220 kV超高壓線下某礦山控制爆破方案設計

葛 樂 儀海豹 尤元元 汪 禹 關佳佳

(1.安徽省公安廳治安總隊；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；3.馬鞍山礦山研究院爆破工程有限責任公司；4.淮南市公安局治安支隊)

1 工程概況

某露天鐵礦地處安徽省馬鞍山市，設計生產能力為500萬t/a，現已形成12，0，-12，-24，-36，-48，-60，-72 m平臺，主要針對西翼礦體進行開采。根據礦山生產采剝進度計劃，礦山將對東翼礦體、西翼礦體進行協同開采，以實現礦山采剝平衡。礦區東翼礦體周邊環境較為復雜，礦體位于采場東南側、220 kV 當蘇4835/4836高壓線西側，其東北側和東側為礦山臨時排土場、干選廠、礦石倒裝礦倉控制室、鐵礦車間，西南側為二期工程破碎站(圖1)。

2 爆破設計方案

2.1 爆破方案選擇

根據東翼采區地形及周邊環境等特點，礦山生產爆破對采場東側干選廠、220 kV 當蘇4835/4836超高壓輸電線、二期工程破碎站的危害主要是爆破振動、飛石、沖擊波等。為降低礦山日常爆破作業對220 kV 高壓線、干選廠、二期工程破碎站的影響，設計將爆破區域劃分為機械開采區、控制爆破作業區、正常生產爆破作業區，將距離干選廠大于60 m以外作為正常生產爆破區；將距離干選廠40～60 m范圍劃分為控制爆破區(標高-12～0 m)；將距離干選廠40 m范圍內劃分為機械開采區(標高0 m以上)，該區域嚴禁進行爆破作業，采用挖掘機配合破碎錘進行機械破碎(圖1)。

圖1 東翼采區周邊環境

2.2 爆破參數

2.2.1 炸藥單耗

為確保220 kV超高壓線、干選廠、二期工程破碎站等設施安全，設計采用減弱松動爆破技術[1-4]?？紤]到礦山地質構造及巖石物理力學參數，結合礦山日常生產爆破參數，本研究設計的單位炸藥消耗量q取0.40～0.55 kg/m3。

2.2.2 炮徑及布孔形式

設計采用CM351型潛孔鉆機穿孔，正常生產爆破作業區炮孔直徑為200 mm，炮孔傾角β為90°；控制爆破區炮孔直徑90 mm，炮孔傾角β為90°；靠幫預裂爆破區孔徑為140 mm，炮孔傾角β為60°。在平面上采用能量分布比較均勻的三角形布孔方式。

2.2.3 底盤抵抗線

底盤抵抗線(W1)一般為孔徑的20～50倍。本研究正常爆破作業區炮孔直徑為200 mm，底盤抵抗線為6.5 m；控制爆破區炮孔直徑為90 mm，底盤抵抗線為2.9 m。

2.2.4 炮孔深度和超深

為克服臺階底盤阻力，促使爆破后臺階底盤平整，防止根底產生，設計炮孔深度適當超出臺階高度H，其超出部分即為超深h。超深h一般為臺階高度的10%～15%。結合目前礦山的實際生產爆破情況，設計臺階高度H為12 m，超深h取2 m，超深h選取應在生產實踐中不斷修正，炮孔深度應根據爆區實測標高確定。

2.2.5 孔距和排距

(1)孔距?？拙郺一般取1～2倍W1。根據礦山條件及爆破施工經驗，正常生產區a=7.5 m，控制爆破區a=3.4 m，預裂爆破孔距a=1.3～1.5 m。

(2)排距。本研究炮孔排距b取值為(0.6～1)W1。根據礦山條件及爆破施工經驗，正常爆破作業區炮孔排距取5 m，控制爆破作業區炮孔排距取2.3 m。

2.3 裝藥結構

正常生產炮孔與預裂孔裝藥結果不一致，其中正常生產炮孔采用連續裝藥方式，每個炮孔配雙發高段位400 ms延期導爆管雷管，其中一發起爆雷管裝入炮孔下部，一發起爆雷管位于炮孔中上部與放至孔底的導爆管捆綁連接。預裂孔的裝藥結構包括底部裝藥、中部裝藥和頂部裝藥3個部分，將分節藥卷連同2根導爆索綁扎在一起。炮孔裝藥結構如圖2所示。

2.4 爆破網絡

(1)正常生產爆破網絡。本研究采用非電雷管導爆管起爆網絡，逐孔單響起爆方式，降低爆破作業對220 kV高壓線、干選廠、二期工程破碎站等設施的影響。設計孔內孔外微差相結合，每個炮孔內均放置高段位400 ms延期非電雷管，同一排炮孔間均采用25 ms延期非電雷管傳爆，排與排之間均采用42 ms延期非電雷管傳爆。

圖2 炮孔裝藥結構

(2)預裂爆破網絡。本研究預裂爆破采用導爆索搭接網絡起爆，預裂孔與主爆孔之間采用延期高精度導爆管雷管連接，超前主爆區150 ms起爆，主爆孔、緩沖孔依次起爆，爆破網絡如圖3所示。

