預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。由于有這條預裂縫將采掘區與邊坡分隔開來,使采掘區正常爆破的地震波在裂縫面上將產生較強的反射,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定。
根據國內外礦山的預裂爆破經驗,為了取得良好的預裂爆破效果,應注意下列幾方面。
(1)預裂縫。對預裂縫的要求有:
1)預裂縫要連續且能達到一定的寬度,能夠充分反射采掘區爆破的地震波,以便控制它們對邊坡的破壞作用。通常要求這個寬度應不小于1 -2cm。
2)預裂面要比較平整,為了獲得整齊而穩定的邊坡面,一般要求預裂面的不平整度不超過±(15 - 20) cm。
3)在預裂面附近的巖體要求無明顯爆破裂隙,最好的情況是在預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。為了實現上述要求,關鍵是合理地確定孔徑、孔距和裝藥量。
1)孔徑和不耦合系數。所謂不耦合系數,就是鉆孔直徑與藥柱直徑的比值。在預裂爆破中,藥柱外壁與孔壁之間環形間隙的作用,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過度粉碎;此外,還可以延長爆破作用時間,有利于預裂縫的發展。生產實踐表明,不耦合系數一般要求大于2,才能獲得較好的效果。
至于對預裂鉆孔孔徑的要求,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裂孔。
2)孔距。預裂爆破的孔距比較小,可根據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關系曲線。圖中曲線1表示可實現預裂爆破的最大孔距,曲線2表示可實現預裂爆破的最小孔距,曲線1、2所夾部分就是較合理的孔距取值范圍。

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

(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。在實際生產工作中,底部裝藥的增量多半以該孔線裝藥密度的倍數來衡量,當孔深5 - 10m時,增加2-3倍;當孔深超過10m時,增加3-5倍;堅硬的巖石取大值,松軟的巖石取小值。
預裂爆破的基本參數除了取決于礦巖的物理力學性質外,還與所保護邊坡的重要程度有關。一般是臨近運輸干線等地段的邊坡參數宜取小些,對于不太重要的地段參數可取大些。表7-7所示是馬鞍山礦山研究院推薦的預裂爆破參數。
(4)裝藥和起爆。預裂爆破用的炸藥應該是爆速低、傳爆性能好的炸藥,國外用專門的預裂炸藥,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。
在預裂鉆孔內填裝炸藥時,藥卷最好是均勻連續地布置在鉆孔的中心線上,使周圍形成環形空隙,其效果最理想。國外的專用預裂炸藥都有翼狀套筒定位,國內沒有專門的預裂爆破藥卷,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連續裝藥,為了能順利引爆和傳爆,在整個管內貫穿一根導爆索;另一種方法是采用間隔裝藥,即根據計算的線裝藥密度,將藥卷按一定的距離綁扎在導爆索上,形成一斷續的炸藥串。為了將炸藥串置于炮孔中心,通常是用竹皮或木板在側壁隔墊,使藥串不與被保護的孔壁直接接觸。在我國的預裂隙爆破中,孔口的不裝藥部分應用砂子或巖粉堵塞,堵塞長度一般為0.6-2.0m。
表7-7預裂爆破的參數
普通預裂爆破
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重要預裂爆破
|
孔徑
/mm
|
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
|
80
|
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
|
32
|
2號巖石或
銨油炸藥
|
0 3 -0. 5
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0. 15 -0. 25
|
100
|
1.0~1.8
|
0.7 -1.4
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42
|
0.4 -0 6
|
0. 15 -0.3
|
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|
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125
|
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
|
1.5 -2.5
|
1.1 -2.0
|
80
|
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,一般都是采用導爆索起爆。
(5)施工技術。為了獲得整齊的預裂壁面,必須確保鉆孔的精度,國內外預裂爆破的實踐表明,孔底的鉆孔偏差不應超過15 - 20cm。對于沿預裂面方向的偏差,可以放松一些要求;但是對于垂直預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,可適當減小孔深。為了防止主爆孔爆破地震波從預裂線端部繞過,通常要求預裂線端部比主爆區伸長(50 -100)d(d為鉆孔直徑)。
為了更好地保護邊坡,臨近預裂線的幾排主爆孔應適當縮小孔距、排距和裝藥量。假若預裂孔和主爆孔一次起爆,預裂孔至少應超前主爆孔100ms以上起爆。
總之,預裂爆破是保護露天礦邊坡的有效措施,特別是對于穩固性差或意義重大的邊坡,更要精心使用預裂爆破。當然,相對于正常的采掘爆破來說,預裂爆破的穿孔、爆破工作量大,費用也高,這也是預裂爆破的最大缺點。