摘要： 针对露天台阶深孔爆破技术安全的重要性，探讨了飞石的有效控制和爆破振动的降低，结合宜宾筠连县关刀石矿区进行说明，系统阐述了该矿区在爆破参数设计、钻孔、药包布设、起爆系统、爆破安全的采取的措施。

     关键词：爆破参数 起爆顺序 安全控制

        Abstract： The paper aims at the importance of bench deep-hole blasting safety, which discusses the effective control of slungshot and the reduction of concussion of blasting, systematically expounding the measures of parameter of blasting design, charge pattern, initiation system and blasting safety, based on a practical case of Guandao Open Mining Pit in Junlian County, Yibin City.

Key words: Parameter of Blasting Design; Initiating Order; Safety Control   

      露天矿台阶深孔爆破是矿山生产的基本手段。爆破成功与否的重要指标之一就是安全。爆破安全包括两大部分，一是作业本身，一是爆破对周围环境造成的影响。本文探索在现有的技术装备条件下，通过爆破参数的合理选择，精心施工，达到高效安全进行爆破施工的目的。此外，分析爆破飞石产生的因素，爆破振动的效应提出了一些具体技术措施。

      1  工程概况

      宜宾筠连县关刀石矿区位于筠连县巡司镇，属于川煤水泥有限公司石灰石露天矿体开采。 该矿区海拔530.00—683.90m，相对高差153.90米，地形起伏大，一般山坡坡度在15°～35°左右，局部大于70°，总体上呈南西高、北西低的中低山地貌。开挖矿段系二叠系下统茅口组石灰岩矿层。矿区内岩溶多呈线状发育，占矿区面积的2.45%。岩面硬度普氏系数f = 6 - 8 m。矿区周边200-300米有厂房，100以内有高压输电线路。

      2 爆破参数

      2.1 孔径

      露天深孔爆破的孔径主要取决于钻机类型、台阶高度和岩石的性质。综合考虑以上因素，本工程使用孔径d = 152 mm。

      2.2 台阶高度

     根据石灰岩矿山地形、地质条件，本矿山采矿方法自上而下，分台阶的露天开采方法；矿区海拔530.00—683.90m，相对高差153.90米，分10层开挖，则台阶高度 H = 15 m。此外，台阶高度的确定应考虑钻孔、爆破和铲装创造安全和高效率的作业条件，主要取决于挖掘机的铲斗溶剂和矿岩开挖技术，本工程采用的152mm 潜孔液压钻钻孔深度约30m,，挖装设备（360型、750型挖掘机）安全装载高度为10-12 m。且为保护周围的人员及建筑物等的安全，降低爆破震动等诸多因素，选择台阶高度H =15 m 最佳。

        2.3 钻孔倾角

     使用倾斜深孔, 布置的抵抗线比较均匀，爆破破碎的岩石不易产生大块和残留根坎。梯段比较稳固，坡面容易保持，保证了施工的安全性。相较于垂直深孔带来的诸多不利因素（如大块率多，常留有根坎；梯段顶部经常发生裂隙，稳固性差等），采用倾角75°的倾斜钻孔更适于矿山石材的开采。

        2.4 孔深与超深

    为了避免残留根部，且炸药的能量能作用于根部以达到更好的爆破效果，在台阶高度以下会留有超深。超深处采用间隔器，总炸药量变相应减少，但对爆破效果并不产生影响。

      孔深由台阶高度和超深决定。L = H / sinα+ h

            而超深按孔径计算h = 10 d = 10 * 0.152 = 1. 52 m

                   按抵抗线计算 h = （0.15 ~ 0.35）W = 1.035 ~ 2.415 m

                     实际施工中根据岩石性质 选取超深h = 1.5 m

                           则 L =  + 1.5 = 17 m

      2.5 单位炸药量消耗量

      影响单位炸药消耗量的因素主要有岩石的可爆性、炸药特性、自由面条件、起爆方式和块度要求。开挖的岩体为普氏系数f = 6 - 8 m的石灰石岩体，参照有关理论数据，其炸药单耗q = 0.55 ~ 0.61 kg/m^-3。

2.6 底盘抵抗线

      在深孔台阶爆破中，为避免留根底、残埂，一般都以底盘抵抗线代替最小抵抗线W。底盘抵抗线是指炮孔底部中心至阶梯底脚的水平距离。选择W底大小，必须适合岩石特性、所用炸药的特性和数量以及炮孔直径大小相等。^[       根据钻孔作业的安全条件

  W_底 ≥  H cotα+ B

式中  W_底  —— 底盘抵抗线， m

       α  —— 台阶坡面角，60 ~75 （°）

       H    —— 台阶高度，m

       B    —— 从钻孔中心至坡顶线的安全距离，对大型钻机， B≥ 2.5 ~ 3 m.

