劉 濤，邢 振，呂 洋

（撫順礦業(yè)集團(tuán)西露天礦，遼寧 撫順 113001）

撫順西露天礦電鐵運(yùn)輸線路區(qū)域控制爆破技術(shù)研究

劉 濤，邢 振，呂 洋

（撫順礦業(yè)集團(tuán)西露天礦，遼寧 撫順 113001）

根據(jù)地質(zhì)環(huán)境、水文條件及爆破沖擊造成邊坡振動(dòng)影響等方面進(jìn)行分析，合理確定爆破技術(shù)參數(shù)，將電鐵線路與到界邊坡受到的爆破沖擊降至最低，確保爆破后電鐵線路不受損，邊坡仍具有良好的完整性和穩(wěn)定性。

電鐵；邊坡；穩(wěn)定性；爆破振動(dòng)

0 引 言

以撫順西露天礦北幫12－14段電鐵運(yùn)輸線路與邊坡安全穩(wěn)定為研究基礎(chǔ)，依據(jù)地質(zhì)環(huán)境、水文條件、邊坡穩(wěn)定等方面分析。通過計(jì)算，優(yōu)化炮孔間距、行距、孔深等技術(shù)參數(shù)，合理分配單孔裝藥量，改進(jìn)網(wǎng)路聯(lián)接及起爆方式，降低電鐵線路與邊坡受到的沖擊影響，確保電鐵線路及邊坡的安全與穩(wěn)定性。

1 開采范圍與邊坡穩(wěn)定分析

西露天礦北幫12－14段開采范圍為E1400—E3300區(qū)域，巖種以綠色頁巖為主，設(shè)計(jì)最終平盤規(guī)格按照段高24 m留10 m保安平臺(tái)，電鐵系統(tǒng)保留20 m平盤寬度，設(shè)計(jì)坡面角為60°，端幫采礦規(guī)格與北幫相同。

北幫14段以上地下水源賦含豐富，主要是來自降雨與地表水徑流入。邊坡巖體的不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造產(chǎn)生的節(jié)理、裂隙、斷層、褶皺隨處可見[1]，經(jīng)過地表水與地下水軟化、溶蝕作用，加快了巖體泥化過程，使北幫邊坡整體穩(wěn)定性遭到嚴(yán)重破壞。

依照“煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范GB50197—2005”中最終邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)要求[2]，對(duì)北幫2016年末地表、2017年邊坡設(shè)計(jì)進(jìn)行了穩(wěn)定計(jì)算，主要包 括 E2300、E2500、E2700、E2900、E3100、E3300 剖面。分別對(duì)北幫現(xiàn)狀邊坡與開采后設(shè)計(jì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算?？紤]到地下水對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響較大，本次計(jì)算分別對(duì)無水狀態(tài)下和含水狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算分析。

通過計(jì)算結(jié)果表明，北幫2016年年末邊坡含水情況下，E2300、E2500、E2700、E2900、E3100、E3300穩(wěn)定系數(shù)為1.20～1.32處于穩(wěn)定狀態(tài)。2017年開采設(shè)計(jì)后邊坡含水情況下，E2300、E2500、E2700穩(wěn)定系數(shù)為1.10～1.13處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；E2900、E3100、E3300穩(wěn)定系數(shù)為1.16～1.31處于穩(wěn)定狀態(tài)。

每條剖面穩(wěn)定計(jì)算得出的理論值,雖然在開采前和開采后都處于基本穩(wěn)定和穩(wěn)定狀態(tài)，但在繼續(xù)開采過程中，有可能因局部邊坡地下水飽和或未探明的地質(zhì)構(gòu)造等因素，造成邊坡失穩(wěn)[3]。

