安家岭露天矿东部边界爆破方式与参数研究

史灵杰，秦斌德，刘建兵

（1.中煤平朔集团有限公司，山西 朔州 036006;2.中国矿业大学（北京），北京 100083；3.国家电力投资集团有限公司内蒙古能源有限公司，内蒙古 通辽 029200）

爆破是露天矿生产的主要作业之一，合理的爆破参数对露天矿生产具有重要意义。相关学者对此进行了研究，张豪等[1]在露天矿采用逐孔微差爆破技术改善了爆破质量；苟强[2]针对大孔径深孔爆破的边坡滚石控制技术进行了研究，并进行了现场应用；徐荣兴等[3]在深孔预裂爆破技术中使用数码电子雷管加空气间隔装药的组合方案，并结合矿山中深孔爆破实践，优化了钻爆参数和工艺控制措施；秦贵成[4]对安家岭露天矿深孔台阶爆破参数进行了优化，降低了爆破大块率，改善了边坡的成型效果。安家岭露天矿东部优化境界方案中，传统爆破方式在距离地表重要构建筑物距离50 m 存在较大安全风险，需在东部开采境界选择新的爆破方案与爆破参数[5]，为此，通过对比微差控制爆破和二氧化碳静力爆破2 种技术优缺点，在计算炸药爆破时振动距离和飞石安全距离基础上，提出到界边坡区域的爆破控制方案，确定2 种爆破方案的应用范围及爆破参数，确保安家岭露天矿东帮到界过程中生产安全。

1 工程背景

安家岭露天矿地处平朔矿区中南部，是我国自行研究、自主建设的平朔矿区第二座大型露天煤矿，采用单斗-卡车综合开采工艺。上部黄土层外包，岩石剥离采用单斗-卡车开采工艺，采煤采用单斗-卡车-地表半固定破碎站-带式输送机半连续工艺，主采4＃煤、9＃煤、11＃煤3 个煤层。

安家岭露天矿东帮矿权界东侧存在马关河、平陶公路、后安矿、白芦煤矿、部分房屋及部分煤场等重要设施，东帮面临到界安全问题。安家岭露天矿东帮边坡区域开采深度为170～210 m，东部境界至各重要设施的距离留设应不小于170～200 m。按照矿权境界位置和安全距离要求确定露天矿开采境界，则安家岭露天矿将在东帮矿权界范围内损失煤量超过20.0 Mt，造成较大的经济损失。

根据现场踏勘资料，提出了搬迁平陶路以西的民房和储煤场，并局部取直改移平陶路建议。以安家岭矿东帮矿权界附近改移后的平陶路、工业大道、后安工业场地和白芦工业广场的西侧边界作为开采界，并向采掘场方向缩界50 m，形成了新的东部开采境界方案及最终东帮开采境界。

2 爆破方案选择及安全距离

2.1 爆破方案

采矿方案中搬迁平陶路以西地面的民房和储煤场，但到界边坡区域存在马关河及其他矿井地下设施，如何降低爆破对边帮岩体的损伤及降低爆破安全距离对周边设施的影响，是东帮到界边坡面临的主要问题。而按照安家岭露天矿以往爆破经验，由于露天矿一次性起爆药量较大，爆破产生的震动能量大，周边其他设施存在安全距离不足问题，所以需采取特殊的爆破方式。

目前，岩石爆破减震技术主要有2 种方式：

1）常规微差控制爆破技术。微差控制爆破特点为[6-7]：①优点：相比一次全孔爆破技术，能有效地降低爆破冲击波、震动、噪音和飞石，破碎程度好，可提高爆破效率和技术经济效益，操作简单、安全、迅速，可近距离爆破；②缺点：网路研究较为复杂，需特殊的毫秒延期雷管及导爆材料，一次爆破药量较大时造成的振动影响较大。

2）新爆破技术。二氧化碳静力爆破[8-11]特点为：①优点：比炸药安全，审批方便，运输安全，可在复杂作业环境中使用，无破坏性震动波，对周围环境影响不大；②缺点：施工步骤繁琐，效率较低，管理要求高，爆炸效果差，岩块大块率高，爆破成本高。

