鈣芒硝礦開采爆破作業安全管理模式

張春太

洪雅青衣江元明粉有限公司，中國·四川 眉山 620360

1 引言

礦山開采是人類的重要生產方式之一，爆破是多數礦山生產不可缺少的重要環節。爆破是利用炸藥瞬間釋放的爆炸能量對介質作功，以達到預定工程目標的作業方式。炸藥具有的特殊能量，如果意外釋放炸藥爆炸后的有害效應未得到有效預防或控制，將造成了嚴重的傷亡事故、設備損毀或環境破壞，甚至是毀滅性的破壞；如果爆破器材丟失，可能危及社會公眾利益和公共安全。

鈣芒硝礦開采爆破是比較特殊的地下中深孔擠壓爆破，具有單次爆破藥量大，通常為上百噸炸藥；單次使用雷管數量多，通常為上萬發雷管。就該公司礦山來說，規模最大的一次爆破炸藥量為210t，雷管3 萬發左右，屬于炸藥總量大、炮孔數目多、作業區域廣的特點。爆破作業的每一個環節都充滿了危險性，爆破作業的每一個環節的安全控制都是重中之重。不僅要控制爆破器材儲存、運輸環節的安全，還要控制裝藥、聯網和起爆環節的安全，還要控制爆破振動對地表建構筑物及設施的破壞，還要控制爆破有害氣體對井上下員的危害及排放的安全，還要控制爆破沖擊波及飛石對井下設備設施的損壞。該公司礦山在20 多年近300 多次的鈣芒硝礦開采爆破中，有一套行之有效的安全管理模式。

2 礦山概況

2.1 礦山基本情況

白塔鈣芒硝礦礦山地面屬低山丘陵，位于洪雅縣余坪鎮，地面標高+530m 左右，礦層為灰綠色中－粗晶鈣芒硝礦，由2 個單層組成，平均品為31.6%，密度為2.7t/m。

白塔鈣芒硝礦礦山為地下開采礦井，主要開采礦種為芒硝礦，采用斜井開拓方式。主要使用鑿眼爆破的方式進行巷道掘進，有軌加無軌組合的運輸方式運送掘進產生的礦渣，礦石的回采方法為：硐室水溶法進行溶礦、抽鹵進行回采，硐室水溶法采礦方法為：在各水平中段劃分為若干個溶區，采用中深孔擠壓爆破落礦后對每個溶區一次性爆破落礦，落礦后對溶區封閉注水、抽水進行回采作業。

2.2 3310 溶區爆破參數

3310 溶區位于井田西南部，溶區走向平均長度140m，傾向全長286.4m，爆破高度8.95m；其中落礦走向平均長度126m，落礦傾向長度252m，爆落巖石69.3 萬t。溶區巷道與巷道中心線距離18m，布置切巷7 根，平巷15 根，使用扇形布孔，孔徑55 mm，平巷每排布置3 孔，眼孔深度4.9～9.7m。切巷每排13 孔、14 孔交叉布置，孔深6.6～9.7m。總裝藥量Q總＝210729kg，最大單段藥量Qmax=1640kg，塑料導爆管雷管29790 發，爆破網絡設計上首段管選用MS-8 段雷管t=250ms。

地面屬低山丘陵，溶區平均標高+326.2m；地面標高+530m，相距203.8m，地表有少量住戶。

3 爆破設計安全控制

中深孔擠壓爆破作為四川地下芒硝礦開采的一個主要環節，安全在這一環節占據最重要的地位，如何保證爆破器材的安全正確使用，達到預定的爆破工程目標是決定爆破成功與否的關鍵。爆破設計中如何控制爆破有害效應，是實現安全爆破的本質目標。

3.1 爆破振動速度的控制

3.1.1 對地面建筑物的安全控制

對地表建構筑物進行勘查，若在爆破中心對應地表有一般民用建筑物存在，GB6722—2014《爆破安全規程》爆破安全振動允許標準規定，經我公司長期對爆破振動監測統計，主頻在11.2～57.6Hz，對應地表振動速度應該控制在2.0～3.0cm/s 之間，因此地表振動速度按小于2.0cm/s 進行最大單段裝藥量設計。根據公式：

Q=R3（V/K）3/ɑ

其中，V 為保護對象所在地面質點振動速度，V=2.0 cm/s；

R 為爆心至觀測點的距離，m；R=203.8m；

K、ɑ 為與爆破點至計算保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數；K ＝250，ɑ 取1.8；

Q 為最大單段裝藥量，kg；Q≤2704kg，而在實際設計中最大單段裝藥量Q=1640kg,低于標準值，符合規程要求，也確保地表建構筑物的安全。

3.1.2 對井下巷道的安全距離

根據GB6722—2014《爆破安全規程》礦山巷道安全振動允許振速V=18～30cm/s，因此巷道振速取V=18 cm/s 計算振動安全控制范圍。

根據R=( k/v)1/aQmax1/3=256.7m 必須對爆區256.7m 內的巷道采取支護處理，設備進行固定加固處理。

3.2 爆破空氣沖擊波的控制

鈣芒硝礦采礦爆破是井下大規模爆破，強烈的爆炸空氣沖擊波在一定距離內會摧毀管道、設備、構筑物以及巷道支架等，還有可能對人員造成傷害，因此，爆破設計時必須確定其危害的距離[1]。

3.2.1 對井下設備的安全距離

對井下設備按公式：

R空.設=K空Q總1/2=459m

其中，K空＝1。

結合3.1.2 爆破振動對井下巷道內設備的影響范圍為256.7m，故要求井下設備在459m 范圍內必須加固處理[2]。

3.2.2 對人員的安全距離

根據公式：R空.人=8（0.6Q總）1/2[3]計算所得對人員的保護距為2844.6m。

井下人員應在直線距離2844.6m 范圍之外，因爆破點距地表203m，由于在起爆前，井下所有人員都已經撤出地面，因此不會對人員造成影響，地面人員在起爆前全部撤離主井、副井口200m 范圍外，并由專業救護人員在主井、副井口200m 以外設立警戒。

