復(fù)雜環(huán)境下石灰石露天礦山安全開采高陡邊坡的研究

韓 峰，賀軍令

(焦作煤業(yè)(集團)有限責(zé)任公司，河南 焦作 454000)

0 引言

經(jīng)過對水泥礦山溝谷進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)溝壑縱橫，該礦山巖層物理性以及力學(xué)性能相對較好，與此同時該礦山節(jié)理略發(fā)育，巖層產(chǎn)狀相對平緩。經(jīng)過開采發(fā)現(xiàn)，在東西方向的北段都出現(xiàn)了直立陡坎，而在臨邊巖體附近存在較大的破碎性，巖體呈現(xiàn)出較大的破裂形狀。通?？梢栽谧匀贿吰挛恢迷O(shè)置如下幾個環(huán)節(jié)：破碎系統(tǒng)設(shè)施、工業(yè)廠房、廠區(qū)主運輸?shù)缆贰Ｔ诘V山東西，采取臨近區(qū)域是高陡邊坡開采，在進行爆破的過程中相對復(fù)雜，因此往往容易形成滾石、飛石，從而大大增加了對周圍設(shè)置的破壞性。

1 高陡邊坡分區(qū)安全開采方案

對于礦區(qū)高危邊坡而言，在巖層進水平方向呈現(xiàn)層狀，臨邊是超過60°的陡坡，有的地方出現(xiàn)了接近90°的陡坎，也有45°左右的陡坡。在進行開采的過程中，受到爆破以及自然條件等限制，往往在施工時將會引發(fā)邊坡危石松動的現(xiàn)象，給施工帶來一定的滾石安全隱患。在對礦區(qū)進行開采的過程中，必須選用有效的機械設(shè)備，這樣能夠降低爆破次數(shù)；當(dāng)滿足爆破的條件下，必須控制爆破時所采用的用藥量，這樣能夠有效地控制爆破時產(chǎn)生飛石的數(shù)量，從而可以防止產(chǎn)生滾石。對于高陡坡而言，不同的工況，應(yīng)采用相應(yīng)的施工形式。

1.1 超過60°高陡邊坡

對于東采區(qū)而言，其邊坡長度可以達(dá)到1 200～1 215 m，在該周圍環(huán)境中，由于巖石相對復(fù)雜，巖層呈現(xiàn)水平層狀，臨邊大都超過了60°陡坡，對其進行爆破的過程中，往往需要借助卸料平臺以及相應(yīng)的破碎機設(shè)備。

1.1.1 施工方案

對于臨近邊坡爆破范圍內(nèi)，通常可以選用機械揭頂以及逐孔起爆的方式進行爆破，下面介紹相應(yīng)的裝藥以及挖裝技術(shù)。

1)從減少爆破的振動危害方面，通常選用單排爆破逐孔爆破的技術(shù)手段。

2)從減少爆破時滾石的數(shù)量來看，在進行爆破過程中，經(jīng)過爆破處理后可以選用挖掘機處理保留的頂部部分，從而可以有效地降低臺端高度，與此同時還要結(jié)合鉆孔與爆破工序。經(jīng)過爆破后，通過揭頂進而降低高度，如此往復(fù)進行，一直將高度保持在設(shè)定的高度為止。

3)在設(shè)計裝藥結(jié)構(gòu)時，必須結(jié)合實際情況，以不產(chǎn)生飛石以及邊坡滾石為依據(jù)，通常選用間隔裝藥的形式。

1.1.2 爆破參數(shù)設(shè)計及開挖步驟

底盤抵抗線計算公式如下：

(1)

其中，d表示相應(yīng)的孔徑，其數(shù)值為140，單位mm；d表示相應(yīng)的裝藥系數(shù)，其數(shù)值范圍在0.7～0.8；m表示相應(yīng)的炮孔密集系數(shù)，其數(shù)值范圍在1.2～1.3；Δ表示相應(yīng)的裝藥密度，其數(shù)值為1.0 t/m3；q表示相應(yīng)的炸藥單位消耗量，由于該礦山的礦石屬于中硬度巖石，因此其藥量選用0.45 kg/m3。

