復雜環境下石灰石露天礦山安全開采高陡邊坡的研究

韓 峰，賀軍令

(焦作煤業(集團)有限責任公司，河南 焦作 454000)

0 引言

經過對水泥礦山溝谷進行調查發現，該地區溝壑縱橫，該礦山巖層物理性以及力學性能相對較好，與此同時該礦山節理略發育，巖層產狀相對平緩。經過開采發現，在東西方向的北段都出現了直立陡坎，而在臨邊巖體附近存在較大的破碎性，巖體呈現出較大的破裂形狀。通常可以在自然邊坡位置設置如下幾個環節：破碎系統設施、工業廠房、廠區主運輸道路。在礦山東西，采取臨近區域是高陡邊坡開采，在進行爆破的過程中相對復雜，因此往往容易形成滾石、飛石，從而大大增加了對周圍設置的破壞性。

1 高陡邊坡分區安全開采方案

對于礦區高危邊坡而言，在巖層進水平方向呈現層狀，臨邊是超過60°的陡坡，有的地方出現了接近90°的陡坎，也有45°左右的陡坡。在進行開采的過程中，受到爆破以及自然條件等限制，往往在施工時將會引發邊坡危石松動的現象，給施工帶來一定的滾石安全隱患。在對礦區進行開采的過程中，必須選用有效的機械設備，這樣能夠降低爆破次數；當滿足爆破的條件下，必須控制爆破時所采用的用藥量，這樣能夠有效地控制爆破時產生飛石的數量，從而可以防止產生滾石。對于高陡坡而言，不同的工況，應采用相應的施工形式。

1.1 超過60°高陡邊坡

對于東采區而言，其邊坡長度可以達到1 200～1 215 m，在該周圍環境中，由于巖石相對復雜，巖層呈現水平層狀，臨邊大都超過了60°陡坡，對其進行爆破的過程中，往往需要借助卸料平臺以及相應的破碎機設備。

1.1.1 施工方案

對于臨近邊坡爆破范圍內，通常可以選用機械揭頂以及逐孔起爆的方式進行爆破，下面介紹相應的裝藥以及挖裝技術。

1)從減少爆破的振動危害方面，通常選用單排爆破逐孔爆破的技術手段。

2)從減少爆破時滾石的數量來看，在進行爆破過程中，經過爆破處理后可以選用挖掘機處理保留的頂部部分，從而可以有效地降低臺端高度，與此同時還要結合鉆孔與爆破工序。經過爆破后，通過揭頂進而降低高度，如此往復進行，一直將高度保持在設定的高度為止。

3)在設計裝藥結構時，必須結合實際情況，以不產生飛石以及邊坡滾石為依據，通常選用間隔裝藥的形式。

1.1.2 爆破參數設計及開挖步驟

底盤抵抗線計算公式如下：

(1)

其中，d表示相應的孔徑，其數值為140，單位mm；d表示相應的裝藥系數，其數值范圍在0.7～0.8；m表示相應的炮孔密集系數，其數值范圍在1.2～1.3；Δ表示相應的裝藥密度，其數值為1.0 t/m3；q表示相應的炸藥單位消耗量，由于該礦山的礦石屬于中硬度巖石，因此其藥量選用0.45 kg/m3。

經過上述計算可以得到底盤抵抗線W取值為3.23 m，依據現場經驗底盤抵抗線W取值為3.5 m。而對于孔深而言通常依據邊坡的實際而定。

依據相應的施工方案，對礦山設置相應的爆破參數以及合理的開挖步驟。

1)在第1次實施爆破的過程中，孔深深度設定為15 m，孔之間的間距為5.5 m，前排抵抗線設定為3.5 m。當平臺完成爆破后，可以選用原始邊坡面進行揭頂處理。

2)當完成揭頂后，接著需要對爆破孔進行12.2 m的深度，孔與孔之間的距離為5.5 m，抵抗線設定為3.3 m。與此同時，在第2次實施爆破后，對于原始邊坡面的揭頂工藝可以選用挖掘機。

3)在完成揭頂后，開始實施第3次爆破，孔深度設定為9 m，孔與孔之間的距離設定為5 m，抵抗線設定為3.2 m。坡面的揭頂工藝可以選用挖掘機。

4)在完成揭頂后，開始實施第4次爆破，爆破平臺高度設定為5.2 m，孔深度設定為6.1 m，孔與孔之間的距離設定為4.5 m，抵抗線設定為3.2 m。

5)在進行4次爆破挖掘工作后，選用挖掘機、破碎錘對原始邊坡進行處理。

1.2 45°較緩邊坡

對于西采區而言，1 228 m以上的部分為剝離區域，處于爆破位置該邊坡相對平緩，位于邊坡50 m的位置存在1個生產煤堆棚。鑒于煤堆棚內部的設施以及相應的結構而言，可以選用部分爆破以及挖掘的形式進行處理。由于該部分為原始地貌，如下為炮孔結構以及相應的爆破參數。

