安家岭矿东帮靠界区域爆破方案优化

吴 昊

（大地工程开发（集团）有限公司，北京 100102）

目前国内在露天煤矿爆破的研究过程中，常对采场整体的爆破参数进行优化研究，该方法对于靠界区域的爆破方案优化不是完全契合，且有部分局限性[1-4]。

安家岭露天煤矿是我国“八五”期间筹建的新型、大型现代化露天煤矿，目前已成为中煤平朔集团有限公司下属的大型露天煤矿之一。安家岭露天矿位于平朔矿区中部，目前主开采区属朔州市平鲁区管辖。随着露天矿开采的持续进行，爆破作业面距东帮建筑物以及其他重要设施越来越近，爆破产生的危害，不仅容易引起民事纠纷、经济损失而且容易损害矿山的生产效益，甚至造成露天矿不能正常生产。为此，在保证最大回采率的条件下，研究安家岭特大型露天矿安全、绿色、高效的爆破设计技术。

1 爆破方案优化

要实现露天矿能安全高效的开采，对采场的爆破参数做优化研究势在必行，实现不同距离的爆破方案产生的振动速度最小、爆破效果更理想。根据现场实际情况，将以50 m 为区段划分Ⅰ（250～200 m）、Ⅱ（200～150 m）、Ⅲ（150～100 m）、Ⅳ（100～50 m）、Ⅴ（50 m 以内）5 个区间，其中Ⅴ（50 m 以内）区间为保留区间，不进行爆破方案优化设计。通过划分区段并对不同区段进行爆破方案优化，可将端帮推进至距离矿界50 m 位置。

1.1 距离矿界超过200 m 范围

区段Ⅰ爆破方案：孔径250 mm；孔深17 m；超深2.0 m；填塞长度6.0 m；装药长度11 m；孔距8 m；排距6 m；炸药单耗0.64 kg/m3；单孔装药量458.7 kg；连续装药结构；炸药种类：为现场混装铵油炸药；雷管类别：为高精度导爆管雷管；延期时间：为①孔内管600 ms；②地表管：共5 排炮孔，孔间延期间隔为42 ms[2]；③第1 排至第5 排为100 ms。

此外，为确保距离推进后的质点振速较大，需在该阶段爆破时，在建筑聚集区域的限界位置开挖减振沟，减振沟宽2 m，深3～4 m，开挖土体或岩体沿减振沟一侧堆放形成综合减振带。

1.2 距离矿界200～150 m 范围

区段Ⅱ爆破方案：孔径250 mm；孔深17 m；超深2 m；填塞长度6 m；空气间隔1 m；装药长度10 m；孔距7.5 m；排距6 m；炸药单耗0.618 kg/m3；单孔装药量417 kg；间隔装药结构；现场混装铵油炸药；数码电子雷管；延期时间：共5 排炮孔，按炮孔编号设置延期时间，根据具体情况选择斜线起爆或“V”形起爆网路[6]。

起爆网路图如图1，图中数字为炮孔编号，炮孔雷管的延期时间为炮孔编号×15 ms，比如：炮孔编号为10 的炮孔延期时间设置为150 ms。一般来说，“V”形起爆网路飞石抛掷距离更小。

图1 起爆网路图

1.3 距离矿界150～100 m 范围

区段Ⅲ爆破方案：孔径165 mm；孔深16.5 m；超深1.5 m；填塞长度5.5 m；装药长度11 m；孔距5 m;排距4 m；炸药单耗0.65 kg/m3；单孔装药量200.2 kg；连续装药结构；现场混装铵油炸药/袋装乳化炸药[3]；数码电子雷管；延期时间：共5 排炮孔，按起爆网路图的炮孔编号设置延期时间，根据具体情况选择斜线起爆或“V”形起爆网路。

