抚顺西露天矿电铁运输线路区域控制爆破技术研究

刘 涛，邢 振，吕 洋

（抚顺矿业集团西露天矿，辽宁 抚顺 113001）

抚顺西露天矿电铁运输线路区域控制爆破技术研究

刘 涛，邢 振，吕 洋

（抚顺矿业集团西露天矿，辽宁 抚顺 113001）

根据地质环境、水文条件及爆破冲击造成边坡振动影响等方面进行分析，合理确定爆破技术参数，将电铁线路与到界边坡受到的爆破冲击降至最低，确保爆破后电铁线路不受损，边坡仍具有良好的完整性和稳定性。

电铁；边坡；稳定性；爆破振动

0 引 言

以抚顺西露天矿北帮12－14段电铁运输线路与边坡安全稳定为研究基础，依据地质环境、水文条件、边坡稳定等方面分析。通过计算，优化炮孔间距、行距、孔深等技术参数，合理分配单孔装药量，改进网路联接及起爆方式，降低电铁线路与边坡受到的冲击影响，确保电铁线路及边坡的安全与稳定性。

1 开采范围与边坡稳定分析

西露天矿北帮12－14段开采范围为E1400—E3300区域，岩种以绿色页岩为主，设计最终平盘规格按照段高24 m留10 m保安平台，电铁系统保留20 m平盘宽度，设计坡面角为60°，端帮采矿规格与北帮相同。

北帮14段以上地下水源赋含丰富，主要是来自降雨与地表水径流入。边坡岩体的不良地质结构和构造产生的节理、裂隙、断层、褶皱随处可见[1]，经过地表水与地下水软化、溶蚀作用，加快了岩体泥化过程，使北帮边坡整体稳定性遭到严重破坏。

依照“煤炭工业露天矿设计规范GB50197—2005”中最终边坡安全稳定系数要求[2]，对北帮2016年末地表、2017年边坡设计进行了稳定计算，主要包 括 E2300、E2500、E2700、E2900、E3100、E3300 剖面。分别对北帮现状边坡与开采后设计边坡进行稳定性计算。考虑到地下水对边坡稳定性的影响较大，本次计算分别对无水状态下和含水状态下边坡稳定性进行计算分析。

通过计算结果表明，北帮2016年年末边坡含水情况下，E2300、E2500、E2700、E2900、E3100、E3300稳定系数为1.20～1.32处于稳定状态。2017年开采设计后边坡含水情况下，E2300、E2500、E2700稳定系数为1.10～1.13处于基本稳定状态；E2900、E3100、E3300稳定系数为1.16～1.31处于稳定状态。

每条剖面稳定计算得出的理论值,虽然在开采前和开采后都处于基本稳定和稳定状态，但在继续开采过程中，有可能因局部边坡地下水饱和或未探明的地质构造等因素，造成边坡失稳[3]。

2 北帮电铁运输线路附近爆破存在的问题

北帮12-14段为年久到界台阶，随着地下水溶蚀和自然风化作用，曾多次出现滑帮、位移等灾害。电铁线路与爆破区域相邻较近，按照以往爆破单耗额定值计算，炮孔与坡顶、坡底线及电铁线路之间的安全距离难以确定。间距过大时，爆破后难以达到设计采掘标准，影响采掘宽度和整体降深，甚至采掘后出现“硬帮”、“拉底”。间距过小时，爆破冲击会直接对电铁线路造成损毁，发生线路变形或局部埋道[4]，严重影响运输安全。

3 控制爆破设计研究

针对上述问题，经过多次小范围爆破试验，根据边坡自然条件、采掘方式、平盘宽度等因素，合理确定炮孔与坡顶、坡底线之间的距离，控制电铁线路一侧边行炮孔与北侧到界边坡里行炮孔药量，压缩爆破单耗，改进炮孔间距、行距参数、装药结构、起爆网路联接方式等[5]。以E2500-E2700电铁线路区域爆破设计为例，具体研究如下。

3.1 布孔参数的确定

设备选用GZ-160型潜孔钻机，潜孔钻头Φ=160 mm。依据地质条件、岩种、台阶高度、抵抗线，以及电铁线路安全距离等综合性因素，计算炮孔间距、行距及孔深参数。实际施工情况，确定台阶高度H=8 m；台阶坡面角α=60°；边行炮孔至坡顶线距离c=3 m。

