石灰石礦山復(fù)雜環(huán)境下高陡邊坡殘留體安全治理

李 斌，霍 偉，姜 嵩

(1.山東省濟(jì)寧市公安局治安警察支隊(duì)，濟(jì)寧 272000；2.兗州中材建設(shè)有限公司，濟(jì)南 250100)

1 工程概況

江西某水泥有限公司石灰石礦山，由于歷史遺留原因，在投產(chǎn)前臨邊處被亂采亂挖形成了高陡邊坡殘留體。如圖1所示為高陡邊坡殘留體開采環(huán)境平面示意圖，該殘留體東、西、南三側(cè)為陡坎，東西平均長(zhǎng)度約50 m，南北平均長(zhǎng)度約63 m，最高點(diǎn)與南側(cè)原始邊坡最低處高差約56 m，北側(cè)已開采至125 m平臺(tái)，高差約33 m；周邊環(huán)境復(fù)雜，殘留體中心點(diǎn)距破碎站、皮帶廊、配電室等設(shè)施70.6 m，邊坡最近處不足40 m，距最近的磚房85.5 m，且周邊近距離存在鄉(xiāng)村道路(112.4 m)、加油站(153.2 m)等需要保護(hù)的對(duì)象[1,2]。

2 技術(shù)方案

2.1 總體方案

如圖2所示，該高陡邊坡殘留體分成A、B兩個(gè)區(qū)域，兩區(qū)域分開施工，先施工區(qū)域A再施工區(qū)域B。區(qū)域A的開采施工，可充分利用靠近區(qū)域B的礦石修筑聯(lián)絡(luò)道路至區(qū)域A的頂部，使用破碎錘整平區(qū)域A的頂部并創(chuàng)造高風(fēng)壓鉆機(jī)的鉆孔平臺(tái)。待區(qū)域A施工至標(biāo)高1時(shí)，暫停區(qū)域A的施工，轉(zhuǎn)而開采區(qū)域B，將大量礦石甩方至區(qū)域B(保留適量礦石以應(yīng)對(duì)區(qū)域A的后期開采，避免重復(fù)甩方)，盡量抬升聯(lián)絡(luò)道路高度，以便于區(qū)域B各項(xiàng)施工。區(qū)域B的開采施工，前期需鉆抬眼爆破，抬眼法開采降段至合適位置后，采用常規(guī)豎直孔鉆孔爆破[3-6]。

2.2 爆破施工技術(shù)措施

1)豎直孔爆破施工

以區(qū)域A為例做具體技術(shù)說(shuō)明：履帶式高風(fēng)壓鉆機(jī)鉆孔，分臺(tái)階爆破降段。區(qū)域A頂部標(biāo)高141 m，計(jì)劃三個(gè)臺(tái)階標(biāo)高為136 m、131 m和125 m。詳見圖3區(qū)域A降段剖面示意圖。

根據(jù)周邊環(huán)境和設(shè)備人員施工條件，爆破設(shè)計(jì)參數(shù)如下(以降段5 m為例)[3,5]：

(1)孔距3.0 m；(2)排距2.2 m；(3)孔深5.6 m(含超深0.6 m)；(4)角度90°(視情況可做適當(dāng)調(diào)整)；(5)孔徑80 mm；(6)炸藥單耗≤0.3 kg/m3(自由面方向較好時(shí)可適當(dāng)增加)；(7)頂部堵塞長(zhǎng)度≥3.5 m；(8)裝藥方式為集中裝藥(視情況可采用間隔裝藥或底部耦合裝藥上部不耦合裝藥)；(9)非電導(dǎo)爆管雷管毫秒微差爆破，逐孔起爆，最大齊爆藥量為10 kg。

根據(jù)爆破效果及爆破危害程度對(duì)爆破參數(shù)及時(shí)調(diào)整。爆破完確定安全后，計(jì)劃下一炮鉆機(jī)行進(jìn)道路等問(wèn)題，綜合考慮礦堆的合理利用(平整為鉆機(jī)道路或借助礦堆進(jìn)行鉆孔等)。循環(huán)作業(yè)時(shí)注意調(diào)整挖掘機(jī)甩方清除礦堆和修筑鉆機(jī)行進(jìn)道路等的關(guān)系、順序。

2)抬眼法爆破施工

對(duì)于區(qū)域B，受條件限制，前期只能進(jìn)行抬眼法爆破施工。經(jīng)實(shí)地勘察，首次抬眼爆破位置如圖4所示，該位置墻體東西寬度11.6 m，具體設(shè)計(jì)爆破參數(shù)如下[3,5]：

(1)孔距1.0 m；(2)排距0.6 m；(3)孔深7.0 m；(4)眼孔略向下傾斜(孔底低于孔口，便于裝藥填塞)；(5)孔徑80 mm；(6)孔數(shù)11個(gè)(首炮眼孔個(gè)數(shù))；(7)頂部堵塞長(zhǎng)度5.5 m；(8)裝藥方式為集中裝藥；(9)炸藥單耗約為0.85 kg/m3；(10)非電導(dǎo)爆管雷管爆破，單排同時(shí)起爆，最大齊爆藥量為45.2 kg。

