徐嘉辰 汪 斌 壽震宇(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；2.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

·材料·裝備·

公路工程爆破對尾礦庫安全性影響研究

徐嘉辰1,2，3汪 斌1,2，3壽震宇1,2，3(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；2.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

為研究周邊工程爆破施工對運(yùn)行中尾礦庫安全的影響，以實(shí)際工程為背景，通過定性、定量分析，明確了馬鞍山長江公路大橋接線工程K26+260～K27+195段爆破不會對凹山總尾礦庫壩體產(chǎn)生影響，該研究方法對類似工程具有一定的參考價值。

公路工程 爆破施工 尾礦庫 安全運(yùn)行

爆破在現(xiàn)代工程施工中有著廣泛的應(yīng)用。爆破的地震效應(yīng)及爆破沖擊波易誘發(fā)滑坡、滾石、土層液化、爆堆滑移等災(zāi)害，對鄰近建(構(gòu))筑物造成極大的安全隱患。

尾礦庫作為人工高勢能泥石流危險源，其安全性研究一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。為研究臨近尾礦庫的工程爆破對尾礦庫安全性的影響，以實(shí)際工程項(xiàng)目為背景，根據(jù)馬鞍山長江公路大橋接線工程K26+260～K27+195段相關(guān)資料、凹山總尾礦庫相關(guān)資料及現(xiàn)場調(diào)研情況，分析和預(yù)測了馬鞍山長江公路大橋該段接線工程爆破可能對凹山總尾礦庫壩體安全運(yùn)行產(chǎn)生的不良影響及危害程度。

1 工程概況

1.1 馬鞍山長江大橋及接線工程概況

馬鞍山長江公路大橋及其接線工程位于安徽省東南部馬鞍山和巢湖市境內(nèi)，是長江三角洲地區(qū)交通規(guī)劃中的上?！帯R鞍山～合肥高速公路的組成部分，也是中部地區(qū)公路規(guī)劃中馬鞍山～和縣～武漢高速公路的重要路段。該項(xiàng)目路線起點(diǎn)位于巢湖和縣姥橋鎮(zhèn)省道206上，向西順接規(guī)劃中滁州至馬鞍山(姥橋)高速公路，起點(diǎn)樁號為-(K0+085)，終點(diǎn)位于馬鞍山“當(dāng)涂縣牛路口(皖蘇界)”，與馬鞍山至溧水公路(江蘇段)相接，樁號為K36+189，路線全長36.274 km。項(xiàng)目的中間控制點(diǎn)主要有：長江大橋橋位、馬鞍山城市規(guī)劃區(qū)、馬蕪高速公路交叉點(diǎn)、凹山總尾礦庫、鐵礦區(qū)等。

根據(jù)《馬鞍山長江公路大橋接線工程施工圖設(shè)計》(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究院)，馬鞍山長江公路大橋接線工程起訖樁號K26+260～K27+195段距離凹山總尾礦庫南側(cè)195.3～441.5 m,該段所在地形原為丘陵山地，施工需在穿越埡口段進(jìn)行挖方爆破作業(yè)，其中K26+260～K26+400挖石方約1.6萬m3，K27+000～K27+195挖石方約12.1萬m3。

1.2 尾礦庫概況及相對位置

凹山總尾礦庫位于馬鞍山市向山鎮(zhèn)凹山選廠以南約4 km處，庫區(qū)原始地形為2個低山丘陵區(qū)的凹地，凹山庫區(qū)最低標(biāo)高+15.5 m；南山坳庫區(qū)最低標(biāo)高+25.0 m。庫內(nèi)植被良好，最大匯水面積1.61 km2，現(xiàn)匯水面積1.27 km2,有環(huán)庫公路與礦區(qū)及四周鄰村相通，交通方便。

凹山總庫是由南山礦業(yè)公司使用多年的凹山老尾礦庫和南山坳尾礦庫合并形成新的尾礦庫。兩尾礦庫合并后簡稱凹山總尾礦庫，稱原有的兩座尾礦庫為凹山老庫和南山坳庫。凹山老庫由鞍山礦山設(shè)計院1963年設(shè)計，1965年建成投產(chǎn),周邊由凹山主壩、董耳山副壩、七聯(lián)山副壩、凹山1#副壩、楊山口副壩、凹山2#副壩圍成;南山坳庫由南山坳主壩、南山坳1#副壩、東南山口副壩及凹山2#副壩圍成。

