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露天礦山爆破飛石的控制方法

2017-02-16 10:08:04 責任編輯:崔瑋娜

高毓山1  張敢生2  陳慶凱3  雷  高3

(1.本鋼礦業公司南芬露天鐵礦,遼寧本溪,117014;2.遼寧科技學院,

遼寧本溪,l17004;3.東北大學,遼寧沈陽,110819)

摘要:飛石是露天爆破工程中最為嚴重的潛在事故因素之一,是造成人員、設備、結構物和建筑物損傷的主要原因之一,對人民的生命財產安全造成嚴重的威脅。飛石產生的機理很復雜,既有設計原因,也有施工問題。本文分析了爆破飛石產生的原因,介紹了飛石產生的部位。通過對飛石飛行參數的理論計算,相應地提出了控制飛石的措施。在實際工作中,對露天礦山和類似爆破工程防止飛石事故的發生具有一定的指導意義。

關鍵詞:露天礦山;爆破飛石;控制方法

 

爆破飛石是指在工程爆破中,被爆介質中那些脫離主爆堆而飛得較遠的碎石[1]。由于這些碎石沒有具體的飛行方向和距離,并且拋擲的比較遠,對爆區周圍的人員、設備的安全造成嚴重的威脅[2]。根據美國在1982~1985年的統計,飛石事故占露天爆破事故的59.1%;日本在1979年發生的爆破事故中,飛石事故高達61%,在1988年,更是高達73%[3]。我國爆破飛石造成人員傷亡、建筑物損壞的事故占整個爆破事故的15%~20%,露天礦山爆破飛石傷人事故占整個爆破事故的27%[4,5]。如2008年10月16日18時13分,神華寧夏煤業集團有限責任公司大峰礦露天剝離工程現場,發生一起重大爆破飛石事故,造成死亡16人、53人受傷。由此可見,在工程爆破中,控制爆破飛石的重要性。

 

1爆破飛石產生的原因

筆者認為,爆破飛石產生的原因可以歸納為以下三個方面。

1.1客觀因素——地質條件多變

大多數情況下爆破對象是巖體,由于巖體具有各向異性和不均勻性的特點,常常隱含著節理、裂隙、斷層、軟弱夾層等結構面,在爆破前很難完全掌握巖體的每個細節。這些結構面與巖石相比屬于薄弱部位,破碎時需要的炸藥能量較小,而炸藥在炮孔中布置很難顧及到每個弱面的存在。因此,炸藥在巖體中爆炸后,爆生氣體會從這些薄弱部位首先沖出,夾帶著個別碎塊形成飛石。

1.2設計存在缺陷

設計方面的缺陷也是產生飛石的重要原因,歸納為以下幾點:

(1)爆破性質選擇有誤。如對于露天深孔松動爆破,爆破作用指數選擇過大,將大大增加產生飛石的概率。

(2)最小抵抗線選擇不當。最小抵抗線方向是巖石阻力最小的方向,也是最易產生飛石的方向。當最小抵抗線選擇過小時,炸藥爆炸后,只用一部分能量就足以破碎抵抗線方向的巖石,多余的能量將破碎后的巖塊向前拋擲,產生更多更遠的飛石。當最小抵抗線選擇過大時,炸藥產生的能量不足以克服抵抗線方向巖石的阻力,但爆炸能量總要釋放出來,所以這時就容易從孔口沖出(露天臺階爆破),隨之而來的是飛石。

(3)填塞長度不足。設計的填塞長度不足時,填塞物不足以抵擋高溫高壓氣體的沖擊,瞬間從炮孔中沖出,這樣不但減少了爆生氣體作用于巖石的時間,而且會產生大量的飛石。

(4)起爆順序選擇不合理。起爆順序不當時,先起爆的炮孔會引起后起爆炮孔的抵抗線等參數變化。這種變化不利時,如抵抗線變得過大或過小,同樣會產生飛石。

(5)延期時間確定不合理。微差起爆是一種比較先進的爆破技術,合理的設計和施工,能減少飛石的產生,但是炮孔的間隔時間過長或過短的話,都容易產生飛石。

(6)炸藥量過多。如爆破介質為花崗巖、石英砂巖、石灰巖等容重較大的介質時,介質吸收炸藥能量的能力較弱,降低波動能量的作用也小,可以用于克服慣性運動的炸藥能量就相應較多,所以產生飛石較多,距離較遠[7]。在其他條件相同的情況下,裝藥量越大,爆破飛石就越多,飛石飛行距離就越遠。

1.3施工管理不到位

(1)鉆孔產生偏差。沒有嚴格按照爆破設計的孔位、孔深進行鉆孔,超過了誤差允許范圍。如抵抗線變大或變小,容易產生飛石;孔深過大,超量裝藥,也會產生更多的飛石。

(2)裝藥量過多。如設計時選擇使用銨油炸藥,但在裝藥前,發現炮孔中有水,改用乳化炸藥,但裝藥長度沒有改變,導致裝藥量過大,將會產生飛石。

(3)抵抗線發生變化。露天臺階爆破時,如果鉆孔前是壓渣,按估計的位置進行鉆孔。而在實施爆破裝藥前已經清渣,并且抵抗線與預估的相差較大,如果不適當調整裝藥量,也將會產生飛石。

(4)填塞不合格。填塞長度不足,或是填塞質量不高,如填塞物中夾帶碎石、填塞物密實度不夠,都會產生飛石。

(5)覆蓋質量差。露天淺孔爆破時,炮孔覆蓋質量不合格和炮孔周圍的碎石也是引起飛石的原因之一。

2爆破飛石產生的部位

 由于產生爆破飛石的原因是多方面的,情況也是比較的復雜,目前情況下,很難用一個系統的理論來對其進行分析。根據經驗,爆破飛石的產生部位主要有填塞段、孔口和最小抵抗線3處,如圖1所示。

