安家嶺露天礦永久邊界爆破有害效應控制措施

馬傳賢

（山西中煤平朔爆破器材有限責任公司，山西 朔州 036006）

露天礦永久邊界開采時爆破有害效應必須采取措施對周圍建筑物和設施設備進行保護，防止爆破振動、爆破沖擊波以及飛散物等有害效應造成設備損傷或人員傷害。尤其露天礦邊界周圍靠近其它井工礦進行開采時，爆破振動必須嚴格控制在允許范圍內，否則將會造成不可估量的事故，因此露天礦永久邊界開采時的爆破有害效應分析和相應控制措施的制定，對露天礦永久邊界開采來說具有重要意義。

1 露天礦爆破有害效應

爆破有害效應主要包括：爆破振動、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，而其中對露天礦周圍建筑物和人員影響較大的主要為爆破振動、爆破飛散物和爆破沖擊波，尤其靠近露天礦開采邊界進行爆破作業時，這3 種爆破有害效應極易造成人員傷亡和設備、建筑物等損壞，因此必須制定相應措施，嚴格控制有害效應。

1.1 爆破振動

1）爆破振動的特點。爆破振動和自然地震相比，其特點為：①爆破振動持續時間較短，只有幾十毫秒至幾百毫秒；②爆破振動頻率較高，一般主振頻率為5～500 Hz；③爆破振動還受爆破類型、爆破規模、地質情況、爆破方法、炸藥量以及爆源距離等影響。

2）爆破振動有害效應的控制措施。根據爆破振動的特點，爆破振動有害效應的控制主要是采取有效措施預防爆破振動產生的主振頻率與被保護建筑物的固有頻率接近，以免造成共振破壞保護建筑物現象的發生?？梢圆扇〉拇胧┯校孩俨捎梦⒉羁刂票疲档捅普駝盈B加；②采用預裂爆破或開挖減振溝等，使振動波快速衰減；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幅度影響；④在復雜區域或重要建筑物周圍設置爆破振動監測，以確保爆破振動對周圍建筑物的影響在可控范圍內[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、地質條件、填塞質量等有關，若飛散距離控制不當，易造成人員、設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，進行精心設計和精細化施工；②選擇合理的裝藥結構和裝藥部位；③選擇合理的填塞長度，保證填塞質量；④對爆破區域采用沙袋等進行覆蓋，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，距離越近爆破沖擊波對人員和建筑物傷害越大，因此靠近邊界開采爆破時應該充分考慮爆破沖擊波有可能造成的危害，為避免事故的發生，控制爆破沖擊波的措施主要有：①合理的選擇爆破設計參數，采用微差控制爆破，減少一次齊爆藥量；②保證炮孔填塞長度和填塞質量，防止沖炮現象的發生；③采用低威力炸藥，禁止采用裸露爆破[3]。

2 安家嶺露天礦永久邊界爆破方案

結合露天礦爆破有害效應的特點，以平朔安家嶺礦永久邊界爆破為例，從爆破精細化施工、爆破振動控制、爆破飛石控制等方面來探討爆破方案的優化和具體應對措施。

2.1 安家嶺礦礦山邊界概況

平朔安家嶺露天礦開采至東面永久邊界，南北長約3 000 m，普氏系數6～8，巖石為中硬需要爆破，周圍環境復雜，從北向南依次為后安井工礦變電室、居民村莊、礦山停車場、公共道路、以及工業建筑等重要建（構）筑物，最近距離僅為72 m，東邊界附近建（構）筑物情況見表1。

表1 東邊界附近建（構）筑物情況

1）東邊界周圍建筑較多，距離較近，而且地質環境復雜，存在巖層賦存受背斜、斷層影響發生變化的情況。

2）現安家嶺礦都是大型設備進行鉆孔及挖運，采用的為0.25 m 孔徑潛孔鉆機穿孔，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較大。

3）爆破采用的為現場混裝散裝炸藥，裝藥為連續裝藥結構，實現間隔裝藥或不耦合裝藥困難。

4）周圍廢棄的井工巷道較多，無法詳盡探明，易造成塌方事故發生。

2.2 爆破設計及施工方案優化

2.2.1 孔網參數和裝藥結構

1）安家嶺露天礦靠界平盤采用深孔臺階松動爆破方式，臺階高度為15 m，超深為1.5 m，采用孔徑0.165 m 的鉆機進行垂直穿孔，孔排距誤差±0.3 m以內，后排實施預裂爆破，預裂孔采用小孔徑（0.12 m）鉆機穿孔，孔距控制在1～1.5 m 以內，爆破臺階剖面示意圖如圖1。

