大峰露天采场保护周边建筑物、构筑物的思考

李宇光，杨志明，王永杰

（神宁集团汝箕沟无烟煤分公司，宁夏 石嘴山 753004）

大峰露天采场保护周边建筑物、构筑物的思考

李宇光，杨志明，王永杰

（神宁集团汝箕沟无烟煤分公司，宁夏 石嘴山 753004）

针对大峰露天采场周边建筑物、构筑物所处位置、自身结构、抗震强度等不同，以安全上可靠、技术上可行、经济上合理为原则，从宏观到具体，分别采取相应的针对性措施，必要时采用组合措施，从而对其进行有效地保护。

边坡稳定;爆破震动;逐孔起爆;爆破飞石;矿山防排水

0 引 言

2013年11月1日，神华宁夏煤业集团有限责任公司下属的3家煤矿——大峰露天煤矿、白芨沟煤矿、汝箕沟煤矿，合并成立汝箕沟无烟煤分公司。原大峰露天煤矿被称为大峰采区或大峰露天采场（下文简称采场），采场二层煤已经开采殆尽，由于生产接续的迫切需要，2010年9月开始动工开采下组煤。至此，开采了近40 a的山坡露天矿逐步变为凹陷露天矿。采场周围分布的一系列重要建、构筑物进而受露天采矿活动影响日渐增大，分别是采场西翼南侧的工业广场、西翼北侧的矿区变电所和民房、东翼的跨208县道通往黑头寨舍场立交桥。能够有效地对其进行保护，是打造安全、高效、和谐矿区的前提条件。

1 采场概况

大峰露天采场位于贺兰山北部腹地，汝箕沟矿区中部，行政区划隶属于石嘴山市大武口区，采场内地表境界走向长1.6 km，倾向宽1.2 km，面积1.92 km2。下组煤可采煤层4层。汝箕沟矿区最大的地质构造——汝箕沟向斜盆地，南高北低，两翼近对称，西翼略陡于东翼，倾角较大，靠近煤层顶、底板处均有弱层存在。

2 保护建筑物、构筑物的一般原则

由于该矿区煤、岩硬度较大，所以在采剥施工时均需提前爆破松动。长期的爆破震动对建、构筑物原始结构造成了一定的破坏，导致其稳定性、可靠性变差。在露天开采当中，应尽量减少爆破对其危害。

为了切实、有效地保护建、构筑物，降低爆破震动对保护对象的扰动，在整体露天采矿设计中应遵循以下一般原则：

2.1 出入沟、开段沟位置的选择

选择时考虑爆破产生爆轰波传播方向与采场周围建、构筑物的方向相反。

2.2 穿孔爆破参数的选择

针对不同的建、构筑物选取不同的爆破参数，在敏感区域爆破时，通过调整各项参数使爆破地震安全距离为最小值。随着安全距离增大，参数开始相应地进行调整，满足技术上可行、经济上合理、安全上可靠的爆破要求。爆破地震安全距离按下式计算：

式中：R为爆破地震安全距离，m；Q为药量（齐发爆破取总量，延期爆破取最大一段药量），kg；v为安全质点振动速度，cm/s；m为药量指数；k、a为与爆破地点地形、地质条件有关的系数和衰减系数。

2.3 爆破时自由面的创造

1）小的爆破规模创造自由面。

2）爆破时创造多个自由面。

2.4 一次性起爆药量的设计

通过前期控制穿孔排数和后期设置爆破网路（起爆点、起爆方式、雷管段别），达到降震的效果。

2.5 装药结构的选择

采用降震效果明显的装药结构分段和不耦合。

2.6 爆破类型的选择

在建、构筑物处，露天采场设计边坡境界线爆破区域采用预裂爆破、穿减震孔、挖防震沟。

3 工业广场的保护

工业广场位于井田西翼南侧，建于五、七煤露头之上。从经济开采角度讲，露天矿边坡的角度越大（越陡）开采效益越好，可以多采出岩体下部压煤，提高资源利用率。然而，过大的边坡角度必然导致滑坡等风险。由于露天矿边坡高陡而造成滑坡等破坏，不仅会造成巨大的经济损失，而且严重威胁了边坡上部建、构筑物及下部采矿作业的安全，甚至可能发生人员伤亡。此区域一旦滑坡，后果不堪设想。

