安家?guī)X露天礦永久邊界爆破有害效應(yīng)控制措施

馬傳賢

（山西中煤平朔爆破器材有限責(zé)任公司，山西 朔州 036006）

露天礦永久邊界開(kāi)采時(shí)爆破有害效應(yīng)必須采取措施對(duì)周圍建筑物和設(shè)施設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，防止爆破振動(dòng)、爆破沖擊波以及飛散物等有害效應(yīng)造成設(shè)備損傷或人員傷害。尤其露天礦邊界周圍靠近其它井工礦進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，爆破振動(dòng)必須嚴(yán)格控制在允許范圍內(nèi)，否則將會(huì)造成不可估量的事故，因此露天礦永久邊界開(kāi)采時(shí)的爆破有害效應(yīng)分析和相應(yīng)控制措施的制定，對(duì)露天礦永久邊界開(kāi)采來(lái)說(shuō)具有重要意義。

1 露天礦爆破有害效應(yīng)

爆破有害效應(yīng)主要包括：爆破振動(dòng)、爆破沖擊波、爆破飛散物、爆破毒氣、爆破噪聲以及爆破煙塵等，而其中對(duì)露天礦周圍建筑物和人員影響較大的主要為爆破振動(dòng)、爆破飛散物和爆破沖擊波，尤其靠近露天礦開(kāi)采邊界進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，這3 種爆破有害效應(yīng)極易造成人員傷亡和設(shè)備、建筑物等損壞，因此必須制定相應(yīng)措施，嚴(yán)格控制有害效應(yīng)。

1.1 爆破振動(dòng)

1）爆破振動(dòng)的特點(diǎn)。爆破振動(dòng)和自然地震相比，其特點(diǎn)為：①爆破振動(dòng)持續(xù)時(shí)間較短，只有幾十毫秒至幾百毫秒；②爆破振動(dòng)頻率較高，一般主振頻率為5～500 Hz；③爆破振動(dòng)還受爆破類型、爆破規(guī)模、地質(zhì)情況、爆破方法、炸藥量以及爆源距離等影響。

2）爆破振動(dòng)有害效應(yīng)的控制措施。根據(jù)爆破振動(dòng)的特點(diǎn)，爆破振動(dòng)有害效應(yīng)的控制主要是采取有效措施預(yù)防爆破振動(dòng)產(chǎn)生的主振頻率與被保護(hù)建筑物的固有頻率接近，以免造成共振破壞保護(hù)建筑物現(xiàn)象的發(fā)生。可以采取的措施有：①采用微差控制爆破，降低爆破振動(dòng)疊加；②采用預(yù)裂爆破或開(kāi)挖減振溝等，使振動(dòng)波快速衰減；③控制一次齊爆藥量，利用緩沖爆破或不耦合裝藥爆破減少振動(dòng)幅度影響；④在復(fù)雜區(qū)域或重要建筑物周圍設(shè)置爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，以確保爆破振動(dòng)對(duì)周圍建筑物的影響在可控范圍內(nèi)[1]。

1.2 爆破飛散物

爆破飛散物的飛散距離主要受炸藥量、最小抵抗線、地質(zhì)條件、填塞質(zhì)量等有關(guān)，若飛散距離控制不當(dāng)，易造成人員、設(shè)備和建筑物受傷和破壞。因此控制爆破飛散物的主要措施有：①選擇合理的最小抵抗線和爆破作用指數(shù)，進(jìn)行精心設(shè)計(jì)和精細(xì)化施工；②選擇合理的裝藥結(jié)構(gòu)和裝藥部位；③選擇合理的填塞長(zhǎng)度，保證填塞質(zhì)量；④對(duì)爆破區(qū)域采用沙袋等進(jìn)行覆蓋，減少飛散物拋擲[2]。

1.3 爆破沖擊波

爆破沖擊波破壞程度與距離有關(guān)，距離越近爆破沖擊波對(duì)人員和建筑物傷害越大，因此靠近邊界開(kāi)采爆破時(shí)應(yīng)該充分考慮爆破沖擊波有可能造成的危害，為避免事故的發(fā)生，控制爆破沖擊波的措施主要有：①合理的選擇爆破設(shè)計(jì)參數(shù)，采用微差控制爆破，減少一次齊爆藥量；②保證炮孔填塞長(zhǎng)度和填塞質(zhì)量，防止沖炮現(xiàn)象的發(fā)生；③采用低威力炸藥，禁止采用裸露爆破[3]。

