抚顺西露天矿北帮到界台阶爆破技术

马兴德，吕 洋

（抚顺矿业集团 西露天矿，辽宁 抚顺113001）

现阶段抚顺西露天矿北帮开采范围为E1400～E3200，由于近年来不断降深，矿坑的最深处已低于-400 m，多处存在高陡边坡。其中在E1900、E2300以及E2600 等区域存在小构造发育地带，已多次出现滑落。以往爆破作业注重爆破效果，破裂的边坡坡面参差不齐，稳定性较差，易出现碎石滚落及片帮等危险情况，因此以西露天矿北帮稳定性研究为基础，通过计算布孔参数，合理分配火药，改进了网路联接方式，降低了爆破振动对帮坡稳定性的影响。

1 边坡失稳对露天矿的危害

由于边坡的不规则性、不确定性及不稳定性，加之部分区域小构造、地下水冲刷、岩石风化、爆破冲击波影响、采掘工作失误等原因，极易使边坡失稳，造成滚块、片帮及滑落[1]，给矿山开采带来极大的影响，即使不出现大面积滑落，也为露天开采留下了严重的安全隐患。

1）对矿山采区的危害。如矿山发生大面积滑落，则下方掌子面被覆盖，造成压煤、压油，使得剥离量大幅增大，提高了采矿的剥离成本。同时，在对滑落物料进行清理过程中，极易发生二次滑落，对设备及人员造成危害。

2）对设备及人员的危害。如设备、人员处在高段下方作业时发生滚块、滑落，轻则造成设备损坏、人员受伤，重则设备、人员被埋，造成机毁人亡。

2 造成边坡失稳的因素

1）岩体结构。岩体结构包括结构面和结构体（结构面指岩体内层面、节理、断层、裂隙等不同成因、不同特性的各种地质界面；结构体指岩体受结构面切割而成的块体或岩块）。岩体中结构面的存在是影响岩质边坡稳定性的重要因素之一[2]。 结构面和结构体组合成为结构单元，而结构单元的存在使岩体的特性变为不连续性，使岩体发生切割，形成切割结构。而岩体出现断层、位移等是沿着结构面而发生，在外力的作用下使边坡失稳。

2）自然因素。风化作用使岩石性质发生改变，可对岩石产生不利影响并降低其强度性质，岩石的松散、剥落、裂缝等都是岩石的风化现象。侵蚀作用主要是指水对岩体的侵蚀，岩体中的地下水及雨水会对岩层形成物理和化学的双重作用，加速岩石的风化程度。同时，水可起到润滑作用，大量事实表明，边坡的滑落、位移都与水有关。水渗入岩体，顺着岩体中的结构面流入填充物中，降低了结构表面的摩擦力，加速位移的发生。

3）人为因素。穿孔作业时布孔参数不准确，里行孔距离边坡安全距离不足时，直接造成爆炸冲击力对到界边坡岩层的影响。爆破作业过程中火药量的使用、爆破振速的控制以及爆破时采用的连线方式都直接影响爆破效果，以及爆破后边坡的整体稳定性。爆破时产生的振动会增加次生裂隙，或者加重原生裂隙[3]。矿山进行开采时所使用的工程技术、开采深度、阶段高度、各种平台宽度、采后形成的边坡角以及采场的几何形状等都对边坡存在一定影响，矿山开采深度增加以后，矿山边坡的自重应力将相应增加，使得边坡的稳定性变差[4]。

3 爆破设计

3．1 穿孔参数

到界布孔时进行精准测量，确保里行孔与到界台阶根部保证足够的安全距离，并在穿孔区域内全程摆设穿孔界限，严禁过界穿孔。严格规定布孔参数，按开具的穿孔“三联单”参数进行穿孔作业，孔、行距误差严格控制在200 mm 以内，孔深误差严格控制在500 mm 以内，不同岩种布孔参数表见表1。

