安家岭露天矿永久边界爆破有害效应控制措施

马传贤

（山西中煤平朔爆破器材有限责任公司，山西 朔州 036006）

露天矿永久边界开采时爆破有害效应必须采取措施对周围建筑物和设施设备进行保护，防止爆破振动、爆破冲击波以及飞散物等有害效应造成设备损伤或人员伤害。尤其露天矿边界周围靠近其它井工矿进行开采时，爆破振动必须严格控制在允许范围内，否则将会造成不可估量的事故，因此露天矿永久边界开采时的爆破有害效应分析和相应控制措施的制定，对露天矿永久边界开采来说具有重要意义。

1 露天矿爆破有害效应

爆破有害效应主要包括：爆破振动、爆破冲击波、爆破飞散物、爆破毒气、爆破噪声以及爆破烟尘等，而其中对露天矿周围建筑物和人员影响较大的主要为爆破振动、爆破飞散物和爆破冲击波，尤其靠近露天矿开采边界进行爆破作业时，这3 种爆破有害效应极易造成人员伤亡和设备、建筑物等损坏，因此必须制定相应措施，严格控制有害效应。

1.1 爆破振动

1）爆破振动的特点。爆破振动和自然地震相比，其特点为：①爆破振动持续时间较短，只有几十毫秒至几百毫秒；②爆破振动频率较高，一般主振频率为5～500 Hz；③爆破振动还受爆破类型、爆破规模、地质情况、爆破方法、炸药量以及爆源距离等影响。

2）爆破振动有害效应的控制措施。根据爆破振动的特点，爆破振动有害效应的控制主要是采取有效措施预防爆破振动产生的主振频率与被保护建筑物的固有频率接近，以免造成共振破坏保护建筑物现象的发生。可以采取的措施有：①采用微差控制爆破，降低爆破振动叠加；②采用预裂爆破或开挖减振沟等，使振动波快速衰减；③控制一次齐爆药量，利用缓冲爆破或不耦合装药爆破减少振动幅度影响；④在复杂区域或重要建筑物周围设置爆破振动监测，以确保爆破振动对周围建筑物的影响在可控范围内[1]。

1.2 爆破飞散物

爆破飞散物的飞散距离主要受炸药量、最小抵抗线、地质条件、填塞质量等有关，若飞散距离控制不当，易造成人员、设备和建筑物受伤和破坏。因此控制爆破飞散物的主要措施有：①选择合理的最小抵抗线和爆破作用指数，进行精心设计和精细化施工；②选择合理的装药结构和装药部位；③选择合理的填塞长度，保证填塞质量；④对爆破区域采用沙袋等进行覆盖，减少飞散物抛掷[2]。

1.3 爆破冲击波

爆破冲击波破坏程度与距离有关，距离越近爆破冲击波对人员和建筑物伤害越大，因此靠近边界开采爆破时应该充分考虑爆破冲击波有可能造成的危害，为避免事故的发生，控制爆破冲击波的措施主要有：①合理的选择爆破设计参数，采用微差控制爆破，减少一次齐爆药量；②保证炮孔填塞长度和填塞质量，防止冲炮现象的发生；③采用低威力炸药，禁止采用裸露爆破[3]。

2 安家岭露天矿永久边界爆破方案

结合露天矿爆破有害效应的特点，以平朔安家岭矿永久边界爆破为例，从爆破精细化施工、爆破振动控制、爆破飞石控制等方面来探讨爆破方案的优化和具体应对措施。

2.1 安家岭矿矿山边界概况

平朔安家岭露天矿开采至东面永久边界，南北长约3 000 m，普氏系数6～8，岩石为中硬需要爆破，周围环境复杂，从北向南依次为后安井工矿变电室、居民村庄、矿山停车场、公共道路、以及工业建筑等重要建（构）筑物，最近距离仅为72 m，东边界附近建（构）筑物情况见表1。

表1 东边界附近建（构）筑物情况

1）东边界周围建筑较多，距离较近，而且地质环境复杂，存在岩层赋存受背斜、断层影响发生变化的情况。

2）现安家岭矿都是大型设备进行钻孔及挖运，采用的为0.25 m 孔径潜孔钻机穿孔，孔径较大、单孔装药量较多，一次起爆药量大，因此造成的爆破危害效应较大。

3）爆破采用的为现场混装散装炸药，装药为连续装药结构，实现间隔装药或不耦合装药困难。

4）周围废弃的井工巷道较多，无法详尽探明，易造成塌方事故发生。

2.2 爆破设计及施工方案优化

2.2.1 孔网参数和装药结构

1）安家岭露天矿靠界平盘采用深孔台阶松动爆破方式，台阶高度为15 m，超深为1.5 m，采用孔径0.165 m 的钻机进行垂直穿孔，孔排距误差±0.3 m以内，后排实施预裂爆破，预裂孔采用小孔径（0.12 m）钻机穿孔，孔距控制在1～1.5 m 以内，爆破台阶剖面示意图如图1。

