220 kV超高壓線下某礦山控制爆破方案設(shè)計(jì)

葛 樂 儀海豹 尤元元 汪 禹 關(guān)佳佳

(1.安徽省公安廳治安總隊(duì)；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；3.馬鞍山礦山研究院爆破工程有限責(zé)任公司；4.淮南市公安局治安支隊(duì))

1 工程概況

某露天鐵礦地處安徽省馬鞍山市，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為500萬t/a，現(xiàn)已形成12，0，-12，-24，-36，-48，-60，-72 m平臺，主要針對西翼礦體進(jìn)行開采。根據(jù)礦山生產(chǎn)采剝進(jìn)度計(jì)劃，礦山將對東翼礦體、西翼礦體進(jìn)行協(xié)同開采，以實(shí)現(xiàn)礦山采剝平衡。礦區(qū)東翼礦體周邊環(huán)境較為復(fù)雜，礦體位于采場東南側(cè)、220 kV 當(dāng)蘇4835/4836高壓線西側(cè)，其東北側(cè)和東側(cè)為礦山臨時(shí)排土場、干選廠、礦石倒裝礦倉控制室、鐵礦車間，西南側(cè)為二期工程破碎站(圖1)。

2 爆破設(shè)計(jì)方案

2.1 爆破方案選擇

根據(jù)東翼采區(qū)地形及周邊環(huán)境等特點(diǎn)，礦山生產(chǎn)爆破對采場東側(cè)干選廠、220 kV 當(dāng)蘇4835/4836超高壓輸電線、二期工程破碎站的危害主要是爆破振動(dòng)、飛石、沖擊波等。為降低礦山日常爆破作業(yè)對220 kV 高壓線、干選廠、二期工程破碎站的影響，設(shè)計(jì)將爆破區(qū)域劃分為機(jī)械開采區(qū)、控制爆破作業(yè)區(qū)、正常生產(chǎn)爆破作業(yè)區(qū)，將距離干選廠大于60 m以外作為正常生產(chǎn)爆破區(qū)；將距離干選廠40～60 m范圍劃分為控制爆破區(qū)(標(biāo)高-12～0 m)；將距離干選廠40 m范圍內(nèi)劃分為機(jī)械開采區(qū)(標(biāo)高0 m以上)，該區(qū)域嚴(yán)禁進(jìn)行爆破作業(yè)，采用挖掘機(jī)配合破碎錘進(jìn)行機(jī)械破碎(圖1)。

圖1 東翼采區(qū)周邊環(huán)境

2.2 爆破參數(shù)

2.2.1 炸藥單耗

為確保220 kV超高壓線、干選廠、二期工程破碎站等設(shè)施安全，設(shè)計(jì)采用減弱松動(dòng)爆破技術(shù)[1-4]。考慮到礦山地質(zhì)構(gòu)造及巖石物理力學(xué)參數(shù)，結(jié)合礦山日常生產(chǎn)爆破參數(shù)，本研究設(shè)計(jì)的單位炸藥消耗量q取0.40～0.55 kg/m3。

2.2.2 炮徑及布孔形式

設(shè)計(jì)采用CM351型潛孔鉆機(jī)穿孔，正常生產(chǎn)爆破作業(yè)區(qū)炮孔直徑為200 mm，炮孔傾角β為90°；控制爆破區(qū)炮孔直徑90 mm，炮孔傾角β為90°；靠幫預(yù)裂爆破區(qū)孔徑為140 mm，炮孔傾角β為60°。在平面上采用能量分布比較均勻的三角形布孔方式。

2.2.3 底盤抵抗線

底盤抵抗線(W1)一般為孔徑的20～50倍。本研究正常爆破作業(yè)區(qū)炮孔直徑為200 mm，底盤抵抗線為6.5 m；控制爆破區(qū)炮孔直徑為90 mm，底盤抵抗線為2.9 m。

2.2.4 炮孔深度和超深

為克服臺階底盤阻力，促使爆破后臺階底盤平整，防止根底產(chǎn)生，設(shè)計(jì)炮孔深度適當(dāng)超出臺階高度H，其超出部分即為超深h。超深h一般為臺階高度的10%～15%。結(jié)合目前礦山的實(shí)際生產(chǎn)爆破情況，設(shè)計(jì)臺階高度H為12 m，超深h取2 m，超深h選取應(yīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷修正，炮孔深度應(yīng)根據(jù)爆區(qū)實(shí)測標(biāo)高確定。

