于志方，贾建军，杜 巍，尹立志，杨鹏远
（鞍钢矿业爆破有限公司，辽宁 鞍山 114000）
摘 要：大孤山铁矿矿石井运输巷道局部出现巷道壁错位变形，且呈加快趋势，给矿山安全生产带来潜在的安全隐患。通过系统分析，造成变形的主要原因为日常生产中爆破振动，为降低爆破振动对巷道破坏，保证矿石井运输巷道达到计划服务年限，特对爆破时运输巷道周围岩体稳定性进行监测，制定了爆破降振控制措施，已达到保护巷道稳定性的目的。
关键词：控制爆破；运输巷道；爆破振动监测。
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 基本工程概况
大孤山铁矿现开采水平达到-343 m，开采深度不断增大，矿石运距逐步加大，原有矿石井已不能满足经济效益最大化的要求，因此决定建设矿石四期井取代原矿石三期井承担矿石运输任务，原三期井使用新2号皮带巷道仍然正常运行。
采场西北部（-68 m水平～-131 m水平）边坡岩体发生位移变形，对西二期矿石井及其斜坡运输巷道造成威胁。针对这一问题，通过一系列工程地质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减载、人工锚索加固等治理措施，以保证边坡岩体稳定，减少对下部矿石井及运输巷道的威胁。
根据甲方大孤山铁矿要求，该项削坡减载工程需完成-68 m至-131 m水平、共计四个台阶的岩土穿孔爆破工程，预计削坡作业量66万吨，其中矿石37万吨、岩石29万吨，折合方量22.55万m³；矿石类型为磁铁矿，普氏硬度系数f=17，体重3.4 t/m³，岩石类型为混合岩，普氏硬度系数f=8，体重2.74 t/m³。该区域临近采场西部矿石胶带运输斜井，最小距离12 m，需要严格控制爆破振动，减少爆破振动对巷道的破坏[2]。
2 爆破设计技术方案
2.1 爆破区概况
爆破区域岩种大多为混合岩Mp，淡绿色，粗粒结构，片麻状构造，矿物主要成分为长石、石英、绿泥石、白云母等，硬度系数f=9，体重D=2.74 t/m³；矿石以玢西矿为主，体重3.3 t/m³。削坡区域上部水平-68 m，采掘底板-131 m，设计段高12 m，设计孔深13 m，超深1 m；
周围环境：该爆破区域炮孔距防洪管线最近5 m，距防洪泵站等设备、设施最近12 m。最近炮孔孔底在新2号巷道整整上方，垂直距离为14.5 m。周围环境示意图如下图1。
2.2 矿山爆破对巷道稳定性影响范围的确定
根据大孤山铁矿与中勘冶金勘查设计研究院有限责任公司（以下简称“中冶保勘院”）合作完成的《大孤山铁矿西井边坡变形机理与治理对策研究》[3]成果，通过多次多点爆破振动监测和爆破振动质点振动速度回归分析[4]，得出了以下结论：
（1）垂直方向Z的质点振动速度明显大于水平X、Y方向，说明爆破振动对边坡的影响主要是纵向；
（2）临界质点振动速度（指岩体产生新的裂纹并使岩体破坏的最小质点振动速度）为V临界=11.18 cm/s；根据相关文献按临界振速25%计算得安全振速V安全1=2.795 cm/s；研究报告根据规程规定，永久性岩石边坡安全允许质点质点速度5-15 cm/s为基本判据，对较为破碎稳定性较差的边坡按5 cm/s。目前，计算爆破引发的岩体内质点振动速度常用的公式有萨道夫斯基经验公式分析，爆破质点振动速度按公式和美国v=K(Q1/3／R)α矿务局公式v=K(Q1/2／R)α，公式含义相同。中冶保勘院通过对xyz三个维度的质点振动速度以及矢量和的拟合分析计算，认为利用美国矿务局公式对监测监测数据拟合的相关性系数要比萨道夫斯基经验公式高，认为利用美国矿务局公式对大矿西井边坡爆破质点振动峰值速度进行拟合要优于萨道夫斯基经验公式，计算公式为v矢=19.2397(Q1/2／R)1.5906。
据此计算得出距离运输巷道最近的炮孔（即最小爆心距）单孔装药量最大为90 kg。考虑到连续装药结构装药能量利用率偏低且产生振动较大，设计采用孔底空气间隔与孔中空气间隔相结合，以进一步平抑质点振动峰值和强度，降低对运输巷道的不利影响。
2.3 降振控制的技术措施
据此计算得出距离运输巷道最近的炮孔（即最小爆心距）单孔装药量最大为90 kg。并采取以下降振控制措施：
