于志方，賈建軍，杜  巍，尹立志，楊鵬遠

（鞍鋼礦業爆破有限公司，遼寧 鞍山  114000）

摘  要：大孤山鐵礦礦石井運輸巷道局部出現巷道壁錯位變形，且呈加快趨勢，給礦山安全生產帶來潛在的安全隱患。通過系統分析，造成變形的主要原因為日常生產中爆破振動，為降低爆破振動對巷道破壞，保證礦石井運輸巷道達到計劃服務年限，特對爆破時運輸巷道周圍巖體穩定性進行監測，制定了爆破降振控制措施，已達到保護巷道穩定性的目的。

關鍵詞：控制爆破；運輸巷道；爆破振動監測。

Abstract：The displacement of the roadway wall in the ore well transportation lane of Dagushan Iron Mine has appeared in an accelerated trend, which brings potential safety hazards to the safe production of the mine. Through system analysis, the main cause of deformation is blasting vibration in daily production. In order to reduce the blasting vibration to the roadway damage and ensure the ore well transportation lanes reach the planned service life, the stability of the rock mass around the transportation roadway during the blasting is monitored, and the blasting vibration reduction control measures are formulated. These measures have achieved the purpose of protecting the stability of the roadway.

Key words：controlled explosion; haulage roadway;Blasting vibration monitoring。

1  基本工程概況

大孤山鐵礦現開采水平達到-343 m，開采深度不斷增大，礦石運距逐步加大，原有礦石井已不能滿足經濟效益最大化的要求，因此決定建設礦石四期井取代原礦石三期井承擔礦石運輸任務，原三期井使用新2號皮帶巷道仍然正常運行。

采場西北部（-68 m水平～-131 m水平）邊坡巖體發生位移變形，對西二期礦石井及其斜坡運輸巷道造成威脅。針對這一問題，通過一系列工程地質勘查和可行性研究工作^[1]，需要在西二期井（-68 m水平）防洪泵站附近采取削坡減載、人工錨索加固等治理措施，以保證邊坡巖體穩定，減少對下部礦石井及運輸巷道的威脅。

根據甲方大孤山鐵礦要求，該項削坡減載工程需完成-68 m至-131 m水平、共計四個臺階的巖土穿孔爆破工程，預計削坡作業量66萬噸，其中礦石37萬噸、巖石29萬噸，折合方量22.55萬m3；礦石類型為磁鐵礦，普氏硬度系數f=17，體重3.4 t/m3，巖石類型為混合巖，普氏硬度系數f=8，體重2.74 t/m3。該區域臨近采場西部礦石膠帶運輸斜井，最小距離12 m，需要嚴格控制爆破振動，減少爆破振動對巷道的破壞^[2]。

2  爆破設計技術方案

2.1 爆破區概況

爆破區域巖種大多為混合巖Mp，淡綠色，粗粒結構，片麻狀構造，礦物主要成分為長石、石英、綠泥石、白云母等，硬度系數f=9，體重D=2.74 t/m3；礦石以玢西礦為主，體重3.3 t/m3。削坡區域上部水平-68 m，采掘底板-131 m，設計段高12 m，設計孔深13 m，超深1 m；

周圍環境：該爆破區域炮孔距防洪管線最近5 m，距防洪泵站等設備、設施最近12 m。最近炮孔孔底在新2號巷道整整上方，垂直距離為14.5 m。周圍環境示意圖如下圖1。

2.2 礦山爆破對巷道穩定性影響范圍的確定

根據大孤山鐵礦與中勘冶金勘查設計研究院有限責任公司（以下簡稱“中冶?？痹骸保┖献魍瓿傻摹洞蠊律借F礦西井邊坡變形機理與治理對策研究》^[3]成果，通過多次多點爆破振動監測和爆破振動質點振動速度回歸分析^[4]，得出了以下結論：

（1）垂直方向Z的質點振動速度明顯大于水平X、Y方向，說明爆破振動對邊坡的影響主要是縱向；

（2）臨界質點振動速度（指巖體產生新的裂紋并使巖體破壞的最小質點振動速度）為V臨界=11.18 cm/s；根據相關文獻按臨界振速25%計算得安全振速V安全1=2.795 cm/s；研究報告根據規程規定，永久性巖石邊坡安全允許質點質點速度5-15 cm/s為基本判據，對較為破碎穩定性較差的邊坡按5 cm/s。目前，計算爆破引發的巖體內質點振動速度常用的公式有薩道夫斯基經驗公式分析，爆破質點振動速度按公式和美國v=K(Q^1/3／R)^α礦務局公式v=K(Q^1/2／R)^α，公式含義相同。中冶保勘院通過對xyz三個維度的質點振動速度以及矢量和的擬合分析計算，認為利用美國礦務局公式對監測監測數據擬合的相關性系數要比薩道夫斯基經驗公式高，認為利用美國礦務局公式對大礦西井邊坡爆破質點振動峰值速度進行擬合要優于薩道夫斯基經驗公式，計算公式為v_矢=19.2397(Q^1/2／R)^1.5906。