2 安家?guī)X露天礦永久邊界爆破方案

結(jié)合露天礦爆破有害效應(yīng)的特點(diǎn)，以平朔安家?guī)X礦永久邊界爆破為例，從爆破精細(xì)化施工、爆破振動(dòng)控制、爆破飛石控制等方面來(lái)探討爆破方案的優(yōu)化和具體應(yīng)對(duì)措施。

2.1 安家?guī)X礦礦山邊界概況

平朔安家?guī)X露天礦開(kāi)采至東面永久邊界，南北長(zhǎng)約3 000 m，普氏系數(shù)6～8，巖石為中硬需要爆破，周圍環(huán)境復(fù)雜，從北向南依次為后安井工礦變電室、居民村莊、礦山停車場(chǎng)、公共道路、以及工業(yè)建筑等重要建（構(gòu)）筑物，最近距離僅為72 m，東邊界附近建（構(gòu)）筑物情況見(jiàn)表1。

表1 東邊界附近建（構(gòu)）筑物情況

1）東邊界周圍建筑較多，距離較近，而且地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，存在巖層賦存受背斜、斷層影響發(fā)生變化的情況。

2）現(xiàn)安家?guī)X礦都是大型設(shè)備進(jìn)行鉆孔及挖運(yùn)，采用的為0.25 m 孔徑潛孔鉆機(jī)穿孔，孔徑較大、單孔裝藥量較多，一次起爆藥量大，因此造成的爆破危害效應(yīng)較大。

3）爆破采用的為現(xiàn)場(chǎng)混裝散裝炸藥，裝藥為連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)間隔裝藥或不耦合裝藥困難。

4）周圍廢棄的井工巷道較多，無(wú)法詳盡探明，易造成塌方事故發(fā)生。

2.2 爆破設(shè)計(jì)及施工方案優(yōu)化

2.2.1 孔網(wǎng)參數(shù)和裝藥結(jié)構(gòu)

1）安家?guī)X露天礦靠界平盤(pán)采用深孔臺(tái)階松動(dòng)爆破方式，臺(tái)階高度為15 m，超深為1.5 m，采用孔徑0.165 m 的鉆機(jī)進(jìn)行垂直穿孔，孔排距誤差±0.3 m以內(nèi)，后排實(shí)施預(yù)裂爆破，預(yù)裂孔采用小孔徑（0.12 m）鉆機(jī)穿孔，孔距控制在1～1.5 m 以內(nèi)，爆破臺(tái)階剖面示意圖如圖1。

圖1 爆破臺(tái)階剖面示意圖

2）為了減少爆破有害效應(yīng)作用，根據(jù)安家?guī)X露天礦實(shí)際情況對(duì)永久邊界處的爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。如下：①由原來(lái)大孔徑0.25 m 炮孔改為0.165 m孔徑炮孔；②孔排距由原來(lái)孔距8 m、排距8 m 改為孔距6 m，排距6 m；③炮孔排數(shù)由原來(lái)的6 排變?yōu)? 排；④永久邊界與主炮孔之間增加預(yù)裂爆破，鉆孔布置及孔網(wǎng)參數(shù)圖如圖2。

圖2 鉆孔布置及孔網(wǎng)參數(shù)圖

3）裝藥結(jié)構(gòu)。安家?guī)X露天礦使用的為現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥車進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)裝藥，為連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，為了控制一次起爆藥量，利用空氣間隔器進(jìn)行間隔裝藥，并調(diào)整堵塞長(zhǎng)度，合理分配炸藥分布[4]。

2.2 延期時(shí)間和起爆點(diǎn)

1）采用的高精度非電導(dǎo)爆管雷管控制的逐孔微差爆破技術(shù)，減少齊爆藥量，地表網(wǎng)絡(luò)采用前排17 ms，第2 排42 ms，后3 排100 ms 時(shí)，通過(guò)奧瑞凱爆破設(shè)計(jì)軟件（Shot plus 5）進(jìn)行模擬，在8 ms 內(nèi)同時(shí)響的炮孔個(gè)數(shù)為4 個(gè)，分別為前排的第21 個(gè)孔，第2 排第19 個(gè)孔，第4 排第7 個(gè)孔，第5 排第1 個(gè)孔，非電管地表網(wǎng)絡(luò)連接及爆破效果模擬示意如圖3。

圖3 非電管地表網(wǎng)絡(luò)連接及爆破效果模擬示意圖

2）采用數(shù)碼電子雷管實(shí)現(xiàn)逐孔微差爆破技術(shù)，數(shù)碼電子雷管精確度高，1～2 000 ms 可以隨意設(shè)置，因此能夠?qū)崿F(xiàn)深孔逐孔起爆，采用各孔間的延時(shí)時(shí)間設(shè)置為50 ms 時(shí)，能達(dá)到更好的爆破效果，有效減少爆破振動(dòng)[5]。