2 北幫電鐵運(yùn)輸線路附近爆破存在的問題

北幫12-14段為年久到界臺(tái)階，隨著地下水溶蝕和自然風(fēng)化作用，曾多次出現(xiàn)滑幫、位移等災(zāi)害。電鐵線路與爆破區(qū)域相鄰較近，按照以往爆破單耗額定值計(jì)算，炮孔與坡頂、坡底線及電鐵線路之間的安全距離難以確定。間距過大時(shí)，爆破后難以達(dá)到設(shè)計(jì)采掘標(biāo)準(zhǔn)，影響采掘?qū)挾群驼w降深，甚至采掘后出現(xiàn)“硬幫”、“拉底”。間距過小時(shí)，爆破沖擊會(huì)直接對(duì)電鐵線路造成損毀，發(fā)生線路變形或局部埋道[4]，嚴(yán)重影響運(yùn)輸安全。

3 控制爆破設(shè)計(jì)研究

針對(duì)上述問題，經(jīng)過多次小范圍爆破試驗(yàn)，根據(jù)邊坡自然條件、采掘方式、平盤寬度等因素，合理確定炮孔與坡頂、坡底線之間的距離，控制電鐵線路一側(cè)邊行炮孔與北側(cè)到界邊坡里行炮孔藥量，壓縮爆破單耗，改進(jìn)炮孔間距、行距參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)、起爆網(wǎng)路聯(lián)接方式等[5]。以E2500-E2700電鐵線路區(qū)域爆破設(shè)計(jì)為例，具體研究如下。

3.1 布孔參數(shù)的確定

設(shè)備選用GZ-160型潛孔鉆機(jī)，潛孔鉆頭Φ=160 mm。依據(jù)地質(zhì)條件、巖種、臺(tái)階高度、抵抗線，以及電鐵線路安全距離等綜合性因素，計(jì)算炮孔間距、行距及孔深參數(shù)。實(shí)際施工情況，確定臺(tái)階高度H=8 m；臺(tái)階坡面角α=60°；邊行炮孔至坡頂線距離c=3 m。

3.1.1 底盤抵抗線、炮孔間距、行距的計(jì)算

1）底盤抵抗線：Wd=c+cotα·H

式中：Wd為底盤抵抗線，m；c為邊行炮孔至坡頂線距離，m；α為臺(tái)階坡面角，°；H為臺(tái)階高度，m。

底盤抵抗線：Wd=7 m；

2）炮孔間距：a=mk·Wd

式中：a為炮孔間距，m；mk為炮孔密集系數(shù)；可參照巖石堅(jiān)固性系數(shù)取值，詳見表1。

表1 巖石堅(jiān)固性系數(shù)

炮孔間距：a=5 m；

3）炮孔行距：b=kf·a

式中：b為炮孔行距，m；kf為行距系數(shù)，（0.75 ～0.8）。

炮孔行距：b=3 m；

3.1.2 超鉆深度的計(jì)算

孔深小于或等于臺(tái)階高度時(shí)，相鄰炮孔爆破漏斗交叉點(diǎn)必將高于下一平盤，導(dǎo)致殘留根底，為了克服這種現(xiàn)象，設(shè)計(jì)孔深應(yīng)超過臺(tái)階高度某一數(shù)值，其值的大小直接影響爆破經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)與爆破效果這個(gè)數(shù)值就是超鉆深度。

超鉆深度值主要取決于底盤抵抗線的大小[6]。抵抗線過小，不僅增加了穿孔工作量且浪費(fèi)炸藥，還會(huì)造成藥柱集中于炮孔底部，出現(xiàn)爆破不均勻，上部產(chǎn)生大塊，底部出現(xiàn)沖炮等。抵抗線過大，容易造成硬幫或殘留根底，而且爆破后沖力也增大。同時(shí)考慮到巖種的性質(zhì)、臺(tái)階高度、炮孔行距、地形條件以及巖層含水情況等因素，如臺(tái)階巖層上軟下硬時(shí)，超鉆系數(shù)應(yīng)增加10%～15%，臺(tái)階巖層上硬下軟時(shí)，則應(yīng)適當(dāng)減少超鉆深度。