（1）采用潜孔钻作业，降低单孔装药量。
（2）控制爆破区规模，每区爆破孔数控制在60个,排数不超过4排。
（3）清渣爆破，降低爆破振动。
（4）底部放间隔器，中部间隔装药，优化炮孔装药结构。对于巷道上部及距离运输巷道顶板≤20 m的炮孔底部空气间隔装药，对于位于正上方的炮孔则实施分段装药，上下药量按1:2掌握，以最大限度降低爆破震动对运输巷道的振动强度；
（5）优化爆破设计网络[5]，邻近巷道的炮孔采用孔内微差与地表微差相结合起爆方式，孔内上下段微差间隔时间25 ms，同时借助澳瑞凯公司SHOTplus爆破网络设计软件进行起爆网络模拟，确保实现逐孔起爆。
2.4 爆破应用实例
以7月3日爆破区为例，介绍具体爆破设计过程，并对需要保护设施进行振动速度监测。
2018年7月3日2#潜孔钻爆破区[6]（如图2所示），四排共计34个孔，爆破区孔距离巷道最近距离为17.4 m（如图3所示）。
设计孔网参数为：孔距4 m，排距4 m，段高12 m，孔深13 m，全部为干孔，使用铵油炸药，设计每孔装药量为Q=4×4×12×2.74×0.16=84.1 kg（取80 kg）。
为降低爆破振动，在爆区前方创造自由面，实施清渣爆破；装药方式为连续柱状装药和空气间隔装药两种，距离地下运输巷≥20 m时采用连续柱状炸药结构底部放空气间隔器，中部间隔装药，下部装药50 kg，上部装药30 kg，中间间隔2 m，4.5 m填塞高度4.5 m。
联线采用逐孔起爆技术[7]，联线图如图4所示。
爆破效果较好，通过振动监测数据（下表1）可知，距离巷道最近处的振动速度为2.27 cm/s，小于2.795 cm/s，而且爆破效果达到了设备采掘的要求，并附上爆前（如图5）爆后（如图6）效果图。
3 爆破振动监测
考虑到台阶爆破振动对-110.2巷道的危害效应，依照《爆破振动安全规程》[8]（GB6722-2013）的有关规定，对-96～-108台阶爆破作业进行振动监测，采集爆破振动数据，为爆破现场提供科学的理论依据，有利于对巷道的危害效应准确预测及控制。
3.1 监测数据
测点布置在巷道距离爆破区较近处，通过对现场试验数据的对比发现，选取12个具有代表性的数据进行研究。
（注：爆心距是指测点到爆源炮孔底部的实际距离）
3.2 分析数据
通过表1绘制出爆心距与振速峰值示意图（如图7）。
根据表1和图7中的监测数据可以得出：在一段装药量都为80 kg的情况下，爆心距与爆破产生的质点振动速度基本呈线性关系，随着距离增加而降低，进行线性回归分析列出两个变量之间的关系公式为v=-0.042R+2.971，v为振动峰值，R为爆心距。巷道里距离爆破区较近位置的监测点的振动速度都小于安全振速V安全1=2.795 cm/s，低于计算值，而且爆破之后，巷道内无任何变化，无落石，爆破效果较好。
4 结 论
通过对大孤山铁矿西二井爆破的分析、不断的生产实践及工业试验，很好的解决了这种复杂情况下的控制爆破。每个矿山都有其特殊的的地质条件和爆破难题，希望兄弟矿山爆破技术人员互通有无，提高控制爆破技术总体水平。
参考文献:
[1] 中国工程爆破协会.工程爆破理论与技术[M].冶金工业出版社,2004.
[2] 江鸿.仙女岩隧道出口下穿油气管道降振控制爆破技术研究[D].西南交通大学,2015.
[3] 大孤山铁矿与中勘冶金勘查设计研究院有限责任公司合作完成的《大孤山铁矿西井边坡变形机理与治理对策研究》成果.
[4] 汪旭光.《爆破设计与施工》[M]北京:冶金工业出版社,2011.
[5] 于润沧.《采矿工程师手册》[M]北京:冶金工业出版社,2009.
[6] 文永胜,方颜空,吕力行.复杂地质条件下的台阶爆破技术研究[J].轻金属,2010(4):44-46.
[7] 于江浩,宋子岭.逐孔起爆技术在露天煤矿深孔爆破中的应用[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2015,34(04):438-441.
[8] 孙金山,李正川,陈明,等.《爆破安全规程》(GB 6722—2014)边坡岩体爆破振动速度安全允许值的理论探讨[J].岩石力学与工程学报,2017,36(12):2971-2980.