    按台阶高度和孔径计算

  W_底 = K ·d = (30 ~ 50) d = 4.56 ~ 7.6 m

    按每孔装药条件（巴隆公式）

  W_底 = d  = 0.152 = 6.7 m

   = = 662 （kg/m³）

式中 d —— 炮孔直径, m

      —— 装药密度, kg/m³

      —— 装药系数, = 0.35 ~ 0.65

     q —— 单位炸药单耗, kg/m3

     m —— 炮孔密集系数（孔距与排距比）m =1.2 ~1.5

     h  —— 装药高度，m

      在上述的W_底 推算中，没有考虑到最小抵抗线的f (n) 的值。 抵抗线过大，爆破质量将会恶化，特别是在厚层岩石中将会产生根底，后冲作用大，甚至会出现硬埂，单位耗药量也会显著增加；如果抵抗线过小，将使爆炸不能充分利用，爆破时沿抵抗线方向的岩石不能不能充分破碎，高压气体便直接进入大气，从而使爆破效果大大降低，同时，会使炮孔数目增加，每延米爆破量减少，致使单位体积岩石的钻孔费增加等。^[2]在生产与实践中，不断调整优化，当最小抵抗线的值取4.5 m 时，无论从经济还是从安全的角度来考虑都能很好的顾及。

2.7 孔距和排距

     孔距 a = = =  = 6.9 m

式中 s —— 炮孔负担面积， m²

        l —— 钻孔深度，m

      q —— 炸药单耗，kg/m³

        W_底  —— 底盘抵抗线， m

    在多孔排距时，孔距和排距时一个相关参数。在既定的孔径下，每个孔的负担面积可反推得出排距 b =  = = 4.9 m

      2.8 装药结构

      装药结构设计炸药在炮孔中的分布和炸药能量的利用。在本矿区选择中部和底部竹竿间隔两种装药方式。合理的爆破装药，提高了装药高度，不留根底，减少了孔口部位大块率的产生，同时也避免冲炮现象，防止产生飞石。

   计划装药结构是分底部和中部两段，又有竹竿间隔。竹竿间隔器的存在导致爆破作用中降低了峰值冲击波的作用，从而降低爆破振动，减少爆破个别飞散物。后续的加载波来自于爆破气体来自于爆破气体冲击波，还来自于中部间隔处反射引起的冲击波和孔底反射引起的冲击波。因此增加了应力波的作用时间，导致先前压力波造成了岩石裂隙进一步破坏。^[3]

      而顶部的填塞材料，我们则选用凿岩石产生的粉末状岩渣。其原理在于填塞物对爆炸气体喷出的阻力主要靠填塞物的性质与孔壁的摩擦力，而摩擦力的大小取决于摩擦接触面的面积。粉末状的岩渣能更好地接触孔壁，产生更大向下摩擦力。堵塞的长度对爆破安全也至关重要，长度过长，顶部岩石的大块率过高；长度过短，将导致飞炮或冲天炮，引起飞石。台阶爆破中填塞物的长度与最小抵抗线相等。故填塞物的长度为4.5m。

       2.9 炮孔的布置及起爆顺序

        逐孔起爆有以下特点：① 先爆破孔为后爆破孔多创造自由面。②爆炸应力波在自由面充分反射加强岩石破碎。③相邻炮孔破碎岩石在空中相互碰撞、挤压，产生二次破碎。④减少了最大段起爆药量，降低了爆破震动。^[4] 在我矿采用逐孔起爆技术，配以孔内空气间隔起爆技术在我矿取得了比较明显的效果。这样起爆方式相较于排间微差和V型起爆在同一直线上同时起爆数个炮孔，自由面少的特点，有效抑制了爆后形状紊乱，无残留根底，控制了大块率的产生，爆后振动减小。