經(jīng)過上述計算可以得到底盤抵抗線W取值為3.23 m，依據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗底盤抵抗線W取值為3.5 m。而對于孔深而言通常依據(jù)邊坡的實際而定。

依據(jù)相應(yīng)的施工方案，對礦山設(shè)置相應(yīng)的爆破參數(shù)以及合理的開挖步驟。

1)在第1次實施爆破的過程中，孔深深度設(shè)定為15 m，孔之間的間距為5.5 m，前排抵抗線設(shè)定為3.5 m。當(dāng)平臺完成爆破后，可以選用原始邊坡面進行揭頂處理。

2)當(dāng)完成揭頂后，接著需要對爆破孔進行12.2 m的深度，孔與孔之間的距離為5.5 m，抵抗線設(shè)定為3.3 m。與此同時，在第2次實施爆破后，對于原始邊坡面的揭頂工藝可以選用挖掘機。

3)在完成揭頂后，開始實施第3次爆破，孔深度設(shè)定為9 m，孔與孔之間的距離設(shè)定為5 m，抵抗線設(shè)定為3.2 m。坡面的揭頂工藝可以選用挖掘機。

4)在完成揭頂后，開始實施第4次爆破，爆破平臺高度設(shè)定為5.2 m，孔深度設(shè)定為6.1 m，孔與孔之間的距離設(shè)定為4.5 m，抵抗線設(shè)定為3.2 m。

5)在進行4次爆破挖掘工作后，選用挖掘機、破碎錘對原始邊坡進行處理。

1.2 45°較緩邊坡

對于西采區(qū)而言，1 228 m以上的部分為剝離區(qū)域，處于爆破位置該邊坡相對平緩，位于邊坡50 m的位置存在1個生產(chǎn)煤堆棚。鑒于煤堆棚內(nèi)部的設(shè)施以及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)而言，可以選用部分爆破以及挖掘的形式進行處理。由于該部分為原始地貌，如下為炮孔結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的爆破參數(shù)。

1)該區(qū)域排孔設(shè)置為2排，與此同時設(shè)置好前排抵抗線，其取值為3.5 m。

2)第二排是臨近邊坡的最終一排布孔，它可以保證爆破時的自由面方向與堆煤棚方向相反。

3)對于第二排炮孔裝藥結(jié)構(gòu)而言，將其設(shè)置為與1 200～1 215 m區(qū)域邊坡類似，與此同時逐步朝著終邊坡推進，這樣可以最終開采到1 228 m位置，從而可以完成開采。

1.3 直立邊坡區(qū)域

在對直立邊坡進行爆破時，由于該區(qū)域達(dá)到邊坡呈現(xiàn)90°，并且?guī)r體呈現(xiàn)出破碎的現(xiàn)象。要在最大程度降低因爆破導(dǎo)致出現(xiàn)的飛石，為了不影響臨近廠區(qū)的安全性，本區(qū)域選用逐步爆破的方式，對于臨邊位置可以選用松動爆破的形式，最后選用挖掘機對爆破位置松動的巖石進行回收。

相應(yīng)的爆破網(wǎng)孔布置區(qū)域如圖1所示。由于1、2、3號孔設(shè)置在臨邊，孔深度設(shè)定為6.8 m。其他的眼孔布置為正產(chǎn)深度眼孔，孔深度設(shè)定為6.5 m，全部炮孔孔徑設(shè)定為140 mm。A的方向表示主爆破方向，B方向設(shè)定為1、2、3號孔的爆破方向。

圖1 爆破孔網(wǎng)布置

在進行爆破后，對其進行排險，并且在合適的位置設(shè)置警戒工作人員，而挖掘機沿著礦推進的方向進行設(shè)置。在進行作業(yè)的過程中，布置由專門人員進行輔助指揮，這樣便于回收震松孔后的巖石，從而可以大大降低因礦石滾落而帶來的安全事故問題。經(jīng)過上面的爆破后，在臨邊位置將形成一個約高9 m，寬7 m的小臺階。

