石灰石礦山復雜環境下高陡邊坡殘留體安全治理

李 斌，霍 偉，姜 嵩

(1.山東省濟寧市公安局治安警察支隊，濟寧 272000；2.兗州中材建設有限公司，濟南 250100)

1 工程概況

江西某水泥有限公司石灰石礦山，由于歷史遺留原因，在投產前臨邊處被亂采亂挖形成了高陡邊坡殘留體。如圖1所示為高陡邊坡殘留體開采環境平面示意圖，該殘留體東、西、南三側為陡坎，東西平均長度約50 m，南北平均長度約63 m，最高點與南側原始邊坡最低處高差約56 m，北側已開采至125 m平臺，高差約33 m；周邊環境復雜，殘留體中心點距破碎站、皮帶廊、配電室等設施70.6 m，邊坡最近處不足40 m，距最近的磚房85.5 m，且周邊近距離存在鄉村道路(112.4 m)、加油站(153.2 m)等需要保護的對象[1,2]。

2 技術方案

2.1 總體方案

如圖2所示，該高陡邊坡殘留體分成A、B兩個區域，兩區域分開施工，先施工區域A再施工區域B。區域A的開采施工，可充分利用靠近區域B的礦石修筑聯絡道路至區域A的頂部，使用破碎錘整平區域A的頂部并創造高風壓鉆機的鉆孔平臺。待區域A施工至標高1時，暫停區域A的施工，轉而開采區域B，將大量礦石甩方至區域B(保留適量礦石以應對區域A的后期開采，避免重復甩方)，盡量抬升聯絡道路高度，以便于區域B各項施工。區域B的開采施工，前期需鉆抬眼爆破，抬眼法開采降段至合適位置后，采用常規豎直孔鉆孔爆破[3-6]。

2.2 爆破施工技術措施

1)豎直孔爆破施工

以區域A為例做具體技術說明：履帶式高風壓鉆機鉆孔，分臺階爆破降段。區域A頂部標高141 m，計劃三個臺階標高為136 m、131 m和125 m。詳見圖3區域A降段剖面示意圖。

根據周邊環境和設備人員施工條件，爆破設計參數如下(以降段5 m為例)[3,5]：

(1)孔距3.0 m；(2)排距2.2 m；(3)孔深5.6 m(含超深0.6 m)；(4)角度90°(視情況可做適當調整)；(5)孔徑80 mm；(6)炸藥單耗≤0.3 kg/m3(自由面方向較好時可適當增加)；(7)頂部堵塞長度≥3.5 m；(8)裝藥方式為集中裝藥(視情況可采用間隔裝藥或底部耦合裝藥上部不耦合裝藥)；(9)非電導爆管雷管毫秒微差爆破，逐孔起爆，最大齊爆藥量為10 kg。

根據爆破效果及爆破危害程度對爆破參數及時調整。爆破完確定安全后，計劃下一炮鉆機行進道路等問題，綜合考慮礦堆的合理利用(平整為鉆機道路或借助礦堆進行鉆孔等)。循環作業時注意調整挖掘機甩方清除礦堆和修筑鉆機行進道路等的關系、順序。

2)抬眼法爆破施工

對于區域B，受條件限制，前期只能進行抬眼法爆破施工。經實地勘察，首次抬眼爆破位置如圖4所示，該位置墻體東西寬度11.6 m，具體設計爆破參數如下[3,5]：

(1)孔距1.0 m；(2)排距0.6 m；(3)孔深7.0 m；(4)眼孔略向下傾斜(孔底低于孔口，便于裝藥填塞)；(5)孔徑80 mm；(6)孔數11個(首炮眼孔個數)；(7)頂部堵塞長度5.5 m；(8)裝藥方式為集中裝藥；(9)炸藥單耗約為0.85 kg/m3；(10)非電導爆管雷管爆破，單排同時起爆，最大齊爆藥量為45.2 kg。

