吕德仙

（中煤平朔集团有限公司 安家岭露天矿，山西 朔州 036800）

爆破必然要带来爆破振动，但振动大小是可以通过技术措施加以控制的。露天开采技术的突飞猛进得益于爆破工程技术的蓬勃发展，尤其是基于高精度毫秒延期雷管的控制爆破以及预裂爆破技术在降震方面的应用，更是将很多不可能的工程问题变成了现实。安家岭露天矿东部靠界区爆破施工得以安全顺利地开展，就得益于露天控制爆破降震技术的长足发展。

1 工程概况

安家岭露天矿是我国自行设计、自主建设的特大型露天矿山，设计生产能力15.0 Mt/a，核定生产能力20.0 Mt/a，主要经济可采煤层3 层，煤层上部附着物除了局部表层为黄土外，其余大部为砂岩，采装前需对剥离岩层进行松动爆破，年松动爆破方量超1 亿m3，对穿爆效率要求极高。。

按照计划，2020 年安家岭露天矿东部局部区域将面临靠界，依据初步设计中划定的安家岭露天矿东部境界作为地表境界，并结合安家岭露天矿东部开采深度大于200 m 的实际情况，同时遵照相关规定，安家岭露天矿将损失东部靠界区矿权界范围内煤量近2 800 万t，为了尽最大可能降低对煤炭资源的浪费，有效提升了安家岭露天矿的经济效益。基于技术指标和经济指标的对比分析，经多方论证，安家岭露天矿决定将东部境界靠界距地面建筑物的安全距离由200 m 缩短至50 m，项目成功实施后，这一举措将带来经济效益高达20 亿元左右[1－2]。

2 问题的提出及研究目的

2.1 问题的提出

东部境界靠界距地面建筑物的安全距离由200 m 缩短至50 m，随着安家岭露天矿采掘作业的持续深入，从2020 年开始，安家岭露天矿爆破作业面逐步逼近后安矿矸石仓、后安矿变电室、临时建筑等重要建（构）筑物，爆破作业面到最近建筑物为矿坑东北角的后安矿矸石仓，距离仅为50 m。东边界附近建（构）筑物距地表境界距离见表1。

表1 东边界附近建（构）筑物情况表

大规模的爆破作业距离建（构）筑物及设施越来越近，因此爆破作业对附近产生的安全威胁不容忽视，尤其是对爆破振动控制不合理的情况下，将会对东边界建（构）筑物以及生产活动的人员造成毁灭性的打击。鉴于爆破的危害效应，不仅容易引起安全问题、经济问题、民事纠纷还容易损害安家岭特大型露天矿的生产效益，甚至造成露天矿不能正常生产[1－2]，因此，研究安家岭特大型露天矿安全高效生产的爆破施工方案已经迫在眉睫。

2.2 原有爆破方案的局限性

安家岭露天矿现有250 mm 孔径钻机11 台、165 mm 孔径钻机6 台，原有的爆破方案无论是250 mm 还是165 mm 钻孔，都采用5 排方形布孔，孔内采用600 ms 非电管，地表网络采用42 ms 配合65 ms 的地表管进行起爆。这种爆破方案的单段起爆药量大，显然不能满足东边界对爆破震动的要求，需要对东边界爆破方案进行优化，从而降低爆破振动[3－5]。

2.3 优化爆破方案的目的

东边靠界区周边有各种不同建筑物分布，对保护的要求也不尽相同，本工程的研究目的就是制定出一套专项爆破施工方案，方案的优化需要考虑2种孔径钻机在生产效率和控制爆破振动方面的相互制约[6－9]。为了兼顾采运接续、穿爆效率以及东边界复杂环境的爆破安全，需要根据东边界建筑物距离炮区的远近不同提出不同的爆破方案，将被保护区域的爆破有害效应控制在允许范围内，实现端帮推进至距离矿界50 m 的位置。

3 爆破方案优化

安家岭露天矿常用的炸药品种主要为铵油炸药和乳化炸药，鉴于乳化炸药的延米装药量高以及靠界区岩层基本不含水的相关地质情况，靠界区大部采用铵油炸药进行爆破，局部无法克服的钻孔水采用乳化炸药，同时为了兼顾采运接续、穿爆效率以及东边界复杂环境的爆破安全，需要根据东边界建筑物距离炮区的远近不同提出不同的爆破方案。