在進行鏟裝的過程中，可以選擇合適的位置設(shè)置一定量的礦石，這樣可以用來修筑鉆進道路，從而為后期的鉆孔、爆破以及排險等工作提供便利。

在完成第1次降段的過程中，由于巖石結(jié)構(gòu)并不相同，因此所采用的工程方案大致如下：當(dāng)已經(jīng)達(dá)到安全預(yù)期后，優(yōu)先選用松動爆破的形式，接著借助挖掘機實施排險，一直持續(xù)到下一個平臺位置。

2 爆破飛石安全校核

在充分考慮工程實踐的基礎(chǔ)上，選用公式(2)計算爆破飛石距離:

Rf=KiqD

(2)

式中，Rf表示相應(yīng)的爆破產(chǎn)生個別飛石距離，單位：m；Ki表示相應(yīng)的與爆破方式、填塞長度、地質(zhì)和地形條件有關(guān)的系數(shù)，取值范圍在1.0～1.5；q表示相應(yīng)的炸藥單耗，單位：kg/m3；D表示相應(yīng)的炮孔直徑，單位：mm。

經(jīng)過選取參數(shù)可以計算出個別飛石能夠達(dá)到的距離為94.5 m，以該距離為參考可以做好因飛石產(chǎn)生的安全問題。

3 施工安全措施

3.1 爆破飛石控制

3.1.1 優(yōu)化爆破方案

依據(jù)爆破條件以及相應(yīng)的自由面的實際，充分結(jié)合巖石的物理特點，進而可以設(shè)置較為理想的藥包，從而能夠有效地確定裝藥結(jié)構(gòu)以及裝藥量，所運用的技術(shù)手段為逐孔起爆的形式。

對于臨邊工況相對復(fù)雜的地段，通常選用分段間隔不藕合裝藥技術(shù)，不僅可以有效的提高安全性，而且能夠增加爆破效果。

3.1.2 主動防護

在運用豎直孔進行爆破時，對于爆區(qū)表面而言，選用炮被進行覆蓋，通常一塊炮被參數(shù)為：1.6 m×1.6 m，重量達(dá)到75 kg，2個及其以上的炮被往往可以選用鐵絲將其緊緊固定在一起成為一大塊炮被。

3.2 安全防控措施

對于東采區(qū)域，通常需要在道路外側(cè)以及卸料平臺與破碎設(shè)備之間設(shè)置防護網(wǎng)，其參數(shù)：鋼絲繩直徑設(shè)定為10 mm，網(wǎng)孔參數(shù)設(shè)定為：200 mm×200 mm，與之對應(yīng)的防護網(wǎng)高度設(shè)定為5 m。

在1 228 m水平臺上部位置進行爆破時，通常需要將防護溝設(shè)定在開采區(qū)域與煤堆棚之間，這樣可以有效減少爆破滾石帶來的沖擊。與此同時還要在防護溝與煤堆棚之間設(shè)置SNS被動防護網(wǎng)，鋼絲繩直徑設(shè)定為10 mm，網(wǎng)孔設(shè)定為200 mm×200 mm，與之對應(yīng)的防護網(wǎng)高度設(shè)定為5 m。

4 結(jié)語

對于臨邊爆破相對危險的區(qū)域進行爆破作業(yè)時，必須詳細(xì)制定出爆破施工工藝以及相應(yīng)的精細(xì)化方案。在實施爆破的過程中，必須對因爆破產(chǎn)生的飛石進行安全校核，經(jīng)過校核發(fā)現(xiàn)在臨邊位置的設(shè)施設(shè)備諸如破碎站、工業(yè)廠房等需要設(shè)置安全防護。鑒于爆破飛石的控制以及安全防護，通常可以選用逐孔起爆爆破、分段間隔不藕合裝藥等方式。經(jīng)過工程實踐發(fā)現(xiàn)改進后的方式可以大大提高飛石安全問題。