石灰石矿山复杂环境下高陡边坡残留体安全治理

李 斌，霍 伟，姜 嵩

(1.山东省济宁市公安局治安警察支队，济宁 272000；2.兖州中材建设有限公司，济南 250100)

1 工程概况

江西某水泥有限公司石灰石矿山，由于历史遗留原因，在投产前临边处被乱采乱挖形成了高陡边坡残留体。如图1所示为高陡边坡残留体开采环境平面示意图，该残留体东、西、南三侧为陡坎，东西平均长度约50 m，南北平均长度约63 m，最高点与南侧原始边坡最低处高差约56 m，北侧已开采至125 m平台，高差约33 m；周边环境复杂，残留体中心点距破碎站、皮带廊、配电室等设施70.6 m，边坡最近处不足40 m，距最近的砖房85.5 m，且周边近距离存在乡村道路(112.4 m)、加油站(153.2 m)等需要保护的对象[1,2]。

2 技术方案

2.1 总体方案

如图2所示，该高陡边坡残留体分成A、B两个区域，两区域分开施工，先施工区域A再施工区域B。区域A的开采施工，可充分利用靠近区域B的矿石修筑联络道路至区域A的顶部，使用破碎锤整平区域A的顶部并创造高风压钻机的钻孔平台。待区域A施工至标高1时，暂停区域A的施工，转而开采区域B，将大量矿石甩方至区域B(保留适量矿石以应对区域A的后期开采，避免重复甩方)，尽量抬升联络道路高度，以便于区域B各项施工。区域B的开采施工，前期需钻抬眼爆破，抬眼法开采降段至合适位置后，采用常规竖直孔钻孔爆破[3-6]。

2.2 爆破施工技术措施

1)竖直孔爆破施工

以区域A为例做具体技术说明：履带式高风压钻机钻孔，分台阶爆破降段。区域A顶部标高141 m，计划三个台阶标高为136 m、131 m和125 m。详见图3区域A降段剖面示意图。

根据周边环境和设备人员施工条件，爆破设计参数如下(以降段5 m为例)[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°(视情况可做适当调整)；(5)孔径80 mm；(6)炸药单耗≤0.3 kg/m3(自由面方向较好时可适当增加)；(7)顶部堵塞长度≥3.5 m；(8)装药方式为集中装药(视情况可采用间隔装药或底部耦合装药上部不耦合装药)；(9)非电导爆管雷管毫秒微差爆破，逐孔起爆，最大齐爆药量为10 kg。

根据爆破效果及爆破危害程度对爆破参数及时调整。爆破完确定安全后，计划下一炮钻机行进道路等问题，综合考虑矿堆的合理利用(平整为钻机道路或借助矿堆进行钻孔等)。循环作业时注意调整挖掘机甩方清除矿堆和修筑钻机行进道路等的关系、顺序。

2)抬眼法爆破施工

对于区域B，受条件限制，前期只能进行抬眼法爆破施工。经实地勘察，首次抬眼爆破位置如图4所示，该位置墙体东西宽度11.6 m，具体设计爆破参数如下[3,5]：

(1)孔距1.0 m；(2)排距0.6 m；(3)孔深7.0 m；(4)眼孔略向下倾斜(孔底低于孔口，便于装药填塞)；(5)孔径80 mm；(6)孔数11个(首炮眼孔个数)；(7)顶部堵塞长度5.5 m；(8)装药方式为集中装药；(9)炸药单耗约为0.85 kg/m3；(10)非电导爆管雷管爆破，单排同时起爆，最大齐爆药量为45.2 kg。

区域B首次爆破炮口方向面向西。此次爆破后，及时甩方清理矿渣，视情况保留部分矿渣，修筑钻机工作平台，调整炮口方向为面向北(此方向更为安全)，而后自北向南逐炮推进，择机创造条件，尽早调整为竖直钻孔爆破[7,8]。

3 爆破安全计算

3.1 爆破振动安全校核

爆破振动安全允许距离[9,10]，根据公式(1)

(1)

式中,R为爆破振动安全允许距离；Q为炸药量，齐发爆破为总药量，延迟爆破为最大一段药量，按照参数取30 kg；V为保护对象所在地质点振动安全允许速度[1]，按照砖房取值，2 cm/s；K、α为与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件和衰弱指数，根据相关工程实例和经验得出[1]，分别取250和1.65。

按照砖房计算，安全允许振速V=2.0 cm/s，最大齐爆药量45.2 kg，计算得到R=66.46 m<70.6 m，距离残留体中心点最近的破碎站、皮带廊、配电室等设施是安全的。

3.2 爆破飞石安全校核

对于台阶深孔爆破个别飞石的最大距离由下式确定[9]

Rmax=100K1K2r3/W3

(2)

式中,Rmax为爆破产生个别飞石的最大距离，m；K1为深孔密集(邻近)程度系数(见表1)；K2为炸药爆破能量与抵抗线相关系数(见表2)；r为炮孔半径，cm；W为第一排炮孔的最小抵抗线，m。

表1 深孔密集程度系数K1

表2 炸药爆破能量与抵抗线相关系数K2

对于竖直孔爆破，K1取1，K2取0.5，计算得到的爆破产生个别飞石的最大距离Rmax为204.8 m，结合图1的爆破周边环境，破碎站、皮带廊、配电室、乡村道路和加油站(153.2 m)等需要进行个别飞石的安全保护。

4 施工安全措施

4.1 爆破飞石控制

1)优化爆破方案

根据爆破要求和自由面情况，结合被爆岩体力学性质和岩层结构特点，合理布置药包，确定合理的装药结构和严格控制装药量，采用逐孔起爆技术。

2)主动防护

采用竖直孔爆破时，爆区表面采用炮被覆盖措施，单块炮被规格为1.6 m×1.6 m，重75 kg(见图5)，多块炮被用铁丝紧固的连接在一起，形成一整张炮被[10]。

区域B抬眼爆破时，在炮口正前方砌筑挡墙(此挡墙采用编制袋装粘土或细沙砌筑而成)。设置挡墙，宽2 m、高2.5 m，长度视爆区长度而定，两侧超出爆区长度1.5 m，如图6所示)。

4.2 滚石防控措施

在需保护对象(主要是皮带廊)与山体之间合适位置开挖滚石拦截沟，个别位置可另安装SNS被动防护网[10]，被动防护网钢丝绳直径10 mm、网孔参数200 mm×200 mm、防护网高度5 m。

5 结 论

a.针对矿山临边处被乱采乱挖形成的高陡边坡残留体爆破安全开采问题，将残留体分成A、B两个区域，先施工区域A再施工区域B。区域A的开采施工，使用破碎锤平整区域A的顶部创造钻孔平台。区域B的开采施工，前期需钻抬眼爆破，抬眼法开采降段至合适位置后，采用常规竖直孔钻孔爆破。

b.进行了爆破振动和爆破飞石安全校核，计算结果表明：破碎站、皮带廊、配电室、乡村道路和加油站需要进行个别飞石的安全保护。

c.针对爆破飞石控制和安全防护，选择了逐孔起爆爆破方案的优化和钢丝胎炮被主动防护。

总之，这种复杂环境和复杂条件的施工，通过合理利用现有设备设施人员，最大限度利用好周边环境、地势地形等各种条件，以最低成本创造爆破施工条件，采用精细化的控制爆破工艺，最终以合理的成本实现安全治理、安全开采的目的。