區域B首次爆破炮口方向面向西。此次爆破后，及時甩方清理礦渣，視情況保留部分礦渣，修筑鉆機工作平臺，調整炮口方向為面向北(此方向更為安全)，而后自北向南逐炮推進，擇機創造條件，盡早調整為豎直鉆孔爆破[7,8]。

3 爆破安全計算

3.1 爆破振動安全校核

爆破振動安全允許距離[9,10]，根據公式(1)

(1)

式中,R為爆破振動安全允許距離；Q為炸藥量，齊發爆破為總藥量，延遲爆破為最大一段藥量，按照參數取30 kg；V為保護對象所在地質點振動安全允許速度[1]，按照磚房取值，2 cm/s；K、α為與爆破點至計算保護對象間的地形、地質條件和衰弱指數，根據相關工程實例和經驗得出[1]，分別取250和1.65。

按照磚房計算，安全允許振速V=2.0 cm/s，最大齊爆藥量45.2 kg，計算得到R=66.46 m<70.6 m，距離殘留體中心點最近的破碎站、皮帶廊、配電室等設施是安全的。

3.2 爆破飛石安全校核

對于臺階深孔爆破個別飛石的最大距離由下式確定[9]

Rmax=100K1K2r3/W3

(2)

式中,Rmax為爆破產生個別飛石的最大距離，m；K1為深孔密集(鄰近)程度系數(見表1)；K2為炸藥爆破能量與抵抗線相關系數(見表2)；r為炮孔半徑，cm；W為第一排炮孔的最小抵抗線，m。

表1 深孔密集程度系數K1

表2 炸藥爆破能量與抵抗線相關系數K2

對于豎直孔爆破，K1取1，K2取0.5，計算得到的爆破產生個別飛石的最大距離Rmax為204.8 m，結合圖1的爆破周邊環境，破碎站、皮帶廊、配電室、鄉村道路和加油站(153.2 m)等需要進行個別飛石的安全保護。

4 施工安全措施

4.1 爆破飛石控制

1)優化爆破方案

根據爆破要求和自由面情況，結合被爆巖體力學性質和巖層結構特點，合理布置藥包，確定合理的裝藥結構和嚴格控制裝藥量，采用逐孔起爆技術。

2)主動防護

采用豎直孔爆破時，爆區表面采用炮被覆蓋措施，單塊炮被規格為1.6 m×1.6 m，重75 kg(見圖5)，多塊炮被用鐵絲緊固的連接在一起，形成一整張炮被[10]。

區域B抬眼爆破時，在炮口正前方砌筑擋墻(此擋墻采用編制袋裝粘土或細沙砌筑而成)。設置擋墻，寬2 m、高2.5 m，長度視爆區長度而定，兩側超出爆區長度1.5 m，如圖6所示)。

4.2 滾石防控措施

在需保護對象(主要是皮帶廊)與山體之間合適位置開挖滾石攔截溝，個別位置可另安裝SNS被動防護網[10]，被動防護網鋼絲繩直徑10 mm、網孔參數200 mm×200 mm、防護網高度5 m。

5 結 論

a.針對礦山臨邊處被亂采亂挖形成的高陡邊坡殘留體爆破安全開采問題，將殘留體分成A、B兩個區域，先施工區域A再施工區域B。區域A的開采施工，使用破碎錘平整區域A的頂部創造鉆孔平臺。區域B的開采施工，前期需鉆抬眼爆破，抬眼法開采降段至合適位置后，采用常規豎直孔鉆孔爆破。

b.進行了爆破振動和爆破飛石安全校核，計算結果表明：破碎站、皮帶廊、配電室、鄉村道路和加油站需要進行個別飛石的安全保護。

c.針對爆破飛石控制和安全防護，選擇了逐孔起爆爆破方案的優化和鋼絲胎炮被主動防護。

總之，這種復雜環境和復雜條件的施工，通過合理利用現有設備設施人員，最大限度利用好周邊環境、地勢地形等各種條件，以最低成本創造爆破施工條件，采用精細化的控制爆破工藝，最終以合理的成本實現安全治理、安全開采的目的。