安家?guī)X礦東幫靠界區(qū)域爆破方案優(yōu)化

吳 昊

（大地工程開發(fā)（集團(tuán)）有限公司，北京 100102）

目前國內(nèi)在露天煤礦爆破的研究過程中，常對采場整體的爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，該方法對于靠界區(qū)域的爆破方案優(yōu)化不是完全契合，且有部分局限性[1-4]。

安家?guī)X露天煤礦是我國“八五”期間籌建的新型、大型現(xiàn)代化露天煤礦，目前已成為中煤平朔集團(tuán)有限公司下屬的大型露天煤礦之一。安家?guī)X露天礦位于平朔礦區(qū)中部，目前主開采區(qū)屬朔州市平魯區(qū)管轄。隨著露天礦開采的持續(xù)進(jìn)行，爆破作業(yè)面距東幫建筑物以及其他重要設(shè)施越來越近，爆破產(chǎn)生的危害，不僅容易引起民事糾紛、經(jīng)濟(jì)損失而且容易損害礦山的生產(chǎn)效益，甚至造成露天礦不能正常生產(chǎn)。為此，在保證最大回采率的條件下，研究安家?guī)X特大型露天礦安全、綠色、高效的爆破設(shè)計(jì)技術(shù)。

1 爆破方案優(yōu)化

要實(shí)現(xiàn)露天礦能安全高效的開采，對采場的爆破參數(shù)做優(yōu)化研究勢在必行，實(shí)現(xiàn)不同距離的爆破方案產(chǎn)生的振動速度最小、爆破效果更理想。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，將以50 m 為區(qū)段劃分Ⅰ（250～200 m）、Ⅱ（200～150 m）、Ⅲ（150～100 m）、Ⅳ（100～50 m）、Ⅴ（50 m 以內(nèi)）5 個區(qū)間，其中Ⅴ（50 m 以內(nèi)）區(qū)間為保留區(qū)間，不進(jìn)行爆破方案優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過劃分區(qū)段并對不同區(qū)段進(jìn)行爆破方案優(yōu)化，可將端幫推進(jìn)至距離礦界50 m 位置。

1.1 距離礦界超過200 m 范圍

區(qū)段Ⅰ爆破方案：孔徑250 mm；孔深17 m；超深2.0 m；填塞長度6.0 m；裝藥長度11 m；孔距8 m；排距6 m；炸藥單耗0.64 kg/m3；單孔裝藥量458.7 kg；連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)；炸藥種類：為現(xiàn)場混裝銨油炸藥；雷管類別：為高精度導(dǎo)爆管雷管；延期時間：為①孔內(nèi)管600 ms；②地表管：共5 排炮孔，孔間延期間隔為42 ms[2]；③第1 排至第5 排為100 ms。

此外，為確保距離推進(jìn)后的質(zhì)點(diǎn)振速較大，需在該階段爆破時，在建筑聚集區(qū)域的限界位置開挖減振溝，減振溝寬2 m，深3～4 m，開挖土體或巖體沿減振溝一側(cè)堆放形成綜合減振帶。

1.2 距離礦界200～150 m 范圍

區(qū)段Ⅱ爆破方案：孔徑250 mm；孔深17 m；超深2 m；填塞長度6 m；空氣間隔1 m；裝藥長度10 m；孔距7.5 m；排距6 m；炸藥單耗0.618 kg/m3；單孔裝藥量417 kg；間隔裝藥結(jié)構(gòu)；現(xiàn)場混裝銨油炸藥；數(shù)碼電子雷管；延期時間：共5 排炮孔，按炮孔編號設(shè)置延期時間，根據(jù)具體情況選擇斜線起爆或“V”形起爆網(wǎng)路[6]。

起爆網(wǎng)路圖如圖1，圖中數(shù)字為炮孔編號，炮孔雷管的延期時間為炮孔編號×15 ms，比如：炮孔編號為10 的炮孔延期時間設(shè)置為150 ms。一般來說，“V”形起爆網(wǎng)路飛石拋擲距離更小。

圖1 起爆網(wǎng)路圖

1.3 距離礦界150～100 m 范圍

區(qū)段Ⅲ爆破方案：孔徑165 mm；孔深16.5 m；超深1.5 m；填塞長度5.5 m；裝藥長度11 m；孔距5 m;排距4 m；炸藥單耗0.65 kg/m3；單孔裝藥量200.2 kg；連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)；現(xiàn)場混裝銨油炸藥/袋裝乳化炸藥[3]；數(shù)碼電子雷管；延期時間：共5 排炮孔，按起爆網(wǎng)路圖的炮孔編號設(shè)置延期時間，根據(jù)具體情況選擇斜線起爆或“V”形起爆網(wǎng)路。

后排孔設(shè)計(jì)為不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，不耦合系數(shù)為1.5，以降低對后繼邊坡掌子面的破壞。