随着露天矿不断向下延伸，形成固定的最终边坡越来越高，边坡的稳定性问题也日益突出。此区域属于最常见、最普遍发生的一种破坏类型——平面破坏，其特点是边坡岩体中发育着一组走向与边坡平行、倾向与边坡倾向一致，倾角与边坡相近的不连续结构面当岩体沿上述不连续面滑动时即构成平面破坏。因此，加强边坡管理、防止边坡大量变形与破坏是露天矿山开采和生产管理的重要内容。为了在开采过程中始终保持安全生产，不增加不必要的开支，不耽误连续开采，应采取各种措施对边坡事故进行防治。

3.1 压脚

为实现压脚，可采取以下措施：

1）分区开采。首采区选在对工业广场影响较小的西翼北侧区域，进行内排压脚后再开采影响较大的西翼南侧区域。首采区沿七2#煤层（露头）走向拉沟，垂直走向沿煤层顶板倾向推进。分区开采的两块，大致形状分为两梯形。首采区域为正梯形，随后开采区域为倒梯形，为内排压脚创造更好的支撑条件。

2）及时进行内排稳定边坡。实现分层排弃，减小排土台阶高度、排土帮坡角和增大排土平盘宽度。这样的排土台阶组合实现了小边坡角，不但自身更加稳定而且能及时为上部岩体提供支撑。

3）逐渐变换工作线布置形式。由首采区向随后开采区域推进时，由纵采逐渐过渡为横采。进一步提高内排土场稳定性，且增大内排对工广岩体的支撑范围。

3.2 削坡

加大预留永久性支撑岩体宽度，不仅能达到增大摩擦力的效果，同时也是削减了坡度。分层留有安全距离，即3#煤层底板开采边界距工业广场构筑物留有200 m安全距离，5#煤层底板工作平盘预留80 m。

3.3 减载

重力在下滑方向分力大于摩擦力时，就会出现滑坡。减小岩体重力沿滑面方向的分量Wsin，就要求严禁在边坡上堆积废渣，以免增加边坡上的荷载。

3.4 降震

虽然影响边坡稳定性的因素很多，但爆破震动对边坡直接的破坏性影响不容忽视。为了保护边坡稳定，除了采取其它有效措施以外，对临近边坡的爆破也要严加控制。减小由爆破震动作用引起平行于滑面的分力Wsin，采用边坡控制爆破技术，减少对岩体震动。临近边坡控制爆破的主要方法有预裂爆破、光面爆破和缓冲爆破。

3.5 矿山防排水系统的设置

岩石裂隙水造成煤、岩层间摩擦系数减小，进而加大滑坡的风险。很好地解决防排水问题，显得至关重要。

矿区无井、泉、地表水系存在，气候干旱少雨，蒸发量大于降水量，且大气降水均形成地表径流顺自然沟谷流出区外。但大峰露天采场位于汝箕沟向斜盆地中央，对含水层具有良好的保存作用，大气降水一旦渗入难以排出，很容易造成工作面涌水量增大。目前为凹陷露天开拓方式开采，大峰采场北部形成较大矿坑。采场少量潜水渗透及山洪引起的短时地表径流，涌入露天矿坑，成为矿坑充水的主要因素。防排水工作应遵循防排结合的思路。

