某礦山開采對鐵路安全影響分析

廖　超

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢　430063)

0　引言

根據《鐵路安全管理條例》“在鐵路線路路堤坡腳、路塹坡頂、鐵路橋梁外側起向外各1 000 m范圍內，以及在鐵路隧道上方中心線兩側各1 000 m范圍內，確需從事露天采礦、采石或者爆破作業的，應當與鐵路運輸企業協商一致，依照有關法律法規的規定報縣級以上地方人民政府有關部門批準，采取安全防護措施后方可進行。”因此，位于鐵路1 km范圍的礦山開采需進行鐵路安全影響評估。以前這種情況多數礦山按壓覆處理，但為了減少工程投資、維護礦權人的利益以及確保鐵路的安全運營，目前一般需開展安全影響評估。

本文以工程實例為背景，調研礦山的相關資料，開展現場調查及現場試驗，采用定性、定量分析相結合的方法預測砂巖礦開采對鐵路線路及設施可能存在的各種危險、有害因素的種類和程度，提出評估結論及建議。

1　工程概況

1.1　礦山概況

該礦屬老礦新建項目，礦山原采用山坡露天開采，采用中深孔爆破，臺階式開采方式，礦山宕口開口朝東南，朝向正對鐵路方向。

1)已開采現狀。

礦山經過多年的開采，主要形成了+210 m，+200 m，+187 m，+171 m等四個平臺，開采范圍均不大，臺階高度10 m～16 m。由于前期開采欠規范，同時形成了+220 m，+230 m，+237 m，+245 m等幾個不規則小平臺。

2)礦區設計。

擬設礦區最高開采標高+284 m，最低開采標高+200 m；考慮到礦山礦區及資源出讓范圍的地形地貌現狀，擬選用臺階高度為15 m，本次出讓開采范圍設置+266 m，+248 m，+230 m，+215 m，+200 m等五個開采水平(臺階)。

1.2　鐵路影響區概況

鐵路可能影響范圍以橋梁、路基、隧道工程形式通過。軌道類型為有砟軌道，路肩標高在119.7 m～122 m之間，低于礦山最低開采標高約80 m。礦區邊界與鐵路的位置關系見圖1。

2　主要危險、有害因素辨識

經綜合分析，礦山開采對礦區南側鐵路構成威脅的危險因素主要是：1)礦區施工引發泥石流、落石等地質災害；2)爆破飛石、振動及沖擊波；3)炸藥爆炸。

2.1　地質災害

可能對鐵路構成影響的地質災害主要有泥石流、落石。

1)泥石流。

礦山開挖不合理地堆放松散棄砟于山溝、坡面，擠占溝床，造成排洪不暢，加大了溝床的縱坡降比，為泥石流形成提供了豐富的松散物質，加劇了泥石流的發生、發展，導致礦山開發前的非泥石流溝變成了泥石流溝。泥石流順著山溝下沖，可能對鐵路橋墩構成威脅。

2)落石。

礦山開采過程中如果開挖礦石堆放不當、坡面危石未及時清理，可能沿著山溝滾落撞擊鐵路橋墩。

2.2　爆破飛石、振動及沖擊波

目前該礦山采用中深孔爆破，礦區南側鐵路距礦界最近距離約511 m，若礦山爆破安全距離不足，可能因爆破飛石、爆破振動及沖擊波對鐵路等造成傷害的放炮事故。

2.3　炸藥爆炸

就本工程而言，主要指爆破器材的運輸位于鐵路距離較近位置發生的爆炸事故，或者存儲點距離鐵路較近，因存儲不當而發生的爆炸事故。因礦山不設炸藥庫和炸藥臨時存放點，使用的炸藥、雷管由民爆公司配送，配送的炸藥到礦山后直接上山，裝完藥后，多余炸藥現場回收，發生炸藥爆炸事故的可能性較小。

3　礦區對鐵路的安全性分析

對于礦區地質災害對鐵路安全性影響分析采用定性分析的方法，爆破有害效應(地震波、沖擊波、飛石等)對鐵路的影響采取現場試驗、定量計算、定性相結合的方法進行分析。

3.1　礦區地質災害對鐵路的影響分析

可能對鐵路構成影響的地質災害主要有泥石流、落石。根據現場調查情況，采礦點覆蓋層較薄，采礦點土層及全風化厚約1 m～2 m，在礦區未見棄砟堆放的情況。根據已開采部分的開采現狀分析，目前不具有發生礦山泥石流的物質來源。

因此，后續的礦山開采避免堆放松散棄砟于山溝、坡面，避免棄砟擠占溝床影響排洪，同時開挖礦石應堆放平臺穩定處，坡面危石應及時清理，避免大塊危石沿著山溝滾落。在此前提下，礦區地質災害對鐵路不構成威脅。

