史靈杰，秦斌德，劉建兵

（1.中煤平朔集團有限公司，山西 朔州 036006;2.中國礦業(yè)大學（北京），北京 100083；3.國家電力投資集團有限公司內(nèi)蒙古能源有限公司，內(nèi)蒙古 通遼 029200）

爆破是露天礦生產(chǎn)的主要作業(yè)之一，合理的爆破參數(shù)對露天礦生產(chǎn)具有重要意義。相關學者對此進行了研究，張豪等[1]在露天礦采用逐孔微差爆破技術改善了爆破質(zhì)量；茍強[2]針對大孔徑深孔爆破的邊坡滾石控制技術進行了研究，并進行了現(xiàn)場應用；徐榮興等[3]在深孔預裂爆破技術中使用數(shù)碼電子雷管加空氣間隔裝藥的組合方案，并結合礦山中深孔爆破實踐，優(yōu)化了鉆爆參數(shù)和工藝控制措施；秦貴成[4]對安家?guī)X露天礦深孔臺階爆破參數(shù)進行了優(yōu)化，降低了爆破大塊率，改善了邊坡的成型效果。安家?guī)X露天礦東部優(yōu)化境界方案中，傳統(tǒng)爆破方式在距離地表重要構建筑物距離50 m 存在較大安全風險，需在東部開采境界選擇新的爆破方案與爆破參數(shù)[5]，為此，通過對比微差控制爆破和二氧化碳靜力爆破2 種技術優(yōu)缺點，在計算炸藥爆破時振動距離和飛石安全距離基礎上，提出到界邊坡區(qū)域的爆破控制方案，確定2 種爆破方案的應用范圍及爆破參數(shù)，確保安家?guī)X露天礦東幫到界過程中生產(chǎn)安全。

1 工程背景

安家?guī)X露天礦地處平朔礦區(qū)中南部，是我國自行研究、自主建設的平朔礦區(qū)第二座大型露天煤礦，采用單斗-卡車綜合開采工藝。上部黃土層外包，巖石剝離采用單斗-卡車開采工藝，采煤采用單斗-卡車-地表半固定破碎站-帶式輸送機半連續(xù)工藝，主采4＃煤、9＃煤、11＃煤3 個煤層。

安家?guī)X露天礦東幫礦權界東側存在馬關河、平陶公路、后安礦、白蘆煤礦、部分房屋及部分煤場等重要設施，東幫面臨到界安全問題。安家?guī)X露天礦東幫邊坡區(qū)域開采深度為170～210 m，東部境界至各重要設施的距離留設應不小于170～200 m。按照礦權境界位置和安全距離要求確定露天礦開采境界，則安家?guī)X露天礦將在東幫礦權界范圍內(nèi)損失煤量超過20.0 Mt，造成較大的經(jīng)濟損失。

根據(jù)現(xiàn)場踏勘資料，提出了搬遷平陶路以西的民房和儲煤場，并局部取直改移平陶路建議。以安家?guī)X礦東幫礦權界附近改移后的平陶路、工業(yè)大道、后安工業(yè)場地和白蘆工業(yè)廣場的西側邊界作為開采界，并向采掘場方向縮界50 m，形成了新的東部開采境界方案及最終東幫開采境界。

2 爆破方案選擇及安全距離

2.1 爆破方案

采礦方案中搬遷平陶路以西地面的民房和儲煤場，但到界邊坡區(qū)域存在馬關河及其他礦井地下設施，如何降低爆破對邊幫巖體的損傷及降低爆破安全距離對周邊設施的影響，是東幫到界邊坡面臨的主要問題。而按照安家?guī)X露天礦以往爆破經(jīng)驗，由于露天礦一次性起爆藥量較大，爆破產(chǎn)生的震動能量大，周邊其他設施存在安全距離不足問題，所以需采取特殊的爆破方式。

目前，巖石爆破減震技術主要有2 種方式：

1）常規(guī)微差控制爆破技術。微差控制爆破特點為[6-7]：①優(yōu)點：相比一次全孔爆破技術，能有效地降低爆破沖擊波、震動、噪音和飛石，破碎程度好，可提高爆破效率和技術經(jīng)濟效益，操作簡單、安全、迅速，可近距離爆破；②缺點：網(wǎng)路研究較為復雜，需特殊的毫秒延期雷管及導爆材料，一次爆破藥量較大時造成的振動影響較大。

2）新爆破技術。二氧化碳靜力爆破[8-11]特點為：①優(yōu)點：比炸藥安全，審批方便，運輸安全，可在復雜作業(yè)環(huán)境中使用，無破壞性震動波，對周圍環(huán)境影響不大；②缺點：施工步驟繁瑣，效率較低，管理要求高，爆炸效果差，巖塊大塊率高，爆破成本高。