區(qū)域B首次爆破炮口方向面向西。此次爆破后，及時(shí)甩方清理礦渣，視情況保留部分礦渣，修筑鉆機(jī)工作平臺(tái)，調(diào)整炮口方向?yàn)槊嫦虮?此方向更為安全)，而后自北向南逐炮推進(jìn)，擇機(jī)創(chuàng)造條件，盡早調(diào)整為豎直鉆孔爆破[7,8]。

3 爆破安全計(jì)算

3.1 爆破振動(dòng)安全校核

爆破振動(dòng)安全允許距離[9,10]，根據(jù)公式(1)

(1)

式中,R為爆破振動(dòng)安全允許距離；Q為炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延遲爆破為最大一段藥量，按照參數(shù)取30 kg；V為保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度[1]，按照磚房取值，2 cm/s；K、α為與爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件和衰弱指數(shù)，根據(jù)相關(guān)工程實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)得出[1]，分別取250和1.65。

按照磚房計(jì)算，安全允許振速V=2.0 cm/s，最大齊爆藥量45.2 kg，計(jì)算得到R=66.46 m<70.6 m，距離殘留體中心點(diǎn)最近的破碎站、皮帶廊、配電室等設(shè)施是安全的。

3.2 爆破飛石安全校核

對(duì)于臺(tái)階深孔爆破個(gè)別飛石的最大距離由下式確定[9]

Rmax=100K1K2r3/W3

(2)

式中,Rmax為爆破產(chǎn)生個(gè)別飛石的最大距離，m；K1為深孔密集(鄰近)程度系數(shù)(見表1)；K2為炸藥爆破能量與抵抗線相關(guān)系數(shù)(見表2)；r為炮孔半徑，cm；W為第一排炮孔的最小抵抗線，m。

表1 深孔密集程度系數(shù)K1

表2 炸藥爆破能量與抵抗線相關(guān)系數(shù)K2

對(duì)于豎直孔爆破，K1取1，K2取0.5，計(jì)算得到的爆破產(chǎn)生個(gè)別飛石的最大距離Rmax為204.8 m，結(jié)合圖1的爆破周邊環(huán)境，破碎站、皮帶廊、配電室、鄉(xiāng)村道路和加油站(153.2 m)等需要進(jìn)行個(gè)別飛石的安全保護(hù)。

4 施工安全措施

4.1 爆破飛石控制

1)優(yōu)化爆破方案

根據(jù)爆破要求和自由面情況，結(jié)合被爆巖體力學(xué)性質(zhì)和巖層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理布置藥包，確定合理的裝藥結(jié)構(gòu)和嚴(yán)格控制裝藥量，采用逐孔起爆技術(shù)。

2)主動(dòng)防護(hù)

采用豎直孔爆破時(shí)，爆區(qū)表面采用炮被覆蓋措施，單塊炮被規(guī)格為1.6 m×1.6 m，重75 kg(見圖5)，多塊炮被用鐵絲緊固的連接在一起，形成一整張炮被[10]。

區(qū)域B抬眼爆破時(shí)，在炮口正前方砌筑擋墻(此擋墻采用編制袋裝粘土或細(xì)沙砌筑而成)。設(shè)置擋墻，寬2 m、高2.5 m，長(zhǎng)度視爆區(qū)長(zhǎng)度而定，兩側(cè)超出爆區(qū)長(zhǎng)度1.5 m，如圖6所示)。

4.2 滾石防控措施

在需保護(hù)對(duì)象(主要是皮帶廊)與山體之間合適位置開挖滾石攔截溝，個(gè)別位置可另安裝SNS被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)[10]，被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)鋼絲繩直徑10 mm、網(wǎng)孔參數(shù)200 mm×200 mm、防護(hù)網(wǎng)高度5 m。

5 結(jié) 論

a.針對(duì)礦山臨邊處被亂采亂挖形成的高陡邊坡殘留體爆破安全開采問(wèn)題，將殘留體分成A、B兩個(gè)區(qū)域，先施工區(qū)域A再施工區(qū)域B。區(qū)域A的開采施工，使用破碎錘平整區(qū)域A的頂部創(chuàng)造鉆孔平臺(tái)。區(qū)域B的開采施工，前期需鉆抬眼爆破，抬眼法開采降段至合適位置后，采用常規(guī)豎直孔鉆孔爆破。

b.進(jìn)行了爆破振動(dòng)和爆破飛石安全校核，計(jì)算結(jié)果表明：破碎站、皮帶廊、配電室、鄉(xiāng)村道路和加油站需要進(jìn)行個(gè)別飛石的安全保護(hù)。

c.針對(duì)爆破飛石控制和安全防護(hù)，選擇了逐孔起爆爆破方案的優(yōu)化和鋼絲胎炮被主動(dòng)防護(hù)。

總之，這種復(fù)雜環(huán)境和復(fù)雜條件的施工，通過(guò)合理利用現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施人員，最大限度利用好周邊環(huán)境、地勢(shì)地形等各種條件，以最低成本創(chuàng)造爆破施工條件，采用精細(xì)化的控制爆破工藝，最終以合理的成本實(shí)現(xiàn)安全治理、安全開采的目的。