       图3 为典型的爆破设计，该网络采用了孔外微差爆破，孔内外均使用高精度导爆雷管。起爆点在两个自由面的交汇点，控制排使用的是延时17ms 的孔外管，雁行列使用的是延时59ms 的孔外管，最后一排为了降低爆破反冲使用的是延时65ms的孔外管，孔内统一使用延时400ms的孔内管。

       如图3所示，在选定的自由面最好起爆处，用电雷管延时17ms起爆塑料导爆管以此逐孔引爆整个网络，控制排依次起爆的三个孔产生的压缩应力波，使自由面方向及孔与孔之间的岩石强烈变形和移动。随着裂隙的产生和爆炸气体的扩散，孔内的空腔压力下降，作用力减弱，这时相邻的后排的炸药起爆，后爆药包也是在相邻先爆药包的应力尚未完全消失时起爆的，两组爆炸应力波相互叠加，加强了应力场的做功。两个自由面的深孔爆后均会形成爆破漏斗，新形成的爆破漏斗侧边及漏斗体外的细微裂隙对后爆的炮孔来说，相当于新增加的自由面。当第一响炮孔起爆后，破碎的岩石尚未落到地面，第二、三炮孔又起爆，岩石在空中相遇，产生了补充破碎的作用。由于毫秒岩石起爆把每个的起爆时间都按特定的时间分隔开来，单响药量明显减少，同一时间点爆炸的炸药降低，从而保证了时间和空间上爆破振动影响大幅度降低。

      3 爆破效果

      在一年半的矿石开采工程中，证明此爆破参数运用合理有效，各项指标满足要求。基本避免了飞石的产生和根底的产生，减轻了爆破振动对周围建筑物的影响。

     4 爆破施工中的安全问题

     4.1 爆破个别飞散物（飞石）的控制

台阶爆破过程中，绝大多数爆落的岩块沿临空面方向抛掷形成爆堆，但有少量的岩块会脱离爆堆而飞散，形成飞石。飞石往往是造成人员伤亡、建筑物和仪器设备等损坏的主要原因。因此为确保其安全关键要做好飞石控制。在露天爆破中，通常以爆破飞石对人员的安全距离来划定爆破安全警戒范围。^[5]由于爆破飞石的飞散距离受诸如爆破方式、装药结构、爆区的地形地质及爆破时的风速风向等因素的影响，个别飞石的飞散必然带有一定的随机性，但是个别飞石的随机性。但个别飞石的飞散性，并不意味着爆破飞石的飞散完全无规律可循。实践证明，只要做到充分掌握爆破地形地质、爆破器材基本性能等基本资料，精心设计、精心施工，就完全能控制大部分飞石的飞散距离，并且做图4 飞石产生示意图             到个别飞石不至于飞散到安全警戒线以外。^[6]

飞石产生的原因，主要有以下几点，①装药过多，堵塞长度不够，堵塞质量不好②造成前排飞石的原因在于前排临空面不平，断层、裂缝、层理面、软弱夹层等薄弱面造成最小抵抗线差异大，受爆产生的高压气体的冲击力作用也会产生飞石。③单位药耗偏大，岩石破裂后的剩余力量能足以将破碎石块抛掷。④孔网设计参数和炮孔延期不合理，出现偏差，导致飞石的产生。

      爆破飞石飞散方向和造成爆破飞石的原因有很大关系，各种原因引起的飞散方向见表1。

       在施工中我们采取了以下针对性技术措施：

    ㈠ 合理确定临空面和抵抗线方向。由于矿区周边100m以内有高压输电线路。尽量避免飞石的主方向从而最大限度的保护建筑物设施等。

    ㈡ 合理确定爆破参数、装药结构、起爆顺序。如2.8和2.9中提到的空气间隔装药和逐孔起爆有效地减轻飞石的产生量。仔细检查临空面的不良地质现象，并做出防范；装药前认真验收，仔细测算，根据实际参数测定每孔装药量，严格按实际要求执行。

    ㈢ 确保安全堵塞物长度和质量且爆区覆盖。选用凿岩石产生的粉末状岩渣填塞与最小抵抗线同样长短，在填塞上表面覆盖，选择质量和强度大、韧性好的钢丝网防止孔口飞石的产生。