根据2 种爆破方案的优缺点，炸药微差控制爆破是露天矿爆破的主要爆破形式，具有成本低、效率高的优点。二氧化碳静力爆破成本远大于炸药微差爆破，且效率较低；但是，二氧化碳静力爆破振动效应远小于炸药爆破，对于岩体损伤小。综合考虑爆破安全及经济性，推荐二氧化碳静力爆破与传统的炸药微差控制爆破相结合方案来解决安家岭矿东帮靠近边界区域的爆破安全问题。

二氧化碳静力爆破和炸药微差控制爆破的应用范围主要根据炸药微差控制爆对安全距离需求确定。满足炸药微差控制爆破的范围内选用炸药微差控制爆破，东帮开采边界开采地表界较近的范围使用二氧化碳静力爆破，在安全距离能够保证炸药爆破的安全时采用炸药微差控制爆破。

2.2 爆破振动安全距离

炸药微差控制爆破安全距离计算公式如下[12-13]:

式中：Rw为测点与爆心的直线距离，m；V 为质点振动速度，cm/s；Kw为相关系数，取值71.7；α 为衰减系数，取值1.31；Qmax为最大段起爆药量，取值2 92 kg，安家岭目前自营生产最大值为500 kg。

其中东帮爆破影响到的主要构建筑物有2 类：①东帮界以东地表的平陶公路、后安工业广场等地面建筑；②安家岭矿东邻的后安矿及白芦矿井下巷道。按照爆破安全规程规定，东帮地表的构建筑物限制振动速度为2.3 cm/s，东邻的后安矿及白芦矿井下巷道的限制振动速度为15 cm/s。

1）安家岭目前自营炸药微差爆破振动安全距离。对东帮界地表构建筑物安距离为109.64 m；对东邻矿井的井下巷道安全距离为26.20 m。

2）安家岭东帮外包炸药微差控制爆破振动安全距离，对东帮界地表构建筑物的振动安全距离为91.64 m；对东临矿井的井下巷道安全距离为21.90 m。

2.3 爆破飞石安全距离

露天煤矿采用混制炸药进行松动爆破时，除了爆破振动对周边构建筑物的影响较大外，其爆破时产生的空气冲击波、飞石等影响的安全距离也应根据实际情况进行计算确定，以保证爆破作业安全。

根据爆破安全规程规定，其中露天矿大规模深孔松动爆破空气振动波的安全距离计算公式为[13]：

式中：Rs为空气冲击波安全距离，m；Q1为一次性起爆药量，kg；Ks为空气冲击波安全系数，按照现场实际情况，取值为9，当爆破区域与被影响区域中间有地形障碍时，Ks值减半。

按照以上公式及安家岭矿的实际情况，计算爆破空气冲击波的安全距离结果如下：①安家岭矿自营剥离岩石爆破空气冲击波安全距离为201.25 m，当有地形障碍时爆破空气冲击波安全距离为100.63 m；②安家岭矿外包剥离岩石炸药爆破空气冲击波安全距离为153.79 m，当有地形障碍时爆破空气冲击波安全距离为76.90 m；③飞散物对人员的安全距离按照爆破安全规程的规定取值为200 m。而研究的东帮界地表构建筑物距离东帮爆破作业区安全距离不足200 m，故在爆破作业过程中应采取相应措施如压渣、设置阻挡和疏散隔离附近人员等以杜绝爆破飞散物的安全事故。

2.3 到界边坡爆破方案

后安矿及白芦矿井下巷道距离安家岭东帮界的最小平面距离约为130 m。矿区自营爆破作业一次起爆药量较大，经过计算，该方式在安家岭东帮受影响构建筑物靠近采场的边界以西109.64 m 范围内不适用，安家岭矿的正常生产爆破对后安矿及白芦矿的井下巷道不会产生安全影响。