1.4 距離礦界100～50 m 范圍

小臺階開挖，將現(xiàn)行開采方案更改為7.5 m 臺階推進(jìn)。將原15 m 臺階變?yōu)樾∨_階，臺階高度為7.5 m。

區(qū)段Ⅳ爆破方案：孔徑165 mm；孔深8.0 m；超深0.5 m；填塞長度3.5 m；裝藥長度4.5 m；孔距4.5 m，排距4 m；炸藥單耗0.61 kg/m3；單孔裝藥量81.9 kg；現(xiàn)場混裝銨油炸藥；數(shù)碼電子雷管；起爆網(wǎng)路：電子雷管逐孔微差起爆，起爆序列采用“V”形起爆網(wǎng)路。

100～50 m 范圍內(nèi)的爆破需要進(jìn)行預(yù)裂爆破設(shè)計(jì)，預(yù)裂爆破預(yù)裂孔主要爆破參數(shù)（乳化炸藥）為孔徑165 mm；孔距1.8 m；孔深8.5 m；不耦合系數(shù)3.0；線裝藥密度1.0 kg/m；單孔裝藥量7.0 kg。緩沖孔主要爆破參數(shù)（乳化炸藥），孔徑為165 mm；孔距3.0 m；孔深8.5 m；不耦合系數(shù)1.5；與主爆孔排距3.5 m；單孔裝藥量37 kg。

預(yù)裂爆破裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：預(yù)裂爆破炮孔采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，不耦合系數(shù)取3.0；裝藥結(jié)構(gòu)采用普通的藥卷和導(dǎo)爆索制成的藥串進(jìn)行間隔裝藥；整體裝藥結(jié)構(gòu)分為底部加強(qiáng)裝藥段、正常裝藥段和上部減弱裝藥段。

2 起爆分析

優(yōu)化方案主要采用斜線起爆網(wǎng)路與“V”形起爆網(wǎng)路，對比2 種起爆網(wǎng)路中巖石的移動方向可知斜線起爆網(wǎng)路的巖石向一側(cè)移動，移動方向與點(diǎn)燃陣面（等時線）垂直；“V”形起爆網(wǎng)路的巖石向內(nèi)側(cè)移動，移動方向同樣垂直于點(diǎn)燃陣面（等時線）。綜上，由巖石的移動方向與建筑物的位置，在現(xiàn)場則可以選擇合理的起爆網(wǎng)路與起爆點(diǎn)位置。

不同方案不同距離最大質(zhì)點(diǎn)振速計(jì)算見表1[7]。

表1 不同方案不同距離最大質(zhì)點(diǎn)振速計(jì)算

目前采用數(shù)碼電子雷管對于露天深孔爆破的主振頻率可提高至20 Hz 左右，此時根據(jù)《爆破安全規(guī)程》的要求，土窯洞、毛石房的爆破振動安全允許振速為0.45～0.9 cm/s；一般民用建筑的爆破振動安全允許振速為2.0～2.5 cm/s；工業(yè)和商業(yè)建筑的爆破振動安全允許振速為3.5～4.5 cm/s；礦山巷道的爆破振動安全允許振速為18～25 cm/s。

100～50 m 范圍的爆破均需要結(jié)合預(yù)裂爆破，通常預(yù)裂爆破可降低振動20%以上[8]，所以，表1 中的各項(xiàng)振速均能滿足《爆破安全規(guī)程》關(guān)于一般民用建筑的振動要求。

3 爆破飛石控制措施

飛石控制措施如下[9]：

1）控制爆破飛石主方向，合理確定臨空面。根據(jù)露天礦山臺階爆破現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在正常條件下，常規(guī)臺階爆破個別飛石最大飛散距離分別為，沿抵抗方向200 m、沿臺階側(cè)向?yàn)?00 m、沿抵抗線反方向?yàn)?0 m。故在較大規(guī)模露天礦山臺階爆破中，合理選擇抵抗線方向，避開飛石主方向，能最大程度減少飛石對保護(hù)對象的危害。

2）做好爆破起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)，合理控制排間微差時間。使用數(shù)碼電子雷管能夠有效保證按照設(shè)計(jì)要求的起爆順序，“V”形起爆網(wǎng)路的爆巖飛散較斜線網(wǎng)路的少。

3）做好掌子面浮石及特殊地形地質(zhì)條件的處理。如有與臨空面貫穿的斷層帶或其他軟弱破碎帶時，應(yīng)對裝藥位置作出調(diào)整，通過間隔裝藥來防止爆生氣體沿該軟弱面沖出形成飛石。在下1 個梯段爆破前，要清除掌子面上的浮石以防止爆炸應(yīng)力波的沖擊形成飛石。

4）如果爆區(qū)距離建筑物100 m 以內(nèi)，建議使用炮泥作為填充材料，并逐層搗實(shí)。

4 結(jié)語

基于安家?guī)X露天礦東幫靠界區(qū)域復(fù)雜的周邊環(huán)境，提出了以50 m 為區(qū)段劃分Ⅰ（250～200m）、Ⅱ（200～150m）、Ⅲ（150～100m）、Ⅳ（100～50m）、Ⅴ（50m以內(nèi)）5 個區(qū)間的優(yōu)化方案，對各區(qū)段爆破方案進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)不同距離的爆破方案產(chǎn)生的振動速度最小、爆破效果更理想。