表1 不同岩种布孔参数表

3．2 电柱到界台阶布孔

西露天矿坑下主供电电源多集中分布在北帮台阶，东西每间隔400 m 设1 条供电线路，台阶高度每间隔30 m 左右下延1 控电源，电柱台阶多为永久性台阶。为保证台阶稳定，采后距离电柱坠线安全距离设定为5 m，穿孔距采掘线安全距离按照不同作业设备进行相应调整。10 m3电铲采掘时，穿孔安全距离设定为6 m，4 m3电铲采掘时，穿孔安全距离设定为5 m，挖沟机采掘时，穿孔安全距离设定为4.5 m，电柱到界台阶布孔示意图如图1。

图1 电柱到界台阶布孔示意图

3．3 孔内火药量

爆破孔的药量必须适当，以便充分发挥爆破所释放的能量，并对边坡岩体的危害最小。通过分岩种的不同实验，确定了不同岩种、不同段高爆破时的孔内火药使用量见表2，以确保在保证爆破效果的同时，对边坡起到减振作用。

3．4 爆破安全振速

主要计算爆破振动对矿坑北帮上方建筑物及局部小构造区域是否造成影响，爆破振速的大小是北帮稳定与否的至关重要因素，需要严格控制起爆药量[5]。振速可用下列通用公式计算：

式中：V 为爆破振动速度，cm/s；R 为北帮到界距离，m；Q 为爆破最大一段装药量，kg；K、a 为与爆破地形、地质条件有关的系数和衰减指数，爆破不同岩性的K、a 值见表3。

表2 不同岩种到界炮孔火药量表

表3 爆破不同岩性的K、a 值

以抚顺西露天矿26 段采区为例，为保证北帮边坡上方水沟与民宅的安全性，依据上述方案，实际测量得出爆破区域距离水沟垂直高度256 m、水平距离549 m，经计算，该爆破区域距北帮坑上方水沟距离为605 m。该区域岩种为中硬岩石，K 取值200，a取值1.7，按普通段高8 m 计算，较硬岩以炮区里行孔最大一段起爆药量Q=28 kg，计算得振速为0.025 cm/s。

按照GB 6722—2014 爆破安全规程规定，重要工业厂房不允许超过安全振动值为0.4 cm/s[6]，计算出的结果大大低于最小规定值，所以对北帮坑上建筑物体没有任何安全影响。

3．5 网路联接方式

原有连线方式为多并串联连线方式，即把药包中非电毫秒雷管用1 根导爆管延伸出来，然后把数根延伸出来的导爆管用导爆管或传爆雷管并在一起，再将多个这样的结构串联到一起，实现单行孔起爆。该连接方式优点是爆破效果良好，但由于一次起爆药量大，对帮坡震动加强，不利于帮坡稳定。

通过实践研究，改进了连线方式，将原有多并串联连接方式改为串联连接方式，即把各起爆元件依次串联在传爆元件的传爆雷管上，每个传爆雷管的爆炸完全可以击发与其连接的分支导爆管，实现单孔起爆。该连接方式的优点是同排里侧孔滞后外侧孔起爆，单孔起爆时，一次起爆药量降低，减小了爆炸冲击波对帮坡的影响[7]，确保了帮坡的稳定，爆破串联线路示意图如图2。

图2 爆破串联线路示意图

3．6 预留到界保安平台

E1900 断层区域为例，台阶工作面从26 段延伸至9 段出现断层迹象，为保证该区域安全降深，针对该断层区域，实行整体预留到界保安平台，台阶高度每间隔24 m 预留10 m 宽到界保安平台，并对小构造区域扩大穿孔到界安全距离，由原有5 m 扩大至6.5 m[8]，E1900 断层区域到界布孔示意图如图3。

4 结 语

通过以上措施的实施，使抚顺西露天矿北帮帮坡稳定性得到了一定保证。但是，随着时间的推移，露天矿坑边坡裸露时间越来越长，并由于不断降深，其稳定性也愈发下降，使矿山作业受到威胁。因此只有制定更加严格的制定爆破作业方案，并根据采场边坡的变化情况及时进行改进，才能有效降低帮坡失稳对露天矿造成的影响。

图3 E1900 断层区域到界布孔示意图