3.2　爆破振動對鐵路的影響分析

《爆破安全規程》中規定爆破振動影響應采用不同的安全判據和允許標準。參照國內工程實踐經驗，認為用質點振動速度作為判據較為合適。

3.2.1根據規范計算分析

參照《爆破安全規程》，爆破振動安全距離計算公式如下：

R=(K/V)1/α×Q1/3

(1)

其中，R為爆破振動安全允許距離，m；V為保護對象所在地質點振動速度，cm/s；Q為炸藥量，齊發爆破為總量，延時爆破為最大單段藥量，kg；根據礦山爆破開采的實際情況，礦山起爆為每段只起爆一個炮孔，每個炮孔深16 m，每孔最大裝藥量89 kg，考慮到微差起爆雷管延時誤差引起的振波重疊等情況，故礦山起爆的最大單段藥量按178 kg考慮，即Q=178 kg。

K，α分別為與爆破點至計算保護對象間的地形、地質等條件有關的系數和衰減指數，可按表選取，或通過現場試驗確定。

經綜合分析，安全允許振速取2 cm/s，計算得，爆破振動安全允許距離R=121.2 m，遠小于爆破點與鐵路間的距離511 m。

3.2.2根據爆破試驗分析

為研究爆破對周邊環境的影響，開展爆破試驗，試驗最大單響藥量為108 kg，大于礦山開采設計最大單響藥量89 kg，跟鐵路相關的測點有三個，布置如圖2～圖4所示。

測試結果如表1所示。

表1　爆破試驗測試結果

爆破試驗結果表明，爆破引發的鐵路振動速度最大為0.16 cm/s，小于安全允許振速取2 cm/s。

綜合參照規范計算及現場試驗均表明，爆破產生的振動不影響鐵路安全運營。

3.3　爆破空氣沖擊波對鐵路的影響分析

參照《爆破安全規程》，爆破加工或特殊工程需要在地表進行大當量爆炸時，應核算不同保護對象所承受的空氣沖擊波超壓值，并確定相應的安全允許距離。在平坦地形條件下爆破時，可按式(2)計算超壓。

ΔP=14Q/R3+4.3Q2/3/R2+1.1Q1/3/R

(2)

其中，ΔP為空氣沖擊波超壓值，105Pa；V為保護對象所在地質點振動速度，cm/s；Q為炸藥量，齊發爆破為總量，延時爆破為最大單段藥量，kg；

經綜合分析，超壓限值取0.02×105Pa，經反算，當R>332 m時，ΔP<0.02×105Pa，故爆破空氣沖擊波安全允許距離為332 m，小于爆破點與鐵路間的距離511 m。實際情況，因礦山深孔爆破炮孔有堵塞，實際超壓值會遠小于上述計算得出的結果，故更偏安全。

3.4　爆破飛石對鐵路的影響分析

爆破飛石計算一直是爆破工程的難點問題，調研相關文獻[3]～[6]發現學者們總結了大量的計算經驗公式，但并沒有能精確計算爆破飛石的計算公式。本文采用瑞典德湯尼克公式進行計算。

Rf=(40/2.54)D

(3)

其中，D為炮孔直徑，cm。

根據礦山實際情況，深孔爆破采用的鉆孔直徑為90 mm，計算得，Rf=141.7 m。

由于個別飛散物的距離與爆破方法、爆破參數、填塞長度和填塞質量、地形、地質構造以及氣象條件多種因素有關，因此單從理論上計算個別飛散物的飛散距離是非常困難的，故參照《爆破安全規程》中關于個別飛散物的最小安全允許距離的要求，礦山露天開采最小安全允許距離為300 m，小于爆破點與鐵路間的距離511 m。且根據爆破試驗結果，距200 m以外未發現有飛石出現。綜合參照規范計算及現場試驗均表明，爆破產生的飛石不影響鐵路安全運營。

4　結論及建議

4.1　結論

1)礦山開采避免堆放松散棄砟于山溝、坡面，避免棄砟擠占溝床影響排洪，礦山開采不會產生對鐵路安全運營構成威脅的地質災害。

2)按照規范公式計算及現場爆破試驗結果表明，礦山開采產生的爆破振動、飛石及沖擊波不影響鐵路安全運營。

4.2　建議

1)合理選定抵抗線方向，最小抵抗線方向避開鐵路，并根據現場實際情況對爆區部位采用覆蓋防護，確保鐵路安全運營不受影響。

2)礦權單位按照鐵路安全管理規定等有關要求編制應急預案，并與鐵路運營單位簽訂安全責任協議，落實安全互保措施。

參考文獻:

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[6]王玉杰.爆破工程[M].武漢：武漢理工大學出版社，2007.

[7]TB 10009—2016,鐵路電力牽引供電設計規范[S].