馬興德，呂 洋

（撫順礦業(yè)集團(tuán) 西露天礦，遼寧 撫順113001）

現(xiàn)階段撫順西露天礦北幫開采范圍為E1400～E3200，由于近年來不斷降深，礦坑的最深處已低于-400 m，多處存在高陡邊坡。其中在E1900、E2300以及E2600 等區(qū)域存在小構(gòu)造發(fā)育地帶，已多次出現(xiàn)滑落。以往爆破作業(yè)注重爆破效果，破裂的邊坡坡面參差不齊，穩(wěn)定性較差，易出現(xiàn)碎石滾落及片幫等危險(xiǎn)情況，因此以西露天礦北幫穩(wěn)定性研究為基礎(chǔ)，通過計(jì)算布孔參數(shù)，合理分配火藥，改進(jìn)了網(wǎng)路聯(lián)接方式，降低了爆破振動(dòng)對(duì)幫坡穩(wěn)定性的影響。

1 邊坡失穩(wěn)對(duì)露天礦的危害

由于邊坡的不規(guī)則性、不確定性及不穩(wěn)定性，加之部分區(qū)域小構(gòu)造、地下水沖刷、巖石風(fēng)化、爆破沖擊波影響、采掘工作失誤等原因，極易使邊坡失穩(wěn)，造成滾塊、片幫及滑落[1]，給礦山開采帶來極大的影響，即使不出現(xiàn)大面積滑落，也為露天開采留下了嚴(yán)重的安全隱患。

1）對(duì)礦山采區(qū)的危害。如礦山發(fā)生大面積滑落，則下方掌子面被覆蓋，造成壓煤、壓油，使得剝離量大幅增大，提高了采礦的剝離成本。同時(shí)，在對(duì)滑落物料進(jìn)行清理過程中，極易發(fā)生二次滑落，對(duì)設(shè)備及人員造成危害。

2）對(duì)設(shè)備及人員的危害。如設(shè)備、人員處在高段下方作業(yè)時(shí)發(fā)生滾塊、滑落，輕則造成設(shè)備損壞、人員受傷，重則設(shè)備、人員被埋，造成機(jī)毀人亡。

2 造成邊坡失穩(wěn)的因素

1）巖體結(jié)構(gòu)。巖體結(jié)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體（結(jié)構(gòu)面指巖體內(nèi)層面、節(jié)理、斷層、裂隙等不同成因、不同特性的各種地質(zhì)界面；結(jié)構(gòu)體指巖體受結(jié)構(gòu)面切割而成的塊體或巖塊）。巖體中結(jié)構(gòu)面的存在是影響巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的重要因素之一[2]。 結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體組合成為結(jié)構(gòu)單元，而結(jié)構(gòu)單元的存在使巖體的特性變?yōu)椴贿B續(xù)性，使巖體發(fā)生切割，形成切割結(jié)構(gòu)。而巖體出現(xiàn)斷層、位移等是沿著結(jié)構(gòu)面而發(fā)生，在外力的作用下使邊坡失穩(wěn)。

2）自然因素。風(fēng)化作用使巖石性質(zhì)發(fā)生改變，可對(duì)巖石產(chǎn)生不利影響并降低其強(qiáng)度性質(zhì)，巖石的松散、剝落、裂縫等都是巖石的風(fēng)化現(xiàn)象。侵蝕作用主要是指水對(duì)巖體的侵蝕，巖體中的地下水及雨水會(huì)對(duì)巖層形成物理和化學(xué)的雙重作用，加速巖石的風(fēng)化程度。同時(shí)，水可起到潤(rùn)滑作用，大量事實(shí)表明，邊坡的滑落、位移都與水有關(guān)。水滲入巖體，順著巖體中的結(jié)構(gòu)面流入填充物中，降低了結(jié)構(gòu)表面的摩擦力，加速位移的發(fā)生。

3）人為因素。穿孔作業(yè)時(shí)布孔參數(shù)不準(zhǔn)確，里行孔距離邊坡安全距離不足時(shí)，直接造成爆炸沖擊力對(duì)到界邊坡巖層的影響。爆破作業(yè)過程中火藥量的使用、爆破振速的控制以及爆破時(shí)采用的連線方式都直接影響爆破效果，以及爆破后邊坡的整體穩(wěn)定性。爆破時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)增加次生裂隙，或者加重原生裂隙[3]。礦山進(jìn)行開采時(shí)所使用的工程技術(shù)、開采深度、階段高度、各種平臺(tái)寬度、采后形成的邊坡角以及采場(chǎng)的幾何形狀等都對(duì)邊坡存在一定影響，礦山開采深度增加以后，礦山邊坡的自重應(yīng)力將相應(yīng)增加，使得邊坡的穩(wěn)定性變差[4]。

3 爆破設(shè)計(jì)

3．1 穿孔參數(shù)

到界布孔時(shí)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，確保里行孔與到界臺(tái)階根部保證足夠的安全距離，并在穿孔區(qū)域內(nèi)全程擺設(shè)穿孔界限，嚴(yán)禁過界穿孔。嚴(yán)格規(guī)定布孔參數(shù)，按開具的穿孔“三聯(lián)單”參數(shù)進(jìn)行穿孔作業(yè)，孔、行距誤差嚴(yán)格控制在200 mm 以內(nèi)，孔深誤差嚴(yán)格控制在500 mm 以內(nèi)，不同巖種布孔參數(shù)表見表1。