    ㈣ 设立警戒区。以爆区为中心设立警戒区，在此区域内不得有非工作人员。中深孔爆破飞石距离，根据RFmax=KψD，RFmax---飞石的飞散距离（m）；Kψ---安全系数，取15～16；D---炮孔直径，cm；则中深孔爆破飞石安全距离RFmax=15×15.2 = 228m。本工程采用小排距，宽孔距，保证填塞长度和质量，根据以往类似工程经验，所以安全警戒区的半径为250m。

       4.2 爆破振动的控制。

       为了降低振动效应，实验证明毫秒延期爆破，减少一次爆破的药量，就使其不超过建筑物允许的临界振动速度来保护。

  一次爆破最大用药量 Q _{max =} R³

 式中Q _max —— 一次性爆破的最大用药量，kg

      R   —— 爆破点至观测点的距离，m

     V   —— 被保护建筑物的允许临界振动速度。

   根据国家《爆破安全规程》（GB6722-2003）规定，露天深孔爆破中民用建筑的的允许临界振动速度为2.0~2.5 cm/s

      衰减系数K  = 30~ 40  α —— - 1.6 ~ -1.7

     根据本次爆点的实际地质条件和岩体的特性，选用参数k=150，a=1.60，将V=2.5cm/s代入以上公式，得出Q_max=12512kg。为确保安全，在实际施工中，取Q_max≤500Kg来控制，才能防止爆区的100以内的高压输电线免于爆破振动的影响。将一次爆破药量分成多段毫秒延时爆破，使得爆破振动速度峰值减小为受单响最大药量控制。在2.9 的矿区爆破设计中，一袋散装改性铵油炸药24kg按152mm孔径耦合装药可填充1.5m, 则每深孔底部和中部9.5m使用改性铵油炸药的总量为 9.5 / 1.5 * 24 = 152 kg。台阶深孔爆破采用多排微差挤压爆破，若瞬发爆破那么药包总量值一定大于被保护的高压输电线允许的临界振动速度，所以采取毫秒延时爆破时能有效的控制爆破振动。

      4.3 爆破施工中的注意事项

      爆破工作开始前，必须计算好飞散物的安全距离，确定危险区的边界，并设置明显的标志。检查炸药、雷管脚线、导爆管，复核起爆线路，保证测量、钻孔、装药、堵塞、联网、起爆各程序的施工质量。深孔周围（半径0.5m范围内）的碎石，杂物应清除干净，孔口岩石不稳固者，应进行维护或处理。爆破前必须同时发出音响和视觉信号，使危险区内的人员都能清楚地听到和看到。放炮完后，应不少于15分钟（经过通风吹散炮烟后），才准爆破工作人员进入爆破作业地。爆破后，爆破员必须按规定的等待时间进入爆破地点，检查钻孔是否瞎炮等现象。如果发现瞎炮等现象，应及时处理（处理盲炮时，无关人员不准在场），未处理前应在现场设立危险警戒标志，并采取相应的安全措施。每次爆破后，爆破员认真填写爆破记录。

       5 多元化安全管理措施

       矿山企业永远树立“安全第一，生产第二、效益第二”的指导思想。而全方位的安全预防，就要转变传统观念，不仅仅从安全施工下手，还要多角度做好“课前准备”，即端正安全生产态度，进一步提高安全意识，增强责任心，履好职、尽好责，严防死守抓好安全工作。本文提出一种多元安全管理措施，分日常管理、安全教育培训、安全投入与企业文化四大模块。

      日常管理，做到一切到位：安全意识到位，精神贯彻到位，排查落实到位，现场监控到位，操作标准到位。

       安全教育，做到一切达标： 提高从业人员素质，加强专业素养。将新时期国内外先进技术引进来用出去，充分满足矿山安全科技需求。

      企业文化就是企业目标，它代表着企业发展

的方向，没有正确的目标就等于迷失了方向。                      图 5  多元安全管理                     企业员工就是在精神指导下从事生产活动。

       加大安全生产的必要投入，确保必要安全生产装备到位。装备是矿山的物质技术前提，提高升级装备即是对安全生产的夯实。以上四大模块，环环相扣，相互作用影响，进而促进矿山安全的发展。

       6 结语