北幫E2500—E2700區(qū)域12-14段電鐵線路位于爆破區(qū)域下方，考慮到爆破產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)線路可能造成損毀或埋道，因此，先發(fā)孔與后發(fā)孔的超鉆深度也是不同取值，超鉆系數(shù)可按其巖種對(duì)照取值，詳見表2。

表2 超鉆系數(shù)kg參照表

超鉆深度：h=kg·Wd

式中：h為超鉆深度，m；kg為超鉆系數(shù)。

先發(fā)孔：h=0.3×7=2 m；

后發(fā)孔：h=0.2×7=1.5 m；

3.1.3 裝藥量的計(jì)算

裝藥量的確定取決于爆破作用指數(shù)，也就是指爆破漏斗半徑r與最小抵抗線Wd的比值，以n表示，可以用n=r/Wd表示。爆破作用指數(shù)n在工程爆破中是一個(gè)極重要的參數(shù)，若改變爆破作用指數(shù)n，則爆破漏斗的大小、巖石的破碎性質(zhì)和拋移程度都隨之而發(fā)生變化。

為了確保電鐵線路與北幫邊坡達(dá)到減震效果，采取的是以松動(dòng)爆破為主，爆破后只使巖體破裂，幾乎沒有拋擲作用，從外表看，不形成可見的爆破漏斗[7]。松動(dòng)爆破采用的裝藥量一般較小。因此，爆破時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)較小，碎石飛散的距離也較小，考慮到電鐵線路與北幫邊坡的安全穩(wěn)定，在原爆破工藝的基礎(chǔ)上采取減弱松動(dòng)爆破方法，降低松動(dòng)爆破作用指數(shù)。

到界邊坡以往設(shè)定炮孔與坡底線之間的距離為5 m，考慮到邊坡含水情況下安全穩(wěn)定性系數(shù)偏低，根據(jù)爆破試驗(yàn)效果來看，將炮孔與坡底線距離增至6.5 m，加大爆破振動(dòng)沖擊儲(chǔ)備距離?？刂齐婅F線路一側(cè)邊行孔藥量，按照綠色頁巖爆破單耗160 g/m3計(jì)算，邊行孔藥量確定為44.8 kg，里行孔藥量確定為19.2 kg，經(jīng)計(jì)算，爆破作用指數(shù)分別為0.62、0.46，均小于松動(dòng)爆破作用指數(shù)0.75，減弱了爆破沖擊對(duì)電鐵線路與北幫邊坡的振動(dòng)。

3.1.4 邊行孔藥量計(jì)算

邊行孔藥量：Q=K·a·H·Wd

式中：Q為單孔炸藥量，kg；K為爆破單耗g/m3；a為炮孔間距，m；H為臺(tái)階高度，m；Wd為底盤抵抗線，m。

邊行孔藥量：Q=44.8 kg；

3.1.5 里行孔藥量計(jì)算

里行孔藥量：Q=K·a·H·b

式中：b為炮孔行距，m。

里行孔藥量：Q=19.2 kg；

3.2 裝藥結(jié)構(gòu)的確定

為了達(dá)到降震效果，通過實(shí)驗(yàn)分析確定，炮孔均采取分段裝藥結(jié)構(gòu)，這樣既可保證底部巖體的破碎，又避免了上部巖體炮后產(chǎn)生大塊。藥包加工采用孔內(nèi)微差爆破技術(shù)，孔內(nèi)下部藥拄使用MS20段雷管聯(lián)接，上部分段藥拄使用MS20段與瞬發(fā)雷管聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)單孔內(nèi)分段微差起爆目的，達(dá)到松動(dòng)爆破效果的同時(shí)，明顯降低爆轟波振動(dòng)。裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 裝藥結(jié)構(gòu)圖