安家岭东帮受影响构建筑物靠近采场的边界以西91.64 m 范围内不宜采用炸药微差爆破，推荐该范围内的岩石爆破采用二氧化碳静力爆破。考虑到一定的富余系数和方便作业施工，确定自安家岭东帮界往西的爆破方式依次为：①东帮开采地表界以西50 m 范围内采用二氧化碳静力爆破；②东帮开采地表界以西50 m 至东帮开采地表界以西80 m 应采用外包设备微差控制爆破；③东帮地表界以西80 m 往西的剥离，1 210 m 水平以上外包剥离部分采用外包设备微差控制爆破，剩余部分为自营剥离，自营部分采用微差爆破。

其中，东帮界以西50 m 至东帮界以西80 m 范围内外包微差控制爆破作业量约为426.5×104m3，二氧化碳静力爆破作业量约为268.6×104m3。

3 爆破参数及爆破建议

2 种爆破参数表见表1。

表1 2 种爆破参数表

1）二氧化碳静力爆破。二氧化碳爆破岩石研究确定采用多排、按排顺序起爆的爆破方法。小型钩机与工作人员合作装管，小型液压铲充填炮孔。采用微电流起爆器起爆，起爆顺序为起爆装置→导热棒→致裂器打开→二氧化碳急速膨胀。二氧化碳爆破参数图如图1，二氧化碳爆破连线方式及起爆顺序示意图如图2。

图1 二氧化碳爆破参数图

图2 二氧化碳爆破连线方式及起爆顺序示意图

2）炸药微差爆破参数。炸药微差爆破岩石研究确定采用多排、深孔微差松动的爆破方法。主炸药选用铵油炸药，起爆采用起爆弹，汽车运药，人工装药，小型液压铲充填炮孔。采用非电力毫秒微差起爆，起爆顺序为起爆装置→导爆管→间隔器→瞬发雷管→起爆弹→主炸药。微差控制爆破参数图如图3。

图3 微差控制爆破参数图

4 到界边坡稳定安全措施及爆破建议

安家岭东帮距离周边建筑较近，松动爆破可能对临近建筑产生振动影响，根据爆破震动影响公式，理论计算了爆破的安全距离；同时，结合二氧化碳爆破特点改进原爆破方案，以达到有效降低爆破振动的目的，有效避免露天采场中松动爆破对临近建筑产生的破坏。

1）爆破影响控制。露天矿炸药爆破对边坡岩体产生震动损伤，进而降低边坡稳定性。因此在边坡附近应合理降低震动爆破，制定严格的爆破安全作业规程，采取局部预裂爆破或挖掘减振沟等方式，降低爆破对到界边坡影响。

2）端帮压煤防灭火措施。最终边坡下部残留的端帮压煤量，在露天采掘扰动过后易发生自燃，降低端帮边坡的稳定性，诱发滑坡灾害发生，同时，残煤自燃污染大气环境，故建议制定严格的端帮压煤进行防灭火措施，防止压煤自燃。

3）边坡监测。边坡监测是防治滑坡和预报滑坡的重要手段。安家岭露天矿在东帮到界区域，在东部帮坡上建立观测线，布设监测点，定期观测监测点，分析监测点的位移对边坡稳定性的影响；除常规的位移监测外，还应加强监测工作的深度、广度，进行地下位移监测。

4）根据爆破安全规程要求，对露天采场到界边坡进行爆破振动监测，研究露天爆破振动对东帮临近建筑的振动影响，控制爆破振动效应，确保采场临近建筑的安全。

5）对爆破试验进行分析，获得不同爆破参数情况下的爆破振动影响。通过对爆破振动测试结果线性回归后得出爆破振动波的传播与衰减规律，对爆破的振动强度进行有效预测，对爆破参数进行修正，降低爆破振动效应，满足爆破振动安全允许标准。

5 结语

1）东帮开采地表界以西50 m 范围内，应采用二氧化碳静力爆破；东帮开采地表界以西50～80 m，应采用外包设备微差控制爆破；其余自营应采取微差控制爆破。

2）研究了2 种爆破方案的爆破参数。二氧化碳爆破岩石确定采用多排、按排顺序起爆的爆破方法；炸药微差爆破岩石确定采用多排、深孔微差松动的爆破方法。