3 爆破安全計算及防護措施

3.1 爆破振動影響范圍

根據《爆破安全規程》(GB6722—2014)[3]，當10 Hz50 Hz時，安全允許振動速度為4.2～5.0 cm/s。本研究設計的爆破工程為露天深孔爆破，f一般為10～60 Hz，同時考慮建(構)筑物情況，為確保安全，針對二期粗破碎站、倒裝礦倉控制室、干選廠選取的安全允許振動速度為2.0 cm/s。

根據《電力設施抗震設計規范》(GB 50260—2013)和《架空輸電線路桿塔結構設計技術規定》(DLT 5154—2012)，輸電線路桿塔和基礎抗震設防烈度應采用當地的基本地震烈度。為確保爆破作業期間61#、62#高壓線塔架安全，本研究選取的爆破安全允許振動速度為2.0 cm/s。

根據設計選取的爆破振動速度值計算爆破施工時的最大段藥量，公式為

Q=[R·(V/K)1/α]3，

(1)

式中，Q為一次爆破最大段起爆藥量，kg；R為被保護物至爆區的距離，m；K、α為與爆區地形、地質等條件有關的系數和衰減指數。

根據計算，正產生產區二期粗破碎站的最大爆破振動速度為0.82 cm/s，礦石倒裝礦倉控制室的最大爆破振動速度為1.15 cm/s，巖石倒裝礦倉控制室最大爆破振動速度為0.42 cm/s，鐵礦車間的最大爆破振動速度為0.14 cm/s，61#高壓線塔架的最大爆破振動速度為0.21 cm/s，62#高壓線塔架的最大爆破振動速度為0.22 cm/s，以上振動速度皆小于選取的安全允許振動速度2.0 cm/s?？刂票茀^域最大段藥量為60 kg，通過采用預裂爆破技術，預計爆破振動可以降低50%，則可以將干選廠處的爆破振動速度控制在其安全允許振動速度2.0 cm/s以內。

3.2 爆破飛石影響距離計算

飛石距離計算常用的經驗公式為[4]

Rf=20K′n2W，

(2)

式中，Rf為爆破飛石安全距離，m；K′為安全系數，一般取1.0～1.5，本研究取1.1；n為爆破作用指數，松動爆破時取0.65；W為最小抵抗線，取6.5 m。

經計算，爆破飛石安全距離為60.4 m，爆破飛石可控制在爆破安全警戒范圍內，炮孔起爆方向背離220 kV高壓線、干選廠、二期工程破碎站等設施，爆破飛石不會對礦山周邊生產、生活設施產生影響?？紤]到爆破飛石計算公式為經驗公式，礦山在現場施工過程中須嚴格按照爆破設計方案進行，確保炮孔填塞質量及長度。

3.3 爆破沖擊波安全距離計算

露天鉆孔爆破空氣沖擊波超壓值的計算公式為

(3)

式中，ΔP為空氣沖擊波超壓值，×105Pa；Q為一次爆破炸藥量；對于臺階爆破，K=1.48，α=1.55。

根據《爆破安全規程》(GB 6722—2014)[3]，本研究爆破方案中被保護對象的空氣沖擊波超壓的安全允許標準值為0.06×105Pa。經計算，各保護對象沖擊波超壓值均小于安全允許值0.06×105Pa，表明礦山爆破作業時嚴格按照設計的分區一次起爆藥量進行爆破作業，可將爆破空氣沖擊波對各保護對象的影響控制在安全允許范圍內。

3.4 爆破安全防護措施

(1)爆破施工時應嚴格控制單孔最大裝藥量和一次起爆總藥量，單孔最大裝藥量控制在220 kg以內，一次起爆總藥量控制在2.5 t以內。做好炮孔堵塞工作，保證堵塞長度和堵塞質量，嚴禁在堵塞物中摻雜碎石，避免發生爆破飛石事故[5-7]。

(2)靠幫時采取預裂爆破技術，預裂孔超前主爆區起爆，以形成預裂縫，降低爆破振動強度；一次最大一段預裂孔裝藥量小于220 kg，預裂線長度大于主爆區長度。

(3)選用合適的微差間隔時間，孔內孔外微差相結合，每個炮孔內均放置高段位400 ms延期非電雷管，同一排炮孔間均采用25 ms延期非電雷管傳爆，排與排之間均采用42 ms延期非電雷管傳爆。每次單體爆破設計應有效控制爆破自由面方向，盡可能使得爆破自由面側向或背向220 kV高壓線、干選廠、二期工程破碎站等設施。

4 結 語

為降低某露天礦山爆破作業對220 kV高壓線、干選廠、二期工程破碎站等設施的影響，設計了控制爆破方案，將開采區域劃分為機械開采區、控制爆破作業區、正常生產爆破作業區，方案中正常生產爆破區的最大單孔裝藥量為220 kg，一次最大起爆總藥量為2.5 t；控制爆破區的最大單孔裝藥量為60 kg，一次最大起爆總藥量為0.84 t，須根據現場施工情況及時調整相關爆破參數。實踐表明：爆破振動和爆破飛石是礦山生產爆破期間對周邊220 kV高壓線、干選廠、二期工程破碎站等設施的主要危害因素，礦山生產爆破期間宜采用毫秒延時爆破技術，確保炮孔填塞質量和長度，可有效降低爆破作業對采區周邊生產、生活設施的影響。