3.2.3 對爆破網絡的影響

從先爆破的第一延時區域傳遞到第九平巷需用時：144/340×1000=423.5ms； 傳遞到十五平巷需用時252/340×1000=741ms，而網路總延時為417.5ms，所以沖擊波沖從首爆區域傳遞到最近的第九延時區或最遠的第十五延時區，爆破主網路早已傳爆完畢，由此類推第一延時區域爆破后對第九、第十……第十四、第十五平巷網絡都無影響[2]。

3.3 爆破有毒有害氣體控制

炸藥在爆炸后將產生大量的有毒有害氣體，如CO、CO2、NH3、SO2、H2S 等，井下爆破后，空間狹窄，爆炸后有毒有害氣體會聚集在井下各巷道和爆區的礦石空隙間。爆破后CO 濃度有時達到50000ppm，超過相關規定的最高允許濃度2100 多倍，爆破有毒有害氣體排放（以下簡稱：排毒）不慎，就可能造成重大的人員傷亡。

爆破后產生大量的高濃度有毒有害氣體必須采用正確的排放方式，我公司采用“救護監護，通風稀釋”的排毒方法：專業救護人員偵察井下巷道、硐室的有毒有害氣體濃度，按照制定的排毒預案，采用“主扇+局扇”的方式進行通風排毒；監護通風排毒排放的毒氣量和濃度，也對溶區注水排毒進行監護。

3.3.1 爆破后排毒

主、副井地面排毒：爆破后，救護人員首先對主、副井周圍進行有毒有害氣體濃度檢測，符合規程標準值后，副井留下監護排毒救護人員，其余救護人員到主井集合待命。

井下排毒：根據經驗，1h 后，主井及井底車場和主要進風巷道的有毒有害氣體基本達到規程標準值，救護人員按排毒預案分別對井下巷道及硐室進行排毒。達到《爆破安全規程》規定標準并穩定12h 才能允許其他作業人員進入。

3.3.2 溶區注水排毒

爆破完成恢復生產后，首先對溶區下部擋水墻鋼制人孔進行封堵，然后對溶區上部注水擋水墻預留洞采用砼封堵，然后在救護人員監護下向密封了的溶區緩慢注水，注水量的增加，溶區礦石間隙的有毒有害氣體被擠壓通過專用PE 管排入回風副井[4]。經過多次對溶區注水后才能將有毒有害氣體排完。

3.4 個別飛散物及噪聲

礦山地下爆破，爆破時人員已經全部撤離，產生的飛散物不會對人員、爆破網絡和周圍環境造成危害，故飛石安全距離設計從略。

同時，因地下爆破，噪聲影響甚微，在爆破安全設計也不考慮。

4 爆破施工作業安全控制

4.1 爆破組織機構及職責

為了使爆破工作安全有序進行，確保萬無一失，決定成立爆破指揮部負責全面組織爆破實施工作。由公司總經理任指揮長，公司總工程師、生產安全副總經理及礦長任副指揮長。指揮部下設技術、通風、安監和保衛、礦山救護隊、電鉗、絞車、供應回收、后勤、生產科、調度室和裝藥隊等11 個職能組。明確指揮部及各職能組的職責。

4.2 爆破準備

根據溶區的基本情況進行爆破初步設計，然后進行溶區中深孔施工，并實測中深孔再修正爆破設計。按審查批準的設計進行混裝乳化炸藥、塑料導爆管雷管、導爆索等材料計劃，編制各職能組人員和爆破工作日程。

4.3 爆破過程安全控制

由工程技術人員負責，對參加中深孔擠壓爆破的人員進行三交培訓（“交勞動組織”“交技術要求”“交安全技術措施和注意事項”）。未參加培訓的人員嚴禁參加爆破作業。

對爆破器材進行檢測：非電雷管的驗收、分裝及試爆。混裝乳化炸藥基質檢驗密度及試爆。

現場混裝乳化炸藥基質的運輸：由工廠生產經專用爆破器材運輸車運達礦山臨時存放處后，再將基質按炸藥下井安全規定通過軌道運輸方式到達爆破溶區。

采用積木式現場混裝系統進行耦合裝藥，由指揮部組織爆破技術人員進行爆破網絡敷設聯線。

爆破警戒：救護隊員在副井以風機房為中心以200m 為半徑設置警戒；主井口正對的305 公路兩端200m 處設置警戒，嚴禁車輛、人員通行；地表爆破影響中心區的警戒，在爆破前，公司相關人員要實地踏勘，爆破當天，還要由公司有關人員會同鎮政府工作人員、派出所干警、村干部一起到現場，炮響前所有人員將所有人員撤離爆破影響區域。

4.4 爆破作業應急預案

在爆破作業期間，公司實行半軍事化管理，并制定有關中深孔擠壓爆破期間各環節違章處罰規定和中深孔擠壓爆破的有關應急預案：排毒期間副井風機停止抽風，盲炮處理，基質、雷管、導爆索運輸發生爆炸事故，地面雷管分裝發生雷管爆炸，裝藥過程中雷管爆炸，地面點炮后溶區未爆等。

5 結語

論文以白塔礦山3310 溶區中深孔擠壓爆破為例，闡述了地下礦山大規模藥量爆破作業安全管理模式，為其他礦山地下爆破提供了參考。控制最大單段藥量是減少對地表振動危害的關鍵措施；爆破排毒方法解決人員中毒的問題；實行半軍事化管理，保證了每一環節都安全可控。