圖1 爆破臺階剖面示意圖

2）為了減少爆破有害效應作用，根據安家嶺露天礦實際情況對永久邊界處的爆破參數進行優化調整。如下：①由原來大孔徑0.25 m 炮孔改為0.165 m孔徑炮孔；②孔排距由原來孔距8 m、排距8 m 改為孔距6 m，排距6 m；③炮孔排數由原來的6 排變為5 排；④永久邊界與主炮孔之間增加預裂爆破，鉆孔布置及孔網參數圖如圖2。

圖2 鉆孔布置及孔網參數圖

3）裝藥結構。安家嶺露天礦使用的為現場混裝炸藥，通過現場混裝炸藥車進行現場裝藥，為連續裝藥結構，為了控制一次起爆藥量，利用空氣間隔器進行間隔裝藥，并調整堵塞長度，合理分配炸藥分布[4]。

2.2 延期時間和起爆點

1）采用的高精度非電導爆管雷管控制的逐孔微差爆破技術，減少齊爆藥量，地表網絡采用前排17 ms，第2 排42 ms，后3 排100 ms 時，通過奧瑞凱爆破設計軟件（Shot plus 5）進行模擬，在8 ms 內同時響的炮孔個數為4 個，分別為前排的第21 個孔，第2 排第19 個孔，第4 排第7 個孔，第5 排第1 個孔，非電管地表網絡連接及爆破效果模擬示意如圖3。

圖3 非電管地表網絡連接及爆破效果模擬示意圖

2）采用數碼電子雷管實現逐孔微差爆破技術，數碼電子雷管精確度高，1～2 000 ms 可以隨意設置，因此能夠實現深孔逐孔起爆，采用各孔間的延時時間設置為50 ms 時，能達到更好的爆破效果，有效減少爆破振動[5]。

3）起爆點。為增加爆破作用效果，減少爆破能量的后向傳播，根據自由面情況合理選擇爆破起爆點和抵抗線方向，減少爆破振動等有害效應，并使得建筑物、設備、人員等避開飛石主方向，從而最大限度地使被保護對象免受飛石危害[6]，起爆時起爆點位置選擇示意圖如圖4。

圖4 起爆時起爆點位置選擇示意圖

2.2.3 警戒和安全校核及振動監測

1）警戒。由于安家嶺露天礦永久邊界周圍條件復雜，因此按該礦《爆破安全規程》13.6.1 規定和實際情況加大警戒范圍，必須在平陶公路等各重要位置設置警戒，并提前通知300 m 范圍內的鄰近礦井（后安礦、白蘆礦、國強礦等）人員和設備進行避炮。

2）安全校核。采用經驗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，取15～16；D 為鉆孔直徑，m。

3）振動監測。對距離爆破點600 m 范圍內的重要區域及建筑設施利用爆破測振儀進行振動監測，保證爆破振動值在安全允許標準范圍內[8]。

2.3 爆破效果

綜合考慮永久邊界周圍環境情況，按照優化的爆破設計及施工方案進行了爆破，達到了爆破相關標準要求，按照《爆破安全規程》規定：爆破產生的振動、沖擊波、飛散物應控制在安全允許限度范圍內，將產生的爆破有害效應危害程度降低到最低，確保周圍保護目標的安全。

對于爆破振動有害效應的控制要求為附近建筑物的振動速度值不超過《爆破安全規程》中的安全允許標準，爆破振動安全允許標準表見表2。

表2 爆破振動安全允許標準表

根據表中保護對象類別劃分，相應建筑物的安全允許質點振動速度分別為：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+預制板）和煙囪以及中部兩處臨時建筑物屬于一般民用建筑物，1.5～2.0 cm/s；Ⅲ類為礦坑東北角的臨時停車場以及后安礦工業廣場內的彩鋼房，屬于工業和商業建筑物，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。爆破過程中監測到土窯處的最大爆破振動速度為為0.12 cm/s，民房建筑物處為1.32 cm/s，工業廣場內為1.58 cm/s，礦井井筒測得為2.32 cm/s，都遠小于其安全允許標準要求，達到了預期爆破效果。

對于爆破沖擊波的危害，爆破過程中未發現沖擊波造成建筑物及人員傷害。

對爆破飛散物進行了安全距離校核，飛分散距離為2.7 m，現場爆破時也未發現飛石超出安全距離，滿足爆破安全要求。

3 結語

介紹了安家嶺露天礦永久邊界爆破有害效應控制措施。露天開采過程中爆破有害效應的影響普遍存在且難以避免，通過采取合理的爆破參數、不耦合裝藥方式、逐孔微差爆破技術以及精細化施工，就能夠實現露天礦邊界爆破安全和達到預期的爆破效果，杜絕爆破事故的發生。