3）起爆點(diǎn)。為增加爆破作用效果，減少爆破能量的后向傳播，根據(jù)自由面情況合理選擇爆破起爆點(diǎn)和抵抗線方向，減少爆破振動(dòng)等有害效應(yīng)，并使得建筑物、設(shè)備、人員等避開(kāi)飛石主方向，從而最大限度地使被保護(hù)對(duì)象免受飛石危害[6]，起爆時(shí)起爆點(diǎn)位置選擇示意圖如圖4。

圖4 起爆時(shí)起爆點(diǎn)位置選擇示意圖

2.2.3 警戒和安全校核及振動(dòng)監(jiān)測(cè)

1）警戒。由于安家?guī)X露天礦永久邊界周圍條件復(fù)雜，因此按該礦《爆破安全規(guī)程》13.6.1 規(guī)定和實(shí)際情況加大警戒范圍，必須在平陶公路等各重要位置設(shè)置警戒，并提前通知300 m 范圍內(nèi)的鄰近礦井（后安礦、白蘆礦、國(guó)強(qiáng)礦等）人員和設(shè)備進(jìn)行避炮。

2）安全校核。采用經(jīng)驗(yàn)公式校核飛石安全距離[7]：

式中：Rmax為飛石的飛散距離，m；Kφ為安全系數(shù)，取15～16；D 為鉆孔直徑，m。

3）振動(dòng)監(jiān)測(cè)。對(duì)距離爆破點(diǎn)600 m 范圍內(nèi)的重要區(qū)域及建筑設(shè)施利用爆破測(cè)振儀進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)，保證爆破振動(dòng)值在安全允許標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)[8]。

2.3 爆破效果

綜合考慮永久邊界周圍環(huán)境情況，按照優(yōu)化的爆破設(shè)計(jì)及施工方案進(jìn)行了爆破，達(dá)到了爆破相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，按照《爆破安全規(guī)程》規(guī)定：爆破產(chǎn)生的振動(dòng)、沖擊波、飛散物應(yīng)控制在安全允許限度范圍內(nèi)，將產(chǎn)生的爆破有害效應(yīng)危害程度降低到最低，確保周圍保護(hù)目標(biāo)的安全。

對(duì)于爆破振動(dòng)有害效應(yīng)的控制要求為附近建筑物的振動(dòng)速度值不超過(guò)《爆破安全規(guī)程》中的安全允許標(biāo)準(zhǔn)，爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)表見(jiàn)表2。

表2 爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)表

根據(jù)表中保護(hù)對(duì)象類別劃分，相應(yīng)建筑物的安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度分別為：Ⅰ類為王高登村土窯，0.15～0.45 cm/s；Ⅱ類為王高登村民房屋、后安礦家屬房（磚混+預(yù)制板）和煙囪以及中部?jī)商幣R時(shí)建筑物屬于一般民用建筑物，1.5～2.0 cm/s；Ⅲ類為礦坑?xùn)|北角的臨時(shí)停車場(chǎng)以及后安礦工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)的彩鋼房，屬于工業(yè)和商業(yè)建筑物，2.5～3.5 cm/s；Ⅳ類為后安礦、白蘆礦等周邊礦井的井筒及井下巷道，屬于礦山巷道，15～18 cm/s。爆破過(guò)程中監(jiān)測(cè)到土窯處的最大爆破振動(dòng)速度為為0.12 cm/s，民房建筑物處為1.32 cm/s，工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)為1.58 cm/s，礦井井筒測(cè)得為2.32 cm/s，都遠(yuǎn)小于其安全允許標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到了預(yù)期爆破效果。

對(duì)于爆破沖擊波的危害，爆破過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)沖擊波造成建筑物及人員傷害。

對(duì)爆破飛散物進(jìn)行了安全距離校核，飛分散距離為2.7 m，現(xiàn)場(chǎng)爆破時(shí)也未發(fā)現(xiàn)飛石超出安全距離，滿足爆破安全要求。

3 結(jié)語(yǔ)

介紹了安家?guī)X露天礦永久邊界爆破有害效應(yīng)控制措施。露天開(kāi)采過(guò)程中爆破有害效應(yīng)的影響普遍存在且難以避免，通過(guò)采取合理的爆破參數(shù)、不耦合裝藥方式、逐孔微差爆破技術(shù)以及精細(xì)化施工，就能夠?qū)崿F(xiàn)露天礦邊界爆破安全和達(dá)到預(yù)期的爆破效果，杜絕爆破事故的發(fā)生。