2.2.5 孔距和排距

(1)孔距。孔距a一般取1～2倍W1。根據(jù)礦山條件及爆破施工經(jīng)驗(yàn)，正常生產(chǎn)區(qū)a=7.5 m，控制爆破區(qū)a=3.4 m，預(yù)裂爆破孔距a=1.3～1.5 m。

(2)排距。本研究炮孔排距b取值為(0.6～1)W1。根據(jù)礦山條件及爆破施工經(jīng)驗(yàn)，正常爆破作業(yè)區(qū)炮孔排距取5 m，控制爆破作業(yè)區(qū)炮孔排距取2.3 m。

2.3 裝藥結(jié)構(gòu)

正常生產(chǎn)炮孔與預(yù)裂孔裝藥結(jié)果不一致，其中正常生產(chǎn)炮孔采用連續(xù)裝藥方式，每個(gè)炮孔配雙發(fā)高段位400 ms延期導(dǎo)爆管雷管，其中一發(fā)起爆雷管裝入炮孔下部，一發(fā)起爆雷管位于炮孔中上部與放至孔底的導(dǎo)爆管捆綁連接。預(yù)裂孔的裝藥結(jié)構(gòu)包括底部裝藥、中部裝藥和頂部裝藥3個(gè)部分，將分節(jié)藥卷連同2根導(dǎo)爆索綁扎在一起。炮孔裝藥結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.4 爆破網(wǎng)絡(luò)

(1)正常生產(chǎn)爆破網(wǎng)絡(luò)。本研究采用非電雷管導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)，逐孔單響起爆方式，降低爆破作業(yè)對220 kV高壓線、干選廠、二期工程破碎站等設(shè)施的影響。設(shè)計(jì)孔內(nèi)孔外微差相結(jié)合，每個(gè)炮孔內(nèi)均放置高段位400 ms延期非電雷管，同一排炮孔間均采用25 ms延期非電雷管傳爆，排與排之間均采用42 ms延期非電雷管傳爆。

圖2 炮孔裝藥結(jié)構(gòu)

(2)預(yù)裂爆破網(wǎng)絡(luò)。本研究預(yù)裂爆破采用導(dǎo)爆索搭接網(wǎng)絡(luò)起爆，預(yù)裂孔與主爆孔之間采用延期高精度導(dǎo)爆管雷管連接，超前主爆區(qū)150 ms起爆，主爆孔、緩沖孔依次起爆，爆破網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。

3 爆破安全計(jì)算及防護(hù)措施

3.1 爆破振動(dòng)影響范圍

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2014)[3]，當(dāng)10 Hz50 Hz時(shí)，安全允許振動(dòng)速度為4.2～5.0 cm/s。本研究設(shè)計(jì)的爆破工程為露天深孔爆破，f一般為10～60 Hz，同時(shí)考慮建(構(gòu))筑物情況，為確保安全，針對二期粗破碎站、倒裝礦倉控制室、干選廠選取的安全允許振動(dòng)速度為2.0 cm/s。

根據(jù)《電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50260—2013)和《架空輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(DLT 5154—2012)，輸電線路桿塔和基礎(chǔ)抗震設(shè)防烈度應(yīng)采用當(dāng)?shù)氐幕镜卣鹆叶取榇_保爆破作業(yè)期間61#、62#高壓線塔架安全，本研究選取的爆破安全允許振動(dòng)速度為2.0 cm/s。

根據(jù)設(shè)計(jì)選取的爆破振動(dòng)速度值計(jì)算爆破施工時(shí)的最大段藥量，公式為

Q=[R·(V/K)1/α]3，

(1)

式中，Q為一次爆破最大段起爆藥量，kg；R為被保護(hù)物至爆區(qū)的距離，m；K、α為與爆區(qū)地形、地質(zhì)等條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。

根據(jù)計(jì)算，正產(chǎn)生產(chǎn)區(qū)二期粗破碎站的最大爆破振動(dòng)速度為0.82 cm/s，礦石倒裝礦倉控制室的最大爆破振動(dòng)速度為1.15 cm/s，巖石倒裝礦倉控制室最大爆破振動(dòng)速度為0.42 cm/s，鐵礦車間的最大爆破振動(dòng)速度為0.14 cm/s，61#高壓線塔架的最大爆破振動(dòng)速度為0.21 cm/s，62#高壓線塔架的最大爆破振動(dòng)速度為0.22 cm/s，以上振動(dòng)速度皆小于選取的安全允許振動(dòng)速度2.0 cm/s。控制爆破區(qū)域最大段藥量為60 kg，通過采用預(yù)裂爆破技術(shù)，預(yù)計(jì)爆破振動(dòng)可以降低50%，則可以將干選廠處的爆破振動(dòng)速度控制在其安全允許振動(dòng)速度2.0 cm/s以內(nèi)。