图1 爆破台阶剖面示意图

2）为了减少爆破有害效应作用，根据安家岭露天矿实际情况对永久边界处的爆破参数进行优化调整。如下：①由原来大孔径0.25 m 炮孔改为0.165 m孔径炮孔；②孔排距由原来孔距8 m、排距8 m 改为孔距6 m，排距6 m；③炮孔排数由原来的6 排变为5 排；④永久边界与主炮孔之间增加预裂爆破，钻孔布置及孔网参数图如图2。

图2 钻孔布置及孔网参数图

3）装药结构。安家岭露天矿使用的为现场混装炸药，通过现场混装炸药车进行现场装药，为连续装药结构，为了控制一次起爆药量，利用空气间隔器进行间隔装药，并调整堵塞长度，合理分配炸药分布[4]。

2.2 延期时间和起爆点

1）采用的高精度非电导爆管雷管控制的逐孔微差爆破技术，减少齐爆药量，地表网络采用前排17 ms，第2 排42 ms，后3 排100 ms 时，通过奥瑞凯爆破设计软件（Shot plus 5）进行模拟，在8 ms 内同时响的炮孔个数为4 个，分别为前排的第21 个孔，第2 排第19 个孔，第4 排第7 个孔，第5 排第1 个孔，非电管地表网络连接及爆破效果模拟示意如图3。

图3 非电管地表网络连接及爆破效果模拟示意图

2）采用数码电子雷管实现逐孔微差爆破技术，数码电子雷管精确度高，1～2 000 ms 可以随意设置，因此能够实现深孔逐孔起爆，采用各孔间的延时时间设置为50 ms 时，能达到更好的爆破效果，有效减少爆破振动[5]。

3）起爆点。为增加爆破作用效果，减少爆破能量的后向传播，根据自由面情况合理选择爆破起爆点和抵抗线方向，减少爆破振动等有害效应，并使得建筑物、设备、人员等避开飞石主方向，从而最大限度地使被保护对象免受飞石危害[6]，起爆时起爆点位置选择示意图如图4。

图4 起爆时起爆点位置选择示意图

2.2.3 警戒和安全校核及振动监测

1）警戒。由于安家岭露天矿永久边界周围条件复杂，因此按该矿《爆破安全规程》13.6.1 规定和实际情况加大警戒范围，必须在平陶公路等各重要位置设置警戒，并提前通知300 m 范围内的邻近矿井（后安矿、白芦矿、国强矿等）人员和设备进行避炮。

2）安全校核。采用经验公式校核飞石安全距离[7]：

式中：Rmax为飞石的飞散距离，m；Kφ为安全系数，取15～16；D 为钻孔直径，m。

3）振动监测。对距离爆破点600 m 范围内的重要区域及建筑设施利用爆破测振仪进行振动监测，保证爆破振动值在安全允许标准范围内[8]。

2.3 爆破效果

综合考虑永久边界周围环境情况，按照优化的爆破设计及施工方案进行了爆破，达到了爆破相关标准要求，按照《爆破安全规程》规定：爆破产生的振动、冲击波、飞散物应控制在安全允许限度范围内，将产生的爆破有害效应危害程度降低到最低，确保周围保护目标的安全。

对于爆破振动有害效应的控制要求为附近建筑物的振动速度值不超过《爆破安全规程》中的安全允许标准，爆破振动安全允许标准表见表2。

表2 爆破振动安全允许标准表

根据表中保护对象类别划分，相应建筑物的安全允许质点振动速度分别为：Ⅰ类为王高登村土窑，0.15～0.45 cm/s；Ⅱ类为王高登村民房屋、后安矿家属房（砖混+预制板）和烟囱以及中部两处临时建筑物属于一般民用建筑物，1.5～2.0 cm/s；Ⅲ类为矿坑东北角的临时停车场以及后安矿工业广场内的彩钢房，属于工业和商业建筑物，2.5～3.5 cm/s；Ⅳ类为后安矿、白芦矿等周边矿井的井筒及井下巷道，属于矿山巷道，15～18 cm/s。爆破过程中监测到土窑处的最大爆破振动速度为为0.12 cm/s，民房建筑物处为1.32 cm/s，工业广场内为1.58 cm/s，矿井井筒测得为2.32 cm/s，都远小于其安全允许标准要求，达到了预期爆破效果。

对于爆破冲击波的危害，爆破过程中未发现冲击波造成建筑物及人员伤害。

对爆破飞散物进行了安全距离校核，飞分散距离为2.7 m，现场爆破时也未发现飞石超出安全距离，满足爆破安全要求。

3 结语

介绍了安家岭露天矿永久边界爆破有害效应控制措施。露天开采过程中爆破有害效应的影响普遍存在且难以避免，通过采取合理的爆破参数、不耦合装药方式、逐孔微差爆破技术以及精细化施工，就能够实现露天矿边界爆破安全和达到预期的爆破效果，杜绝爆破事故的发生。