1)該區域排孔設置為2排，與此同時設置好前排抵抗線，其取值為3.5 m。

2)第二排是臨近邊坡的最終一排布孔，它可以保證爆破時的自由面方向與堆煤棚方向相反。

3)對于第二排炮孔裝藥結構而言，將其設置為與1 200～1 215 m區域邊坡類似，與此同時逐步朝著終邊坡推進，這樣可以最終開采到1 228 m位置，從而可以完成開采。

1.3 直立邊坡區域

在對直立邊坡進行爆破時，由于該區域達到邊坡呈現90°，并且巖體呈現出破碎的現象。要在最大程度降低因爆破導致出現的飛石，為了不影響臨近廠區的安全性，本區域選用逐步爆破的方式，對于臨邊位置可以選用松動爆破的形式，最后選用挖掘機對爆破位置松動的巖石進行回收。

相應的爆破網孔布置區域如圖1所示。由于1、2、3號孔設置在臨邊，孔深度設定為6.8 m。其他的眼孔布置為正產深度眼孔，孔深度設定為6.5 m，全部炮孔孔徑設定為140 mm。A的方向表示主爆破方向，B方向設定為1、2、3號孔的爆破方向。

圖1 爆破孔網布置

在進行爆破后，對其進行排險，并且在合適的位置設置警戒工作人員，而挖掘機沿著礦推進的方向進行設置。在進行作業的過程中，布置由專門人員進行輔助指揮，這樣便于回收震松孔后的巖石，從而可以大大降低因礦石滾落而帶來的安全事故問題。經過上面的爆破后，在臨邊位置將形成一個約高9 m，寬7 m的小臺階。

在進行鏟裝的過程中，可以選擇合適的位置設置一定量的礦石，這樣可以用來修筑鉆進道路，從而為后期的鉆孔、爆破以及排險等工作提供便利。

在完成第1次降段的過程中，由于巖石結構并不相同，因此所采用的工程方案大致如下：當已經達到安全預期后，優先選用松動爆破的形式，接著借助挖掘機實施排險，一直持續到下一個平臺位置。

2 爆破飛石安全校核

在充分考慮工程實踐的基礎上，選用公式(2)計算爆破飛石距離:

Rf=KiqD

(2)

式中，Rf表示相應的爆破產生個別飛石距離，單位：m；Ki表示相應的與爆破方式、填塞長度、地質和地形條件有關的系數，取值范圍在1.0～1.5；q表示相應的炸藥單耗，單位：kg/m3；D表示相應的炮孔直徑，單位：mm。

經過選取參數可以計算出個別飛石能夠達到的距離為94.5 m，以該距離為參考可以做好因飛石產生的安全問題。

3 施工安全措施

3.1 爆破飛石控制

3.1.1 優化爆破方案

依據爆破條件以及相應的自由面的實際，充分結合巖石的物理特點，進而可以設置較為理想的藥包，從而能夠有效地確定裝藥結構以及裝藥量，所運用的技術手段為逐孔起爆的形式。

對于臨邊工況相對復雜的地段，通常選用分段間隔不藕合裝藥技術，不僅可以有效的提高安全性，而且能夠增加爆破效果。

3.1.2 主動防護

在運用豎直孔進行爆破時，對于爆區表面而言，選用炮被進行覆蓋，通常一塊炮被參數為：1.6 m×1.6 m，重量達到75 kg，2個及其以上的炮被往往可以選用鐵絲將其緊緊固定在一起成為一大塊炮被。

3.2 安全防控措施

對于東采區域，通常需要在道路外側以及卸料平臺與破碎設備之間設置防護網，其參數：鋼絲繩直徑設定為10 mm，網孔參數設定為：200 mm×200 mm，與之對應的防護網高度設定為5 m。

在1 228 m水平臺上部位置進行爆破時，通常需要將防護溝設定在開采區域與煤堆棚之間，這樣可以有效減少爆破滾石帶來的沖擊。與此同時還要在防護溝與煤堆棚之間設置SNS被動防護網，鋼絲繩直徑設定為10 mm，網孔設定為200 mm×200 mm，與之對應的防護網高度設定為5 m。

4 結語

對于臨邊爆破相對危險的區域進行爆破作業時，必須詳細制定出爆破施工工藝以及相應的精細化方案。在實施爆破的過程中，必須對因爆破產生的飛石進行安全校核，經過校核發現在臨邊位置的設施設備諸如破碎站、工業廠房等需要設置安全防護。鑒于爆破飛石的控制以及安全防護，通常可以選用逐孔起爆爆破、分段間隔不藕合裝藥等方式。經過工程實踐發現改進后的方式可以大大提高飛石安全問題。