3.1.1 底盘抵抗线、炮孔间距、行距的计算

1）底盘抵抗线：Wd=c+cotα·H

式中：Wd为底盘抵抗线，m；c为边行炮孔至坡顶线距离，m；α为台阶坡面角，°；H为台阶高度，m。

底盘抵抗线：Wd=7 m；

2）炮孔间距：a=mk·Wd

式中：a为炮孔间距，m；mk为炮孔密集系数；可参照岩石坚固性系数取值，详见表1。

表1 岩石坚固性系数

炮孔间距：a=5 m；

3）炮孔行距：b=kf·a

式中：b为炮孔行距，m；kf为行距系数，（0.75 ～0.8）。

炮孔行距：b=3 m；

3.1.2 超钻深度的计算

孔深小于或等于台阶高度时，相邻炮孔爆破漏斗交叉点必将高于下一平盘，导致残留根底，为了克服这种现象，设计孔深应超过台阶高度某一数值，其值的大小直接影响爆破经济技术指标与爆破效果这个数值就是超钻深度。

超钻深度值主要取决于底盘抵抗线的大小[6]。抵抗线过小，不仅增加了穿孔工作量且浪费炸药，还会造成药柱集中于炮孔底部，出现爆破不均匀，上部产生大块，底部出现冲炮等。抵抗线过大，容易造成硬帮或残留根底，而且爆破后冲力也增大。同时考虑到岩种的性质、台阶高度、炮孔行距、地形条件以及岩层含水情况等因素，如台阶岩层上软下硬时，超钻系数应增加10%～15%，台阶岩层上硬下软时，则应适当减少超钻深度。

北帮E2500—E2700区域12-14段电铁线路位于爆破区域下方，考虑到爆破产生的振动对线路可能造成损毁或埋道，因此，先发孔与后发孔的超钻深度也是不同取值，超钻系数可按其岩种对照取值，详见表2。

表2 超钻系数kg参照表

超钻深度：h=kg·Wd

式中：h为超钻深度，m；kg为超钻系数。

先发孔：h=0.3×7=2 m；

后发孔：h=0.2×7=1.5 m；

3.1.3 装药量的计算

装药量的确定取决于爆破作用指数，也就是指爆破漏斗半径r与最小抵抗线Wd的比值，以n表示，可以用n=r/Wd表示。爆破作用指数n在工程爆破中是一个极重要的参数，若改变爆破作用指数n，则爆破漏斗的大小、岩石的破碎性质和抛移程度都随之而发生变化。

为了确保电铁线路与北帮边坡达到减震效果，采取的是以松动爆破为主，爆破后只使岩体破裂，几乎没有抛掷作用，从外表看，不形成可见的爆破漏斗[7]。松动爆破采用的装药量一般较小。因此，爆破时所产生的振动较小，碎石飞散的距离也较小，考虑到电铁线路与北帮边坡的安全稳定，在原爆破工艺的基础上采取减弱松动爆破方法，降低松动爆破作用指数。

到界边坡以往设定炮孔与坡底线之间的距离为5 m，考虑到边坡含水情况下安全稳定性系数偏低，根据爆破试验效果来看，将炮孔与坡底线距离增至6.5 m，加大爆破振动冲击储备距离。控制电铁线路一侧边行孔药量，按照绿色页岩爆破单耗160 g/m3计算，边行孔药量确定为44.8 kg，里行孔药量确定为19.2 kg，经计算，爆破作用指数分别为0.62、0.46，均小于松动爆破作用指数0.75，减弱了爆破冲击对电铁线路与北帮边坡的振动。

3.1.4 边行孔药量计算

边行孔药量：Q=K·a·H·Wd

式中：Q为单孔炸药量，kg；K为爆破单耗g/m3；a为炮孔间距，m；H为台阶高度，m；Wd为底盘抵抗线，m。

边行孔药量：Q=44.8 kg；

3.1.5 里行孔药量计算

里行孔药量：Q=K·a·H·b

式中：b为炮孔行距，m。

里行孔药量：Q=19.2 kg；

3.2 装药结构的确定

为了达到降震效果，通过实验分析确定，炮孔均采取分段装药结构，这样既可保证底部岩体的破碎，又避免了上部岩体炮后产生大块。药包加工采用孔内微差爆破技术，孔内下部药拄使用MS20段雷管联接，上部分段药拄使用MS20段与瞬发雷管联接，实现单孔内分段微差起爆目的，达到松动爆破效果的同时，明显降低爆轰波振动。装药结构如图1所示。