藥柱高度：L1=L-L2；

填充高度：L2=（0.7～1.0）·Wd或L2=（20～30）·d；

式中：L 為炮孔深度，m；L1為藥柱高度，m；L2為充填高度，m；d為炮孔直徑，mm。

3.3 起爆網(wǎng)路聯(lián)接

起爆網(wǎng)路聯(lián)接，采用的是“多并串聯(lián)”方式聯(lián)接，使用地面MS12段毫秒微差延時(shí)雷管，由南向北對(duì)角線式間隔起爆，實(shí)現(xiàn)南側(cè)孔先起爆形成自由面，北側(cè)孔再起爆，有效降低沖擊波產(chǎn)生的振動(dòng)。

4 爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的計(jì)算

爆破質(zhì)點(diǎn)安全振速計(jì)算，是為了保護(hù)到界邊坡和北幫上方建筑物的穩(wěn)定，爆破質(zhì)點(diǎn)振速值的大小起到?jīng)Q定性作用，主要因素是控制最大一次起爆藥量，按照GB 6722—2014爆破安全規(guī)程規(guī)定[8]，邊坡質(zhì)點(diǎn)安全振速值不準(zhǔn)超過60 cm/s，北幫上方建筑物安全振速值不準(zhǔn)超過0.4 cm/s，具體可按下式計(jì)算。

式中：R為距離，m；V為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度峰值，cm/s；Q為最大一次起爆藥量，kg；K、a為與爆破地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，K、a值可參照表3選取。

此區(qū)域巖種以綠色頁巖為主，K、a值取中硬巖石，k=200，a=1.7，R=6.5 m，北側(cè)里行孔最大一次起爆藥量Q=19.2 kg，經(jīng)計(jì)算，對(duì)邊坡質(zhì)點(diǎn)振速為44.2 cm/s，不超出規(guī)定值60 cm/s。

表3 K、a值參照表

依據(jù)上述方案，測(cè)量得出此區(qū)域與邊坡上方地表建筑垂直距離219 m、水平距離495 m，經(jīng)計(jì)算實(shí)際距離為541 m，K=200，a=1.7，此區(qū)域里行孔最大一次起爆藥量為19.2 kg，質(zhì)點(diǎn)振速為0.024 cm/s；邊行孔最大一次起爆藥量為44.8 kg，質(zhì)點(diǎn)振速為0.039 cm/s。由此表明，各項(xiàng)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)值遠(yuǎn)低于規(guī)定值，因此，可以確定爆破振動(dòng)對(duì)邊坡和北幫上方建筑沒有任何安全影響。

5 結(jié) 語

通過多次現(xiàn)場(chǎng)勘查，主要以電鐵線路安全與北幫邊坡穩(wěn)定為研究重點(diǎn)，選定出代表性區(qū)域多次實(shí)施爆破試驗(yàn)，總結(jié)了爆破可能產(chǎn)生的沖擊影響，并以爆破后臺(tái)階沉降度及邊坡巖體穩(wěn)定性，進(jìn)行了全面檢查和對(duì)比，計(jì)算合理爆破參數(shù)，優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)方案，達(dá)到理想控制爆破目的。

［1］高國(guó)驤.撫順西露天礦開采技術(shù)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1993.

［2］中華人民共和國(guó)煤炭工業(yè)部.GB50197—2005煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2005.

［3］采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)：礦床開采卷（上）［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.1988.

［4］張志呈.爆破基礎(chǔ)理論與設(shè)計(jì)施工技術(shù)［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社,1994.

［5］高金臣、張金泉.煤礦爆破實(shí)用手冊(cè)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2008.

［6］張達(dá)賢，張幼蒂.露天采礦新工藝［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1990.

［7］駱中洲.露天采礦學(xué)［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1986.

［8］中國(guó)工程爆破協(xié)會(huì).GB6722—2014爆破安全規(guī)程［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)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

劉濤，邢振，呂洋.撫順西露天礦電鐵運(yùn)輸線路區(qū)域控制爆破技術(shù)研究［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（11）：22－25.

2017－05－27

劉 濤（1982—），男，漢族，遼寧撫順人，畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)采礦工程專業(yè)，現(xiàn)在撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司西露天礦從事露天采礦爆破技術(shù)研究與管理工作。

【責(zé)任編輯：張東旭】