后排孔设计为不耦合装药结构，不耦合系数为1.5，以降低对后继边坡掌子面的破坏。

1.4 距离矿界100～50 m 范围

小台阶开挖，将现行开采方案更改为7.5 m 台阶推进。将原15 m 台阶变为小台阶，台阶高度为7.5 m。

区段Ⅳ爆破方案：孔径165 mm；孔深8.0 m；超深0.5 m；填塞长度3.5 m；装药长度4.5 m；孔距4.5 m，排距4 m；炸药单耗0.61 kg/m3；单孔装药量81.9 kg；现场混装铵油炸药；数码电子雷管；起爆网路：电子雷管逐孔微差起爆，起爆序列采用“V”形起爆网路。

100～50 m 范围内的爆破需要进行预裂爆破设计，预裂爆破预裂孔主要爆破参数（乳化炸药）为孔径165 mm；孔距1.8 m；孔深8.5 m；不耦合系数3.0；线装药密度1.0 kg/m；单孔装药量7.0 kg。缓冲孔主要爆破参数（乳化炸药），孔径为165 mm；孔距3.0 m；孔深8.5 m；不耦合系数1.5；与主爆孔排距3.5 m；单孔装药量37 kg。

预裂爆破装药结构设计：预裂爆破炮孔采用不耦合装药结构，不耦合系数取3.0；装药结构采用普通的药卷和导爆索制成的药串进行间隔装药；整体装药结构分为底部加强装药段、正常装药段和上部减弱装药段。

2 起爆分析

优化方案主要采用斜线起爆网路与“V”形起爆网路，对比2 种起爆网路中岩石的移动方向可知斜线起爆网路的岩石向一侧移动，移动方向与点燃阵面（等时线）垂直；“V”形起爆网路的岩石向内侧移动，移动方向同样垂直于点燃阵面（等时线）。综上，由岩石的移动方向与建筑物的位置，在现场则可以选择合理的起爆网路与起爆点位置。

不同方案不同距离最大质点振速计算见表1[7]。

表1 不同方案不同距离最大质点振速计算

目前采用数码电子雷管对于露天深孔爆破的主振频率可提高至20 Hz 左右，此时根据《爆破安全规程》的要求，土窑洞、毛石房的爆破振动安全允许振速为0.45～0.9 cm/s；一般民用建筑的爆破振动安全允许振速为2.0～2.5 cm/s；工业和商业建筑的爆破振动安全允许振速为3.5～4.5 cm/s；矿山巷道的爆破振动安全允许振速为18～25 cm/s。

100～50 m 范围的爆破均需要结合预裂爆破，通常预裂爆破可降低振动20%以上[8]，所以，表1 中的各项振速均能满足《爆破安全规程》关于一般民用建筑的振动要求。

3 爆破飞石控制措施

飞石控制措施如下[9]：

1）控制爆破飞石主方向，合理确定临空面。根据露天矿山台阶爆破现场实践经验，在正常条件下，常规台阶爆破个别飞石最大飞散距离分别为，沿抵抗方向200 m、沿台阶侧向为100 m、沿抵抗线反方向为50 m。故在较大规模露天矿山台阶爆破中，合理选择抵抗线方向，避开飞石主方向，能最大程度减少飞石对保护对象的危害。

2）做好爆破起爆网路设计，合理控制排间微差时间。使用数码电子雷管能够有效保证按照设计要求的起爆顺序，“V”形起爆网路的爆岩飞散较斜线网路的少。

3）做好掌子面浮石及特殊地形地质条件的处理。如有与临空面贯穿的断层带或其他软弱破碎带时，应对装药位置作出调整，通过间隔装药来防止爆生气体沿该软弱面冲出形成飞石。在下1 个梯段爆破前，要清除掌子面上的浮石以防止爆炸应力波的冲击形成飞石。

4）如果爆区距离建筑物100 m 以内，建议使用炮泥作为填充材料，并逐层捣实。

4 结语

基于安家岭露天矿东帮靠界区域复杂的周边环境，提出了以50 m 为区段划分Ⅰ（250～200m）、Ⅱ（200～150m）、Ⅲ（150～100m）、Ⅳ（100～50m）、Ⅴ（50m以内）5 个区间的优化方案，对各区段爆破方案进行了详细的设计和优化，实现不同距离的爆破方案产生的振动速度最小、爆破效果更理想。