 215145331.jpg

 

3爆破飛石的參數計算

爆破飛石的產生機理非常復雜,目前還難以用數學分析方法準確地計算其參數。個別飛石的飛行參數與爆區地形、地質條件、爆破參數、填塞質量和氣候條件等因素有關,對于拋擲爆破個別飛石的飛行高度和距離可按下列公式計算[1]

215145401.jpg 

215145402.jpg

式中,H為個別飛石飛行的最大高度,m;l為個別飛石飛行的水平距離,m;vo為初速度,m/s;α為飛石拋射角,(°);g為重力加速度,m/s2

當在斜坡地形進行爆破時,如山坡角度為β,則沿山坡下方的飛石最大距離為:

 215145403.jpg

   

式中,l′為個別飛石最大距離,m;β為山坡坡角,(°):

在工程實踐中,飛石的飛行高度和距離是很難確定的,因此,人們根據大量的實際工程資料,提出了如下的經驗公式:

l=20kn2W   (4)

式中,l為個別飛石的飛行最遠距離,m;n為爆破作用指數;k為系數,與地形、風向等因素有關,一般取1.0~1.5;W為最小抵抗線,m。

4爆破飛石的控制方法

在露天爆破中,產生爆破飛石是難免的。但是,必須將產生的爆破飛石控制在允許的范圍之內,否則將會給人民的生命財產造成威脅。因此,在爆破過程中,應該及時做好飛石的預防及防護措施。

4.1減少飛石產生的措施

(1)在滿足工程要求條件下,要選取相對合理的最小抵抗線。最小抵抗線的選擇是控制飛石產生的關鍵因素之一,也是最有效的技術措施。

(2)必要時,可采用小孔徑分散裝藥、不耦合裝藥和反向起爆。大量實踐表明,小孔徑爆破比大孔徑爆破產生的飛石少。反向起爆能使爆生氣體作用時間更長,破碎巖體更充分,并能夠減少爆破飛石。

(3)調整局部裝藥結構[8]。因鉆孔施工誤差使最小抵抗線過小時,或是鉆孔遇到斷層、軟弱夾層時,應調整裝藥結構,如采取間隔裝藥,減小單孔裝藥量,避免飛石的產生。

(4)保證炮孔填塞長度和質量。炮孔填塞要有一定的長度,一般取1倍的最小抵抗線長度。填塞要密實、連續,填塞材料中應避免夾雜碎石,填塞時要邊填邊搗,不能將炮孔填塞到孔口再搗固。如果炮孔中有水,為了避免沖天炮,填塞料最好用5~10mm的碎石子或石粉。

(5)根據地質條件和孔網參數確定合理的起爆順序和最佳的延期時間,將爆破飛石控制在允許范圍之內。

(6)精確計算和控制炸藥量。對于特定的地質條件,裝藥量最終決定了爆破效果和爆破有害效應的控制程度。因此,應根據現場實際情況,選取與巖石相對應的炸藥單耗,準確計算每個炮孔的裝藥量,裝藥量不得隨意增減,尤其不能增加裝藥量。

4.2覆蓋措施

爆破點周圍環境比較復雜時,要使用潮濕的草墊、裝土的草袋、膠皮帶鏈、鐵絲網等對炮孔甚至整個被爆破對象進行必要的覆蓋。

4.3合理設定警戒區

露天巖土爆破時,個別飛石對人員的安全距離見表1。設計時應參考表1中的值來確定爆破警戒范圍。在此范圍內不得有任何人員,且讓所有無關人員遠離警戒線,起爆時堅守在警戒線上的爆破警戒人員要在能抵御飛石沖擊的避炮棚內[10]

 215111921.jpg

5結語   

在露天爆破中,爆破飛石產生的原因有很多,如設計問題、地質條件、人員管理因素和施工問題等,爆破飛石的規律也有待進一步研究。但是,通過對爆破飛石產生的原因及部位的分析,能在一定程度上減少爆破飛石事故。分析歷年爆破飛石事故,很大一部分都是人為原因。因此,必須加強現場管理,建立健全的安全責任制度,嚴格執行各項規章制度和爆破施工要領,進一步提高爆破操作人員和管理人員的安全意識,克服麻痹思想,這是防止爆破飛石事故發生極為重要的一個環節。

參考文獻

[1]  高爾新,楊仁樹.爆破工程[M].徐州:中國礦業大學出版社,1997:249.

[2]  張超,楊軍偉.露天礦爆破飛石事故致因分析[J].科技信息,201l(30):356.

[3]  高毓山.提高露天礦爆破質量的方法[J].工程爆破,1999(01):59~62,75.

[4]  高文樂,畢衛國,等.爆破飛石致人死亡案例分析[J].爆破,2002(3):77~78.

[5]  任翔,郭學彬.工程爆破飛石及其控制[J].西部探礦工程,2005(12):181~182.

[6]  王新建.爆破飛石產生的原因及其控制對策[J].公安大學學報,1988(1):84~85.

[7]  任翔,韋愛勇.爆破飛石的控制與防護[J].采礦技術,2005,5(1):80~81.

[8]  張志呈,等.爆破原理與設計[M].重慶:重慶大學出版社,1992.

[9]  陳慶凱,梅智學,趙德孝.工程爆破技術與安全管理[M].沈陽:東北大學出版社,2002:164.

[10]  高毓山.露天礦中深孔邊緣爆區的控制爆破[J].本鋼技術,2000(02):2~4.

摘自《中國爆破新進展》

 

 

 


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