表1 不同巖種布孔參數(shù)表

3．2 電柱到界臺(tái)階布孔

西露天礦坑下主供電電源多集中分布在北幫臺(tái)階，東西每間隔400 m 設(shè)1 條供電線路，臺(tái)階高度每間隔30 m 左右下延1 控電源，電柱臺(tái)階多為永久性臺(tái)階。為保證臺(tái)階穩(wěn)定，采后距離電柱墜線安全距離設(shè)定為5 m，穿孔距采掘線安全距離按照不同作業(yè)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。10 m3電鏟采掘時(shí)，穿孔安全距離設(shè)定為6 m，4 m3電鏟采掘時(shí)，穿孔安全距離設(shè)定為5 m，挖溝機(jī)采掘時(shí)，穿孔安全距離設(shè)定為4.5 m，電柱到界臺(tái)階布孔示意圖如圖1。

圖1 電柱到界臺(tái)階布孔示意圖

3．3 孔內(nèi)火藥量

爆破孔的藥量必須適當(dāng)，以便充分發(fā)揮爆破所釋放的能量，并對(duì)邊坡巖體的危害最小。通過分巖種的不同實(shí)驗(yàn)，確定了不同巖種、不同段高爆破時(shí)的孔內(nèi)火藥使用量見表2，以確保在保證爆破效果的同時(shí)，對(duì)邊坡起到減振作用。

3．4 爆破安全振速

主要計(jì)算爆破振動(dòng)對(duì)礦坑北幫上方建筑物及局部小構(gòu)造區(qū)域是否造成影響，爆破振速的大小是北幫穩(wěn)定與否的至關(guān)重要因素，需要嚴(yán)格控制起爆藥量[5]。振速可用下列通用公式計(jì)算：

式中：V 為爆破振動(dòng)速度，cm/s；R 為北幫到界距離，m；Q 為爆破最大一段裝藥量，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)，爆破不同巖性的K、a 值見表3。

表2 不同巖種到界炮孔火藥量表

表3 爆破不同巖性的K、a 值

以撫順西露天礦26 段采區(qū)為例，為保證北幫邊坡上方水溝與民宅的安全性，依據(jù)上述方案，實(shí)際測(cè)量得出爆破區(qū)域距離水溝垂直高度256 m、水平距離549 m，經(jīng)計(jì)算，該爆破區(qū)域距北幫坑上方水溝距離為605 m。該區(qū)域巖種為中硬巖石，K 取值200，a取值1.7，按普通段高8 m 計(jì)算，較硬巖以炮區(qū)里行孔最大一段起爆藥量Q=28 kg，計(jì)算得振速為0.025 cm/s。

按照GB 6722—2014 爆破安全規(guī)程規(guī)定，重要工業(yè)廠房不允許超過安全振動(dòng)值為0.4 cm/s[6]，計(jì)算出的結(jié)果大大低于最小規(guī)定值，所以對(duì)北幫坑上建筑物體沒有任何安全影響。

3．5 網(wǎng)路聯(lián)接方式

原有連線方式為多并串聯(lián)連線方式，即把藥包中非電毫秒雷管用1 根導(dǎo)爆管延伸出來，然后把數(shù)根延伸出來的導(dǎo)爆管用導(dǎo)爆管或傳爆雷管并在一起，再將多個(gè)這樣的結(jié)構(gòu)串聯(lián)到一起，實(shí)現(xiàn)單行孔起爆。該連接方式優(yōu)點(diǎn)是爆破效果良好，但由于一次起爆藥量大，對(duì)幫坡震動(dòng)加強(qiáng)，不利于幫坡穩(wěn)定。

通過實(shí)踐研究，改進(jìn)了連線方式，將原有多并串聯(lián)連接方式改為串聯(lián)連接方式，即把各起爆元件依次串聯(lián)在傳爆元件的傳爆雷管上，每個(gè)傳爆雷管的爆炸完全可以擊發(fā)與其連接的分支導(dǎo)爆管，實(shí)現(xiàn)單孔起爆。該連接方式的優(yōu)點(diǎn)是同排里側(cè)孔滯后外側(cè)孔起爆，單孔起爆時(shí)，一次起爆藥量降低，減小了爆炸沖擊波對(duì)幫坡的影響[7]，確保了幫坡的穩(wěn)定，爆破串聯(lián)線路示意圖如圖2。

圖2 爆破串聯(lián)線路示意圖

3．6 預(yù)留到界保安平臺(tái)

E1900 斷層區(qū)域?yàn)槔?，臺(tái)階工作面從26 段延伸至9 段出現(xiàn)斷層跡象，為保證該區(qū)域安全降深，針對(duì)該斷層區(qū)域，實(shí)行整體預(yù)留到界保安平臺(tái)，臺(tái)階高度每間隔24 m 預(yù)留10 m 寬到界保安平臺(tái)，并對(duì)小構(gòu)造區(qū)域擴(kuò)大穿孔到界安全距離，由原有5 m 擴(kuò)大至6.5 m[8]，E1900 斷層區(qū)域到界布孔示意圖如圖3。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過以上措施的實(shí)施，使撫順西露天礦北幫幫坡穩(wěn)定性得到了一定保證。但是，隨著時(shí)間的推移，露天礦坑邊坡裸露時(shí)間越來越長(zhǎng)，并由于不斷降深，其穩(wěn)定性也愈發(fā)下降，使礦山作業(yè)受到威脅。因此只有制定更加嚴(yán)格的制定爆破作業(yè)方案，并根據(jù)采場(chǎng)邊坡的變化情況及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)，才能有效降低幫坡失穩(wěn)對(duì)露天礦造成的影響。

圖3 E1900 斷層區(qū)域到界布孔示意圖