3.1 正常台阶大孔径5 排爆破

1）方案1。参数为：①钻孔直径ϕ=250 mm；②台阶高度H=15 m；③超深h=1.5 m；④钻孔深度L=H＋h=16.5 m；⑤布孔方式：方形；⑥孔距a=8 m；⑦排距b=8 m；⑧排数：5 排；⑨装药方式600 ms 非电管装配450 g 起爆具多点反向起爆，孔底间隔连续耦合装药；前排孔装药量：ϕ250 mm 孔铵油炸药168 kg、ϕ250 mm 孔乳化炸药217 kg；正常孔装药量：ϕ250 mm 孔铵油炸药420 kg、ϕ250 mm 孔乳化炸药558 kg；充填高度：前排孔12～13 m，正常孔6～7.5 m。

3.2 正常台阶大孔径3 排爆破

2）方案2。参数为：①钻孔直径ϕ=250 mm；②台阶高度H=15 m；③超深h=1.5 m；④钻孔深度L=H＋h=16.5 m；⑤布孔方式：方形；⑥孔距a=8 m；⑦排距b=8 m；⑧排数：3 排；⑨装药方式600 ms 非电管装配450 g 起爆具多点反向起爆，孔底间隔连续耦合装药；⑩前排孔装药量：ϕ250 mm 孔铵油炸药168 kg、ϕ250 mm 孔乳化217 kg；正常孔装药量：ϕ250 mm 孔铵油炸药420 kg、ϕ250 mm 孔乳化558 kg充填高度：前排孔12～13 m，正常孔6～7.5 m。

3.3 正常台阶小孔径5 排爆破

3）方案3。参数为①钻孔直径ϕ=165 mm；②台阶高度H=15 m；③超深h=1 m；④钻孔深度L=H＋h=16 m；⑤布孔方式：方形；⑥孔距a=6 m；⑦排距b=6 m；⑧排数：5 排；⑨装药方式600 ms 非电管装配450 g起爆具多点反向起爆，孔底间隔连续耦合装药；⑩前排孔装药量：ϕ165 mm 孔铵油炸药72 kg、ϕ165 mm 孔乳化炸药94.5 kg；正常孔装药量：ϕ165 mm 孔铵油炸药198 kg、ϕ165 mm 孔乳化炸药270 kg；充填高度：前排孔12～13 m，正常孔5～6.5 m。

3.4 半台阶小孔径5 排爆破

4）方案4。参数为：①钻孔直径ϕ=165 mm；②台阶高度H=7.5 m；③超深h=0.5 m；④钻孔深度L=H＋h=8 m；⑤布孔方式：方形；⑥孔距a=6 m；⑦排距b=6 m；⑧排数：5 排；⑨装药方式600 ms 非电管装配450 g 起爆具多点反向起爆，孔底间隔连续耦合装药；⑩前排孔装药量：ϕ165 mm 孔铵油炸药45 kg、ϕ165 mm 孔乳化炸药67.5 kg；正常孔装药量：ϕ165 mm 孔铵油炸药72 kg、ϕ165 mm 孔乳化炸药94.5 kg；充填高度：前排孔5 m，正常孔3.5～4.5 m。

4 可行性验算

4.1 最大单段起爆药量

4 个爆破方案中，起爆网络全部采用澳瑞凯高精度导爆管雷管进行地表网络连接，为了尽最大可能实现逐孔起爆，根据爆破设计软件SHOTplus5模拟以及现场实测得知，地表网络连接中，东边靠界区域控制排采用25 ms 延期，其余炮孔采用65 ms延期的时候，这个时候8 ms 范围内起爆的炮孔数最少，仅为2 孔，即前排第6 孔和第3 排第1 孔、第2排第7 孔和第4 排第2 孔等2 孔起爆时间间隔相差仅5 ms，根据雷管延期误差以及现场实测，炮孔延期差值在8 ms 之内起爆的算作同一段。因此上述4种方案的最大单段起爆药量Qmaxi分别为Q1max=1 116 kg、Q2max=775 kg、Q3max=540 kg、Q4max=189 kg。