大橋接線工程K26+260～K27+195段位于凹山總尾礦庫南側(cè)，該區(qū)段線路長度約932.4 m，與該段接線工程臨近的凹山總尾礦庫壩體為東南山口副壩及南山坳1#副壩西側(cè)壩段，相對位置見圖1。依據(jù)實(shí)測地形圖及相關(guān)資料，東南山口副壩壩體結(jié)構(gòu)為堆石透水初期壩+后期子壩壩型。初期壩壩頂標(biāo)高+70.0 m、壩底標(biāo)高+64.0 m、壩高6 m、壩體外坡坡比約1∶2.0、壩體內(nèi)坡坡比約1∶1.5；后期堆積壩壩頂標(biāo)高約+93.0 m、壩底標(biāo)高+70.0 m、壩高23 m、壩體外坡坡比約1∶5.0。南山坳1#副壩西側(cè)壩段壩體結(jié)構(gòu)為后期堆積壩，壩頂標(biāo)高約+93.0 m、壩底標(biāo)高+64.0 m、壩高29 m、壩體外坡坡比約1∶5.0。

圖1 凹山總尾礦庫衛(wèi)星照片

2 尾礦庫主要危險、有害因素分析

馬鞍山長江公路大橋接線工程施工步驟主要包括：施工前技術(shù)準(zhǔn)備、征地拆遷、臨時工程、土方工程、防護(hù)(排水)工程、橋涵工程、交叉工程、路面工程、沿線設(shè)施工程、環(huán)保綠化工程等。凹山總尾礦庫南側(cè)路段原始地形為丘陵山地，大橋接線工程在該部位需適當(dāng)降低山體埡口段的縱面指標(biāo)，加大縱坡，需要進(jìn)行爆破作業(yè)。根據(jù)相關(guān)規(guī)程[2]關(guān)于爆破對環(huán)境有害影響控制的相關(guān)要求，爆破可能產(chǎn)生的危險有害因素一般有：爆破地震效應(yīng)及爆破沖擊波誘發(fā)的滑坡、滾石、雪崩、涌浪、土層液化、爆堆滑移等災(zāi)害，爆破造成的飛散物，爆破形成的有害氣體、粉塵及噪聲等有害物質(zhì)，早爆、盲炮及殉爆事故。

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，最大單段爆破藥量一般不大，且二者間距在190 m以上，其間平坦開闊或有丘陵間隔，爆破形成的有害氣體、粉塵及噪聲，早爆、盲炮及殉爆事故不會直接影響尾礦庫安全,而爆破地震效應(yīng)、爆炸空氣沖擊波及爆破飛石，可能對凹山總尾礦庫安全產(chǎn)生影響，具體分析如下：

(1)爆破地震效應(yīng)。大橋接線工程施工過程中的爆破作業(yè)可能對凹山總尾礦庫構(gòu)成的安全隱患主要包括：①地震波引發(fā)尾礦庫周邊山體巖石質(zhì)點(diǎn)振動，誘發(fā)山體滑動、崩塌等事故，進(jìn)而導(dǎo)致尾礦庫庫內(nèi)壅浪、漫壩、潰壩等安全事故；②尾礦庫內(nèi)尾砂可能液化為無黏性及少黏性土層，爆破地震效應(yīng)可能使庫內(nèi)尾砂及后期堆積壩發(fā)生液化作用，造成后期堆積壩軟化，進(jìn)而造成潰壩事故；③引發(fā)尾礦庫相關(guān)設(shè)施破壞，造成尾礦輸送管、回水管斷裂，泵房、值班房損壞，尾礦庫監(jiān)測設(shè)施破壞等事故。

(2)爆炸空氣沖擊波。炸藥爆炸時，無論介質(zhì)是空氣還是巖石，都將有空氣沖擊波從爆炸中心傳播出來。炸藥若是在空氣中爆炸，高溫、高壓的爆炸產(chǎn)物在巖石破裂的瞬間沖入大氣，強(qiáng)烈地壓縮鄰近的空氣，使其壓力、密度、溫度突然升高，形成空氣沖擊波。由于沖擊波具有較高的壓力和較大的流速，可以引起爆破點(diǎn)附近一定范圍內(nèi)構(gòu)筑物、設(shè)備設(shè)施和巖體的破壞。

(3)爆破飛石。爆破施工中，總有個別碎石飛得較遠(yuǎn)，由于其飛行方向難以準(zhǔn)確預(yù)測，往往會給爆區(qū)附近人員、建筑物和設(shè)備等的安全造成一定威脅。

3 爆破計算及分析[3]

3.1 最大單段爆破藥量

根據(jù)相關(guān)規(guī)程[2]相關(guān)的規(guī)定，爆破振動安全允許距離為：

(1)

式中，R為爆破振動安全允許距離，m；Q為最大單段爆破藥量，kg；ν為保護(hù)對象振動安全允許速度，cm/s；k，α分別為與保護(hù)對象的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。

由式(1)得最大單段爆破藥量：

(2)

(1)最大允許振速ν值的確定。根據(jù)相關(guān)規(guī)程[2]，同時考慮到凹山總尾礦庫的重要性及庫區(qū)的地質(zhì)條件，參照水電站安全允許震動速度,選取凹山總尾礦庫壩體允許爆破振動速度為0.5 cm/s。

(2)k、α值的確定。根據(jù)安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究院提交的詳細(xì)工程地質(zhì)勘察報告，爆破所在地的基巖為風(fēng)化閃長巖，其硬度系數(shù)為8～12，屬于中堅硬巖石。根據(jù)爆破安全規(guī)程及本地區(qū)基巖性質(zhì)，選取k=150，α=1.5.