3.5.1 以防先行

1）在生产中需在采场外部设置防洪堤，以减少汇水面积，防止地表水流入边坡表面裂隙中。

2）在边坡岩体外面修筑排水沟排出地表水，防止其流入边坡表面张裂隙中。对已有张裂隙应以适当材料及时充填。

3.5.2 排水应遵循标本兼治的原则

治“本”的办法为采用疏干措施降低潜在破坏面附近的水压。

1）在向斜轴最低点、边坡岩体外围打疏干排水井，装配深井泵或潜水泵进行排水，降低地下水位。疏干高边坡可设置2个或2个以上排水水平。

2）地下巷道疏干。可用于边坡岩体的疏干，在巷道内可打扇形排水孔，以提高疏干效果。

3）钻水平排水孔，降低张裂隙或破坏面附近的水压。

4）沿北部端帮向七2#煤底板水坑拉沟，将各工作面积水汇聚至实时最低点。

5）根据煤层倾角缓，矿坑延伸降段慢的特点，可选用采场底部集中排水方式。矿坑可设排水管，然后采用移动式排水系统，排出采场积水。正常工作时将水排出供灭火工程、洒水降尘和绿化用，暴雨时将水排至采场外泄洪沟。排水设备的选择主要考虑正常时期采坑排水量和设计暴雨频率下的暴雨径流现实排出量，根据计算的水量，在坑底浮船上配备2台MD360—40×4水泵在雨季时排水，排水泵流量300～440 m3/h，扬程106～126 m，单台功率200 kW（暴雨期可临时加大设备）。排水泵排水时同时工作，不设备用。另在坑底配置2台MD85—45×5水泵在正常工作时排水，排水泵流量55～100 m3/h，扬程195～255 m，功率90 kW。排水泵1台使用抽水，1台备用。排水泵设于浮船上，浮船上的水泵可根据矿坑水位自动调节上下位置。

3.6 强化边坡安全管理

1）边坡人工加固对现有滑坡和潜在不稳定边坡是有效的治理措施，而且它已发展成为提高设计边坡角、减少剥岩量的一种重要途径。目前国内外在矿山边坡加固中，比较广泛地采用抗滑桩和金属锚索和锚杆，并辅以混凝土护坡和喷浆防渗等措施。

2）建立远距离边坡安全监察系统，做到实时处理数据和智能报警，有效防止滑坡。根据实际需求建立GPS监测点，定期对监测数据（包括边坡的位移、构筑物的位移、结构的变化）进行统计分析，采取相应的措施，保证建、构筑物的安全。

3）减少人和环境对边坡稳定性的破坏作用，严格按照开采设计参数进行采矿作业，矿山安全员负责采场日常全面安全检查，并对暴露岩体风化、岩层位移等行为进行监测，及时消除事故隐患等。

4 矿区变电所的保护措施

汝箕沟矿区变电所担负着整个矿区生产、生活的安全供电重任。爆破震动一旦造成变电所内设施损坏，就会造成供电保护设施不灵敏、不可靠。变电所距离边坡境界线的距离不足70 m，这就给爆破提出了极高的要求。

此区域边帮境界线处，采用预裂爆破和主爆区逐孔起爆（依靠高强度、高精度导爆管雷管实现），在边帮境界线以内的区域继续使用高强度、高精度导爆管雷管，造价昂贵。为了节约成本，通过将普通导爆管雷管的巧妙搭配实现优化斜差爆破网路，亦能实现逐孔起爆。

4.1 标准斜线微差网路优化方案

通常采用孔外接力式毫秒延时顺序爆破网路实现斜线微差起爆。列间采用延期时间为3段或4段系列导爆管雷管（GB—6378）串联，前排孔间1趟干线联接，如图1所示，以3段为例，其它段别同理。

由表1可知GB—6378系列导爆管雷延期时间的特点，排与列采用不同段别雷管（为实现网路安全，孔间低段别、排间高段别），第2排延期时间与第1排将不再重复，如图2（以3段和4段为例），从而使网路得到优化。从而实现单响炮孔减少，减小震动。再加以控制排数，完全可以实现逐孔起爆。在震动要求高的变电所下部区域，得到很好的应用。

表1 GB—6378系列导爆管雷管段别与对应延期时间

图1 孔外接力式毫秒延时顺序爆破网路示意图

图2 优化后的孔外接力式毫秒延时顺序爆破网路示意图

4.2 类排差斜线微差网络优化方案

还有一种斜差网路特别像排差，如图3所示。同样如上述第1种方法得到网路优化，如图4所示。

图3 类排差孔外接力式毫秒延时顺序爆破网路示意图

图4 优化后的类排差孔外接力式毫秒延时顺序爆破网路示意图

采用优化斜差网路和减少一次爆破排数，实现逐孔起爆，并且同时孔内采用分段装药、不耦合装药（将乳化药卷踩扁，用绳索慢慢吊下），从而大大降低爆破震动。直至此区域爆破任务全部完成，变电所毫发无损，并从未出现过非正常停电。