據此計算得出距離運輸巷道最近的炮孔（即最小爆心距）單孔裝藥量最大為90 kg。考慮到連續裝藥結構裝藥能量利用率偏低且產生振動較大，設計采用孔底空氣間隔與孔中空氣間隔相結合，以進一步平抑質點振動峰值和強度，降低對運輸巷道的不利影響。

2.3 降振控制的技術措施

據此計算得出距離運輸巷道最近的炮孔（即最小爆心距）單孔裝藥量最大為90 kg。并采取以下降振控制措施：

（1）采用潛孔鉆作業，降低單孔裝藥量。

（2）控制爆破區規模，每區爆破孔數控制在60個,排數不超過4排。

（3）清渣爆破，降低爆破振動。

（4）底部放間隔器，中部間隔裝藥，優化炮孔裝藥結構。對于巷道上部及距離運輸巷道頂板≤20 m的炮孔底部空氣間隔裝藥，對于位于正上方的炮孔則實施分段裝藥，上下藥量按1:2掌握，以最大限度降低爆破震動對運輸巷道的振動強度；

（5）優化爆破設計網絡^[5]，鄰近巷道的炮孔采用孔內微差與地表微差相結合起爆方式，孔內上下段微差間隔時間25 ms，同時借助澳瑞凱公司SHOTplus爆破網絡設計軟件進行起爆網絡模擬，確保實現逐孔起爆。

2.4 爆破應用實例

以7月3日爆破區為例，介紹具體爆破設計過程，并對需要保護設施進行振動速度監測。

2018年7月3日2#潛孔鉆爆破區^[6]（如圖2所示），四排共計34個孔，爆破區孔距離巷道最近距離為17.4 m（如圖3所示）。

設計孔網參數為：孔距4 m，排距4 m，段高12 m，孔深13 m，全部為干孔，使用銨油炸藥，設計每孔裝藥量為Q=4×4×12×2.74×0.16=84.1 kg（取80 kg）。

為降低爆破振動，在爆區前方創造自由面，實施清渣爆破；裝藥方式為連續柱狀裝藥和空氣間隔裝藥兩種，距離地下運輸巷≥20 m時采用連續柱狀炸藥結構底部放空氣間隔器，中部間隔裝藥，下部裝藥50 kg，上部裝藥30 kg，中間間隔2 m，4.5 m填塞高度4.5 m。

聯線采用逐孔起爆技術^[7]，聯線圖如圖4所示。

爆破效果較好，通過振動監測數據（下表1）可知，距離巷道最近處的振動速度為2.27 cm/s，小于2.795 cm/s，而且爆破效果達到了設備采掘的要求，并附上爆前（如圖5）爆后（如圖6）效果圖。

3  爆破振動監測

考慮到臺階爆破振動對-110.2巷道的危害效應，依照《爆破振動安全規程》^[8]（GB6722-2013）的有關規定，對-96～-108臺階爆破作業進行振動監測，采集爆破振動數據，為爆破現場提供科學的理論依據，有利于對巷道的危害效應準確預測及控制。

3.1 監測數據

測點布置在巷道距離爆破區較近處，通過對現場試驗數據的對比發現，選取12個具有代表性的數據進行研究。

（注：爆心距是指測點到爆源炮孔底部的實際距離）

3.2 分析數據

通過表1繪制出爆心距與振速峰值示意圖（如圖7）。

根據表1和圖7中的監測數據可以得出：在一段裝藥量都為80 kg的情況下，爆心距與爆破產生的質點振動速度基本呈線性關系，隨著距離增加而降低，進行線性回歸分析列出兩個變量之間的關系公式為v=-0.042R+2.971，v為振動峰值，R為爆心距。巷道里距離爆破區較近位置的監測點的振動速度都小于安全振速V_安全1=2.795 cm/s，低于計算值，而且爆破之后，巷道內無任何變化，無落石，爆破效果較好。

4  結  論

通過對大孤山鐵礦西二井爆破的分析、不斷的生產實踐及工業試驗，很好的解決了這種復雜情況下的控制爆破。每個礦山都有其特殊的的地質條件和爆破難題，希望兄弟礦山爆破技術人員互通有無，提高控制爆破技術總體水平。

參考文獻:

[1]  中國工程爆破協會.工程爆破理論與技術[M].冶金工業出版社,2004.

[2]  江鴻.仙女巖隧道出口下穿油氣管道降振控制爆破技術研究[D].西南交通大學,2015.

[3]  大孤山鐵礦與中勘冶金勘查設計研究院有限責任公司合作完成的《大孤山鐵礦西井邊坡變形機理與治理對策研究》成果.

[4]  汪旭光.《爆破設計與施工》[M]北京:冶金工業出版社,2011.

[5]  于潤滄.《采礦工程師手冊》[M]北京:冶金工業出版社,2009.

[6]  文永勝,方顏空,呂力行.復雜地質條件下的臺階爆破技術研究[J].輕金屬,2010(4):44-46.

[7]  于江浩,宋子嶺.逐孔起爆技術在露天煤礦深孔爆破中的應用[J].遼寧工程技術大學學報(自然科學版),2015,34(04):438-441.

[8]  孫金山,李正川,陳明,等.《爆破安全規程》(GB 6722—2014)邊坡巖體爆破振動速度安全允許值的理論探討[J].巖石力學與工程學報,2017,36(12):2971-2980.