(3)根據(jù)《馬鞍山長江公路大橋接線工程施工圖設(shè)計》(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究院)，馬鞍山長江公路大橋接線工程起訖樁號K26+260～K27+195段距離。凹山總尾礦庫南側(cè)195.3～441.5 m范圍內(nèi)，最大爆破振動安全允許距離取R=195 m.

計算得，Q=82.3 kg，即：馬鞍山長江公路大橋接線工程K26+260～K27+195段爆破作業(yè)時，最大單段爆破藥量不能超過82.3 kg。

3.2 空氣沖擊波的危害半徑

爆炸空氣沖擊波的危害半徑：

(3)

式中，RB為空氣沖擊波的危害半徑，m；kB為與裝藥條件和爆破程度有關(guān)的系數(shù)，取10。

經(jīng)計算，RB=90.7 m.考慮到凹山總尾礦庫距離大橋接線工程最近點(diǎn)為195.3 m，故在最大單段爆破藥量Q≤82.3 kg時，爆炸空氣沖擊波對凹山總尾礦庫影響較小。

3.3 爆破飛石安全距離

本工程爆破施工路段位于山坡上，極易產(chǎn)生爆破飛石，飛石距離計算為：

Rp=40KanW,

(4)

式中，Rp為飛石安全距離，m；Ka為安全系數(shù)，一般選用1.0～1.5，取1.5；W為最小抵抗線，按設(shè)計參數(shù)取W=3.5 m；n為爆破作用指數(shù)，一般為0.75～3，取0.75。

經(jīng)計算得：Rp=59.06 m，考慮到凹山總尾礦庫距離大橋接線工程最近點(diǎn)距離為195.3 m，故爆破飛石對凹山總尾礦庫相關(guān)構(gòu)筑物不構(gòu)成威脅。

4 爆破地震安全分析[4]

11-5logr≤I≤12-5logr；

(5)

S=315r-1.5 ；

(6)

(7)

(8)

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，計算出r、s、V值，再確定烈度I，評價危險程度。

大橋接線工程爆破地點(diǎn)距凹山總尾礦庫最近距離為195.3 m，最大炸藥量為82.3 kg。

由計算結(jié)果可以看出，大橋接線工程爆破作業(yè)在最大單段爆破藥量Q≤82.3 kg時，產(chǎn)生的爆破地震烈度不超過3度，小于凹山總尾礦庫的抗震設(shè)防烈度6度?？梢源_定，在約束條件下(Q≤82.3 kg)，馬鞍山長江公路大橋接線工程K26+260～K27+195段爆破震動安全滿足凹山總尾礦庫設(shè)防要求。

5 結(jié)論與建議

按最大單段爆破藥量50 kg，并采取其他措施降低爆破地震效應(yīng)后，馬鞍山長江公路大橋接線工程K26+260～K27+195段爆破對凹山總尾礦庫壩體安全影響較小，不構(gòu)成安全隱患，大橋接線工程K26+260～K27+195段路線選址可行。

依據(jù)以上危險、有害因素辨識結(jié)果與定性、定量分析結(jié)果，遵循針對性、技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性的原則，提出消除或減弱危險、危害的技術(shù)和管理對策措施及建議：①馬鞍山長江公路大橋接線工程K26+260～K27+195段施工過程中，如遇到工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件有明顯變化，應(yīng)及時通知設(shè)計方研究處理；②采用最優(yōu)爆破參數(shù)和爆破器材，減少一次爆破起爆藥量的微差爆破、分散裝藥等措施；③選擇低威力、低爆速的炸藥進(jìn)行爆破；④選擇不耦合裝藥，有效降低爆破振動；⑤合理安排作業(yè)時間，在每次爆破后將爆破自由面上的土、石料基本清理完畢后，再進(jìn)行下一次爆破作業(yè)；⑥爆破員應(yīng)填寫爆破記錄，包括爆破設(shè)計方案、參數(shù)、評述以及施工概況、爆破效果及安全分析；⑦爆破記錄和總結(jié)應(yīng)整理歸檔。

[1] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局.尾礦庫安全監(jiān)督管理規(guī)定(第38號令)[S].北京：國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，2011.

[2] 中國工程爆破協(xié)會GB 6722—2011 爆破安全規(guī)程)[S].北京：國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，2011.

[3] 李夕兵.鑿巖爆破工程[M]．長沙：中南大學(xué)出版社，2011.

[4] 顧毅成，史雅語，金驥良，等.工程爆破安全[M].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2009.

2014-07-24)

徐嘉辰(1989—)，男，碩士研究生，243000 安徽省馬鞍山市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)西塘路666號。