5 孤立民房的保护措施

采场北部矿界边缘，向斜轴附近，有一处孤立民房。矿方与业主多次协商拆迁，均无果。一旦受爆破震动造成坍塌或爆破飞石破坏，势必将引起重大纠纷，破坏来之不易的矿区和谐稳定局面。

此区域边帮境界线处的岩层（深孔爆破），采用预裂爆破和主爆区逐孔起爆有效降低爆破震动。然而爆破松动此处下组煤及其夹矸，爆破飞石却很难控制。因为煤层和夹矸薄（0.8～6 m），单孔用药量小（1.2～6 kg）。经过不断探讨、摸索，采用普通乳化炸药的方法能够有效地控制浅孔爆破飞石，如下所述。

正常情况下，干孔装粉状乳化炸药比装普通乳化炸药效率高很多。当粉状乳化炸药用量精确到0.1 kg级别时，很难做到准确定量。打破常规思维，具体情况具体分析。在浅孔用药规模不是太大的情况下，普通乳化炸药易于准确定量的优势就凸显出来了。现场操作要领是：①用竹竿探测孔深确定药量；②用竹竿检查确认药块儿塞至了孔底。浅孔装普通乳化炸药的方法能够有效地控制爆破飞石。此法同样在倾斜深孔装药能做到安全、高效。

6 立交桥的保护措施

东翼的跨208县道通往黑头寨舍场立交桥，长期的爆破震动使其整体承载能力受到影响，必将缩短立交桥的使用年限，甚至会造成车辆运输事故。

此区域边帮境界线处，采用预裂爆破和主爆区逐孔起爆有效降低爆破震动。随着安全距离的增大，通过调整布孔形式、布孔参数的斜线微差网路也能有效地降低爆破震动。具体做法是：采用方形布孔形式，缩小炮孔密集系数，通过斜线微差放大实际炮孔密集系数。在宽度一定的爆区，小的炮孔密集系数，必然带来排数的减少，最终单次起爆炮孔数量减少。从而有效地降低爆破震动。

以理想化模型为例，爆区宽37.5 m，边眼距2.5 m。三角形布孔参数10 m×5 m，7排，方形布孔形式参数7 m×7 m，5排。炮孔密集系数分别是2、1，实际炮孔密集系数分别是1、2，单响孔数分别是7个、5个，方形布孔形式要比三角形降低爆破震动28.6%.

7 结语

在露天开采当中，对周边建、构筑物的保护，应因地制宜采取不同的措施，必要时采用组合措施，才能达到有效保护的目的。

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Thought on protecting the surrounding buildings and structures in Dafeng Open-pit stope

LI Yuguang,YANG Zhiming,WANG Yongjie

(Rujigou Anthracite Branch,Shenning Group Co.,Ltd.,Shizuishan 753004,China)

slope stability;blasting vibration;hole-by-hole blasting;blasting slungshot;mine drainage

TD824.7

B

1671－9816（2017）11－0082－05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.11.023

李宇光，杨志明，王永杰.大峰露天采场保护周边建筑物、构筑物的思考［J］.露天采矿技术，2017，32（11）：82-85.

2017-07-02

李宇光（1977—），男，内蒙古赤峰人，工程师，1996年毕业于海拉尔煤炭工业学校露采专业，现任神宁集团汝箕沟无烟煤公司副经理，长期在露天生产一线工作。

Absract:For the location,structure,the seismic intensity of the surrounding buildings and structures in Dafeng Open-pit stope,taking reliable in safe,feasible in technology and reasonable in economy for the principle,from the macro to the concrete,the corresponding measures should be taken respectively,and the combined measures should be adopted if necessary,so as to carry on the effective protection.

【责任编辑：张 夙】