singh等人 [18]，Trivino和Mohanty [37] 和Chiappetta [38]。 Sharasafa和Mortazavi [39] 在他们的数值工作中依靠Kutter和Fairhust最初提出的准静态和二维理论 [40]，并表示预分裂包括在期望的破裂线上在固体岩石中形成剪切平面。 但是，布莱尔 [41] 报道准爆炸的准静态方法是不充分的，通过评估高频应力波的完整动力学解决方案显示，对于预裂孔之间的典型距离，环向应力可忽略不计。

广泛的现场研究已在Rampura进行这是印度最大的铅锌露天矿阿古查矿M / s印度斯坦锌有限公司。 目前深度为260米，最终深度为372米。 在所有的长椅上都进行了预分裂爆破，试图使他们更安全，更有能力。 在现有裁剪的脚墙（FW）侧的所有长凳上进行预裂的爆破。 实施预裂的目的之一是保持通道，坡道，入口等处的高墙稳定性，这在矿山生活期间必须长期保持。 这也减少了运输设备的清理时间，并减少了运输设备上的磨损和撕裂，这是由于减少了高墙的运输道路上的材料脱落。

1. 矿井地质特征

Rampura Agucha矿位于印度拉贾斯坦邦乌代布尔东北225公里处，是印度最大和最富含的铅锌矿，含有矿石储量和资源量10884万吨，锌含量13.24％，铅含量1.91％。 Rampura Agucha是一个层状，含沉积物的铅锌矿床，发生在前寒武系带状片麻岩中，形成了Bililra地质周期（3.2-2.5亿年）太古宙年龄的Mangalwar复合体的一部分，由岩浆岩，片麻岩，石墨组成云母片岩，伟晶岩和不纯的大理石。 岩石经历了多相变形和高等变质作用.

该矿位于平原地区，当地斜坡面向北部和南部。 地理坐标是25150000“北纬和74144015”东经。 海拔高度平均海平面以上390米。 印度调查报告第45K / 9号和第45K / 13号在地理上涵盖了该地区。 平均年度最高 和Min。 温度分别为42.7 1C和3.2 1C左右。 1200公顷的全部出租面积是非林地。

该矿床是一个下倾的同位素同形岩石单元，显示NE-SW打击，上盘陡倾（75-801），下盘向下倾斜（60-651）。 主岩占据了同位素的核心，西南部极限为65-701。 Rampura Agucha混合硫化物矿床是一个巨大的透镜状矿体，NE-SW走向长度为1500 m，宽度从东北方向的几米变宽至SW段中心至120米，平均值58米。 矿石矿物主要是闪锌矿和方铅矿。 矿体向东南方向从501下降到701。 矿化的主岩是石英云母 - 硅线石片麻岩/石灰岩（GMS），由云母（白色，绿色和棕色变种），长石，石英和大量的石墨组成。 墙体由石榴石黑云母 - 硅铝质片麻岩（GBSG）和伟晶岩和斜长角闪岩和糜棱岩侵入（仅在下盘上）组成，而GBSG形成大块岩体的70-80％的主要块体。 Rampura Agucha矿床的主要岩石是片麻岩和片岩及其带状片麻岩复合体（BGC，更名为Mangalwar复合体）的变体。 岩石被大量的酸性和碱性火成岩侵入。 与Khari河和Mansi河相关的第四纪冲积层是该地区最年轻的单元。 这种宽约3公里，深18米的冲积层由新生至粗粒砂组成，粘土含量很少。 冲积层非常不均匀，渗透率差异很大。

在下盘有三个主要联合集。 Foliation是最多的影响爆炸伤害的普遍不连续性60-801 / N1301。 矿山的岩石适度。 岩石的物理力学性质在图中给出 表格1。 Foliation是控制台阶的主要不连续面。 坑的罢工分为100米宽的地带， N100-N200，N200-N300，S100-S200等（表2）。 该地区地质复杂。 大部分的国家岩石是中度的片麻岩强度较大，在上部海拔东部大约701到901处，在小坑北部，向下大约501到东部，小型岩石单元的普遍面理和透镜（强角闪岩和伟晶岩侵入）在较低的海拔。 尽管关节的性质，强度和尺寸随着岩石类型而变化，但是在沉积区中暴露的硅酸盐，斜长角闪岩，花岗片麻岩和伟晶岩都是高度连接的。 从关节的走向频率图可以看出，最佳发育关节趋向于N201至N501W，并且对NW的走向偏好较强。

该矿床的主要构造特征被解释为一个垂直运动NE-SW的滑动等倾同形1.6公里。 主岩占据了同位素的核心。 在介观尺度上的褶皱，显示出不对称到等倾角，在上盘和下盘的钙质硅酸盐岩中普遍存在，并且在石榴石 - 黑云母 - 硅线石片麻岩中可观察到较小程度的褶皱。 矿体从东经501至701向东南倾斜，已经钻探并

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