根據(jù)2 種爆破方案的優(yōu)缺點，炸藥微差控制爆破是露天礦爆破的主要爆破形式，具有成本低、效率高的優(yōu)點。二氧化碳靜力爆破成本遠大于炸藥微差爆破，且效率較低；但是，二氧化碳靜力爆破振動效應遠小于炸藥爆破，對于巖體損傷小。綜合考慮爆破安全及經(jīng)濟性，推薦二氧化碳靜力爆破與傳統(tǒng)的炸藥微差控制爆破相結合方案來解決安家?guī)X礦東幫靠近邊界區(qū)域的爆破安全問題。

二氧化碳靜力爆破和炸藥微差控制爆破的應用范圍主要根據(jù)炸藥微差控制爆對安全距離需求確定。滿足炸藥微差控制爆破的范圍內(nèi)選用炸藥微差控制爆破，東幫開采邊界開采地表界較近的范圍使用二氧化碳靜力爆破，在安全距離能夠保證炸藥爆破的安全時采用炸藥微差控制爆破。

2.2 爆破振動安全距離

炸藥微差控制爆破安全距離計算公式如下[12-13]:

式中：Rw為測點與爆心的直線距離，m；V 為質(zhì)點振動速度，cm/s；Kw為相關系數(shù)，取值71.7；α 為衰減系數(shù)，取值1.31；Qmax為最大段起爆藥量，取值2 92 kg，安家?guī)X目前自營生產(chǎn)最大值為500 kg。

其中東幫爆破影響到的主要構建筑物有2 類：①東幫界以東地表的平陶公路、后安工業(yè)廣場等地面建筑；②安家?guī)X礦東鄰的后安礦及白蘆礦井下巷道。按照爆破安全規(guī)程規(guī)定，東幫地表的構建筑物限制振動速度為2.3 cm/s，東鄰的后安礦及白蘆礦井下巷道的限制振動速度為15 cm/s。

1）安家?guī)X目前自營炸藥微差爆破振動安全距離。對東幫界地表構建筑物安距離為109.64 m；對東鄰礦井的井下巷道安全距離為26.20 m。

2）安家?guī)X東幫外包炸藥微差控制爆破振動安全距離，對東幫界地表構建筑物的振動安全距離為91.64 m；對東臨礦井的井下巷道安全距離為21.90 m。

2.3 爆破飛石安全距離

露天煤礦采用混制炸藥進行松動爆破時，除了爆破振動對周邊構建筑物的影響較大外，其爆破時產(chǎn)生的空氣沖擊波、飛石等影響的安全距離也應根據(jù)實際情況進行計算確定，以保證爆破作業(yè)安全。

根據(jù)爆破安全規(guī)程規(guī)定，其中露天礦大規(guī)模深孔松動爆破空氣振動波的安全距離計算公式為[13]：

式中：Rs為空氣沖擊波安全距離，m；Q1為一次性起爆藥量，kg；Ks為空氣沖擊波安全系數(shù)，按照現(xiàn)場實際情況，取值為9，當爆破區(qū)域與被影響區(qū)域中間有地形障礙時，Ks值減半。

按照以上公式及安家?guī)X礦的實際情況，計算爆破空氣沖擊波的安全距離結果如下：①安家?guī)X礦自營剝離巖石爆破空氣沖擊波安全距離為201.25 m，當有地形障礙時爆破空氣沖擊波安全距離為100.63 m；②安家?guī)X礦外包剝離巖石炸藥爆破空氣沖擊波安全距離為153.79 m，當有地形障礙時爆破空氣沖擊波安全距離為76.90 m；③飛散物對人員的安全距離按照爆破安全規(guī)程的規(guī)定取值為200 m。而研究的東幫界地表構建筑物距離東幫爆破作業(yè)區(qū)安全距離不足200 m，故在爆破作業(yè)過程中應采取相應措施如壓渣、設置阻擋和疏散隔離附近人員等以杜絕爆破飛散物的安全事故。

2.3 到界邊坡爆破方案

后安礦及白蘆礦井下巷道距離安家?guī)X東幫界的最小平面距離約為130 m。礦區(qū)自營爆破作業(yè)一次起爆藥量較大，經(jīng)過計算，該方式在安家?guī)X東幫受影響構建筑物靠近采場的邊界以西109.64 m 范圍內(nèi)不適用，安家?guī)X礦的正常生產(chǎn)爆破對后安礦及白蘆礦的井下巷道不會產(chǎn)生安全影響。