4.2 可行性验算及方案适用范围

根据东边界附近建（构）筑物等保护对象类别，将爆破振动控制在其安全允许标准以内，爆破振动安全允许标准以及相关信息可以在GB 6722—2014爆破安全规程上查询，经查询得知相应建（构）筑物的安全允许质点振动速度分别为：Ⅰ类，王高登村土窑，0.15～0.45 cm/s；Ⅱ类，王高登村民房屋、后安矿家属房（砖混＋预制板）和烟囱以及中部2 处临时建筑物属于一般民用建筑物，1.5～2.0 cm/s；Ⅲ类，矿坑东北角的临时停车场、后安矿矸石仓以及后安矿工业广场内的彩钢房，属于工业和商业建筑物，2.5～3.5；Ⅳ类，后安矿、白芦矿等周边矿井的井筒及井下巷道，属于矿山巷道，15～18 cm/s。

爆破振动安全允许距离按式（1）计算

式中：R 为爆破振动安全允许距离，m；Q 为炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大单段药量，kg；V 为保护对象所在地安全允许质点振速，cm/s；K、α 为与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数[6－9]，根据辽宁工程技术大学爆破工程有限责任公司编制的《东帮靠界爆破振动监测及爆破优化方案》的研究成果得知，安家岭露天矿东边界区域与地形、地质条件有关的爆破振动关键参数为K=146.09、α=1.91。

根据方案1～方案4 最大单段起爆药量，以及4类建（构）筑物的安全允许质点振动速度，分别求出各自的最小安全距离Rmin，爆破方案1～方案4 的安全距离见表1。

表1 爆破方案1～方案4 的安全距离

由表1 可知，东边靠界爆破区域距离被保护对象最近位置即靠界区最后1 幅开展爆破时，只有爆破方案4 是可靠的，符合爆破安全要求；考虑爆破方案4 炮区1 幅宽度为30 m 左右，那么靠界区倒数第2 幅爆破时，爆区就离开被保护建筑的距离相应增加了30 m，再通过表1 相关数据可知，爆破方案1～3 都满足靠界区倒数第2 幅爆破安全要求；同理，靠界区倒数第3 幅爆破时，爆破方案1～方案4 全部满足爆破安全要求。

4.3 爆破方案评价

1）4 种爆破方案中，方案4 对于控制爆破振动最理想，但是穿爆效率最低，考虑到安家岭露天矿生产效率极高，显然方案4 不可能满足爆破效率和生产接续的需求。为此考虑到4 种爆破方案爆破参数、施工效率以及控制爆破振动方面的问题，安家岭露天矿在靠界区距矿界50～80 m 范围内选用爆破方案4 进行爆破。

2）4 种爆破方案中，方案2 和方案3，生产台阶从半台阶过渡到正常台阶，穿爆效率较方案4 有了重大的进步。但是具体来讲，方案3 的爆破振动要小于方案2，方案2 在穿爆效率方面优于方案3。因此，为了得到更高的爆破安全系数，在靠界区距矿界80～110 m 范围内要优先选用爆破振动相对较小的爆破方案3，当方案3 的穿爆效率满足不了80～110 m 范围内生产需要的时候，要及时采用穿爆效率较高的方案2 进行高效穿爆。

3）4 种爆破方案中，方案1 穿爆效率最高，但爆破振动最大。根据表1 数据，在靠界区倒数第1、第2幅炮区内无法将爆破振动控制在安全范围内，因此，只能在靠界区距矿界110～200 m 范围内优先选用方案1 进行爆破，只有在穿爆效率有富裕的情况下，考虑其余几种对降震比较明显的爆破方案。

4）4 种爆破方案都采用孔底间隔装药，从作用机理上降低爆破震动峰值[10]，从而到达降低爆破震动的目的。

同时，每个平盘靠界时都要采用预裂爆破对边帮和附近建筑进行保护，同时，预裂段齐发药量不超过对应爆破方案1～方案4 的最大装药量，预裂齐发段药量超过主炮区单段最大药量时，预裂爆破也应进行分段来控制单段药量。

5 结语

制定了安家岭露天矿东帮靠区爆破施工优化方案。截止2021 年3 月底，靠界区爆破方案的优化实施，让东部靠界区北部从上到下有7 个台阶已经靠界，爆破施工开展过程中，在满足生产正常接续的同时，没有对周边大量的土坯房、停车场、井工矿地下巷道等建筑物造成任何的安全问题，可以说靠界区复杂条件下的爆破施工作业已经基本上安全、顺利地进行到了尾声，为安家岭矿实现东部靠界区煤炭资源的安全高效开采提供了有力的现实基础。