图1 装药结构图

药柱高度：L1=L-L2；

填充高度：L2=（0.7～1.0）·Wd或L2=（20～30）·d；

式中：L 为炮孔深度，m；L1为药柱高度，m；L2为充填高度，m；d为炮孔直径，mm。

3.3 起爆网路联接

起爆网路联接，采用的是“多并串联”方式联接，使用地面MS12段毫秒微差延时雷管，由南向北对角线式间隔起爆，实现南侧孔先起爆形成自由面，北侧孔再起爆，有效降低冲击波产生的振动。

4 爆破质点振动速度的计算

爆破质点安全振速计算，是为了保护到界边坡和北帮上方建筑物的稳定，爆破质点振速值的大小起到决定性作用，主要因素是控制最大一次起爆药量，按照GB 6722—2014爆破安全规程规定[8]，边坡质点安全振速值不准超过60 cm/s，北帮上方建筑物安全振速值不准超过0.4 cm/s，具体可按下式计算。

式中：R为距离，m；V为质点振动速度峰值，cm/s；Q为最大一次起爆药量，kg；K、a为与爆破地形、地质条件有关的系数和衰减指数，K、a值可参照表3选取。

此区域岩种以绿色页岩为主，K、a值取中硬岩石，k=200，a=1.7，R=6.5 m，北侧里行孔最大一次起爆药量Q=19.2 kg，经计算，对边坡质点振速为44.2 cm/s，不超出规定值60 cm/s。

表3 K、a值参照表

依据上述方案，测量得出此区域与边坡上方地表建筑垂直距离219 m、水平距离495 m，经计算实际距离为541 m，K=200，a=1.7，此区域里行孔最大一次起爆药量为19.2 kg，质点振速为0.024 cm/s；边行孔最大一次起爆药量为44.8 kg，质点振速为0.039 cm/s。由此表明，各项质点振动值远低于规定值，因此，可以确定爆破振动对边坡和北帮上方建筑没有任何安全影响。

5 结 语

通过多次现场勘查，主要以电铁线路安全与北帮边坡稳定为研究重点，选定出代表性区域多次实施爆破试验，总结了爆破可能产生的冲击影响，并以爆破后台阶沉降度及边坡岩体稳定性，进行了全面检查和对比，计算合理爆破参数，优化爆破设计方案，达到理想控制爆破目的。

［1］高国骧.抚顺西露天矿开采技术［M］.北京：煤炭工业出版社，1993.

［2］中华人民共和国煤炭工业部.GB50197—2005煤炭工业露天矿设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2005.

［3］采矿设计手册：矿床开采卷（上）［M］.北京：中国建筑工业出版社.1988.

［4］张志呈.爆破基础理论与设计施工技术［M］.重庆：重庆大学出版社,1994.

［5］高金臣、张金泉.煤矿爆破实用手册［M］.北京：煤炭工业出版社，2008.

［6］张达贤，张幼蒂.露天采矿新工艺［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1990.

［7］骆中洲.露天采矿学［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1986.

［8］中国工程爆破协会.GB6722—2014爆破安全规程［S］.北京：中国标准出版社，2014.

Study on control blasting technology for electric railway transportation region in Fushun West Open-pit Coal Mine

LIU Tao,XING Zhen,LYU Yang
(West Open-pit Mine,Fushun Mining Group Co.,Ltd.,Fushun 113001,China)

The article analyzes the geological environment,hydrological conditions and the effects of blasting on slope vibration,and reasonably determines blasting parameters,decreases electric railway line and the border slope by blasting shock to a minimum,which ensures that electric rail line is not damaged after blasting,still has good integrity and stability of the slope.

electric railway;slope;stability;blasting vibration

TD824.2

B

1671－9816（2017）11－0022－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.11.007

刘涛，邢振，吕洋.抚顺西露天矿电铁运输线路区域控制爆破技术研究［J］.露天采矿技术，2017，32（11）：22－25.

2017－05－27

刘 涛（1982—），男，汉族，辽宁抚顺人，毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业，现在抚顺矿业集团有限责任公司西露天矿从事露天采矿爆破技术研究与管理工作。

【责任编辑：张东旭】