安家?guī)X東幫受影響構建筑物靠近采場的邊界以西91.64 m 范圍內(nèi)不宜采用炸藥微差爆破，推薦該范圍內(nèi)的巖石爆破采用二氧化碳靜力爆破?？紤]到一定的富余系數(shù)和方便作業(yè)施工，確定自安家?guī)X東幫界往西的爆破方式依次為：①東幫開采地表界以西50 m 范圍內(nèi)采用二氧化碳靜力爆破；②東幫開采地表界以西50 m 至東幫開采地表界以西80 m 應采用外包設備微差控制爆破；③東幫地表界以西80 m 往西的剝離，1 210 m 水平以上外包剝離部分采用外包設備微差控制爆破，剩余部分為自營剝離，自營部分采用微差爆破。

其中，東幫界以西50 m 至東幫界以西80 m 范圍內(nèi)外包微差控制爆破作業(yè)量約為426.5×104m3，二氧化碳靜力爆破作業(yè)量約為268.6×104m3。

3 爆破參數(shù)及爆破建議

2 種爆破參數(shù)表見表1。

表1 2 種爆破參數(shù)表

1）二氧化碳靜力爆破。二氧化碳爆破巖石研究確定采用多排、按排順序起爆的爆破方法。小型鉤機與工作人員合作裝管，小型液壓鏟充填炮孔。采用微電流起爆器起爆，起爆順序為起爆裝置→導熱棒→致裂器打開→二氧化碳急速膨脹。二氧化碳爆破參數(shù)圖如圖1，二氧化碳爆破連線方式及起爆順序示意圖如圖2。

圖1 二氧化碳爆破參數(shù)圖

圖2 二氧化碳爆破連線方式及起爆順序示意圖

2）炸藥微差爆破參數(shù)。炸藥微差爆破巖石研究確定采用多排、深孔微差松動的爆破方法。主炸藥選用銨油炸藥，起爆采用起爆彈，汽車運藥，人工裝藥，小型液壓鏟充填炮孔。采用非電力毫秒微差起爆，起爆順序為起爆裝置→導爆管→間隔器→瞬發(fā)雷管→起爆彈→主炸藥。微差控制爆破參數(shù)圖如圖3。

圖3 微差控制爆破參數(shù)圖

4 到界邊坡穩(wěn)定安全措施及爆破建議

安家?guī)X東幫距離周邊建筑較近，松動爆破可能對臨近建筑產(chǎn)生振動影響，根據(jù)爆破震動影響公式，理論計算了爆破的安全距離；同時，結合二氧化碳爆破特點改進原爆破方案，以達到有效降低爆破振動的目的，有效避免露天采場中松動爆破對臨近建筑產(chǎn)生的破壞。

1）爆破影響控制。露天礦炸藥爆破對邊坡巖體產(chǎn)生震動損傷，進而降低邊坡穩(wěn)定性。因此在邊坡附近應合理降低震動爆破，制定嚴格的爆破安全作業(yè)規(guī)程，采取局部預裂爆破或挖掘減振溝等方式，降低爆破對到界邊坡影響。

2）端幫壓煤防滅火措施。最終邊坡下部殘留的端幫壓煤量，在露天采掘擾動過后易發(fā)生自燃，降低端幫邊坡的穩(wěn)定性，誘發(fā)滑坡災害發(fā)生，同時，殘煤自燃污染大氣環(huán)境，故建議制定嚴格的端幫壓煤進行防滅火措施，防止壓煤自燃。

3）邊坡監(jiān)測。邊坡監(jiān)測是防治滑坡和預報滑坡的重要手段。安家?guī)X露天礦在東幫到界區(qū)域，在東部幫坡上建立觀測線，布設監(jiān)測點，定期觀測監(jiān)測點，分析監(jiān)測點的位移對邊坡穩(wěn)定性的影響；除常規(guī)的位移監(jiān)測外，還應加強監(jiān)測工作的深度、廣度，進行地下位移監(jiān)測。

4）根據(jù)爆破安全規(guī)程要求，對露天采場到界邊坡進行爆破振動監(jiān)測，研究露天爆破振動對東幫臨近建筑的振動影響，控制爆破振動效應，確保采場臨近建筑的安全。

5）對爆破試驗進行分析，獲得不同爆破參數(shù)情況下的爆破振動影響。通過對爆破振動測試結果線性回歸后得出爆破振動波的傳播與衰減規(guī)律，對爆破的振動強度進行有效預測，對爆破參數(shù)進行修正，降低爆破振動效應，滿足爆破振動安全允許標準。

5 結語

1）東幫開采地表界以西50 m 范圍內(nèi)，應采用二氧化碳靜力爆破；東幫開采地表界以西50～80 m，應采用外包設備微差控制爆破；其余自營應采取微差控制爆破。

2）研究了2 種爆破方案的爆破參數(shù)。二氧化碳爆破巖石確定采用多排、按排順序起爆的爆破方法；炸藥微差爆破巖石確定采用多排、深孔微差松動的爆破方法。