3.2 爆破飛石影響距離計(jì)算

飛石距離計(jì)算常用的經(jīng)驗(yàn)公式為[4]

Rf=20K′n2W，

(2)

式中，Rf為爆破飛石安全距離，m；K′為安全系數(shù)，一般取1.0～1.5，本研究取1.1；n為爆破作用指數(shù)，松動(dòng)爆破時(shí)取0.65；W為最小抵抗線，取6.5 m。

經(jīng)計(jì)算，爆破飛石安全距離為60.4 m，爆破飛石可控制在爆破安全警戒范圍內(nèi)，炮孔起爆方向背離220 kV高壓線、干選廠、二期工程破碎站等設(shè)施，爆破飛石不會(huì)對礦山周邊生產(chǎn)、生活設(shè)施產(chǎn)生影響。考慮到爆破飛石計(jì)算公式為經(jīng)驗(yàn)公式，礦山在現(xiàn)場施工過程中須嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)方案進(jìn)行，確保炮孔填塞質(zhì)量及長度。

3.3 爆破沖擊波安全距離計(jì)算

露天鉆孔爆破空氣沖擊波超壓值的計(jì)算公式為

(3)

式中，ΔP為空氣沖擊波超壓值，×105Pa；Q為一次爆破炸藥量；對于臺階爆破，K=1.48，α=1.55。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)[3]，本研究爆破方案中被保護(hù)對象的空氣沖擊波超壓的安全允許標(biāo)準(zhǔn)值為0.06×105Pa。經(jīng)計(jì)算，各保護(hù)對象沖擊波超壓值均小于安全允許值0.06×105Pa，表明礦山爆破作業(yè)時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的分區(qū)一次起爆藥量進(jìn)行爆破作業(yè)，可將爆破空氣沖擊波對各保護(hù)對象的影響控制在安全允許范圍內(nèi)。

3.4 爆破安全防護(hù)措施

(1)爆破施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制單孔最大裝藥量和一次起爆總藥量，單孔最大裝藥量控制在220 kg以內(nèi)，一次起爆總藥量控制在2.5 t以內(nèi)。做好炮孔堵塞工作，保證堵塞長度和堵塞質(zhì)量，嚴(yán)禁在堵塞物中摻雜碎石，避免發(fā)生爆破飛石事故[5-7]。

(2)靠幫時(shí)采取預(yù)裂爆破技術(shù)，預(yù)裂孔超前主爆區(qū)起爆，以形成預(yù)裂縫，降低爆破振動(dòng)強(qiáng)度；一次最大一段預(yù)裂孔裝藥量小于220 kg，預(yù)裂線長度大于主爆區(qū)長度。

(3)選用合適的微差間隔時(shí)間，孔內(nèi)孔外微差相結(jié)合，每個(gè)炮孔內(nèi)均放置高段位400 ms延期非電雷管，同一排炮孔間均采用25 ms延期非電雷管傳爆，排與排之間均采用42 ms延期非電雷管傳爆。每次單體爆破設(shè)計(jì)應(yīng)有效控制爆破自由面方向，盡可能使得爆破自由面?zhèn)认蚧虮诚?20 kV高壓線、干選廠、二期工程破碎站等設(shè)施。

4 結(jié) 語

為降低某露天礦山爆破作業(yè)對220 kV高壓線、干選廠、二期工程破碎站等設(shè)施的影響，設(shè)計(jì)了控制爆破方案，將開采區(qū)域劃分為機(jī)械開采區(qū)、控制爆破作業(yè)區(qū)、正常生產(chǎn)爆破作業(yè)區(qū)，方案中正常生產(chǎn)爆破區(qū)的最大單孔裝藥量為220 kg，一次最大起爆總藥量為2.5 t；控制爆破區(qū)的最大單孔裝藥量為60 kg，一次最大起爆總藥量為0.84 t，須根據(jù)現(xiàn)場施工情況及時(shí)調(diào)整相關(guān)爆破參數(shù)。實(shí)踐表明：爆破振動(dòng)和爆破飛石是礦山生產(chǎn)爆破期間對周邊220 kV高壓線、干選廠、二期工程破碎站等設(shè)施的主要危害因素，礦山生產(chǎn)爆破期間宜采用毫秒延時(shí)爆破技術(shù)，確保炮孔填塞質(zhì)量和長度，可有效降低爆破作業(yè)對采區(qū)周邊生產(chǎn)、生活設(shè)施的影響。