爆破飞石产生的原因及控制措施

爆破飞石产生的原因及控制措施

[摘要]本文针对攀钢石灰石矿采场爆破的复杂环境，爆破飞石对周边建筑物和人畜造成的安全隐患。分析了矿山爆破特定的自然情况，并对爆破飞石产生的原因进行了总结，利用爆破控制技术，结合实际的爆破工作经验，探究了控制爆破飞石的具体措施，并付诸于实践，获得了较好效果，有利于矿山的安全与稳定。

[关键词]露天矿 爆破飞石 控制

0前言

攀钢石灰石矿是攀钢主要的原料生产基地，矿山属高山型矿床，呈东西走向，矿区地层顺坡向产生，形成一近南倾的单斜构造，岩层倾角在28°～40°之间，矿层整体性较差，溶洞裂隙发育完整，矿层复杂，出露的地层主要有7层，从南到北为：P1Y5（石灰岩）、P1Y4（白云质灰岩）、P1Y3、P1Y2（石灰岩）、P1Y1（钙质页岩）、P1L（梁山组煤层）、Zbd2（白云岩）如（图1）。由于矿山的地质岩性变化大，各层岩石的物理性质差异大，不利于爆破飞石的控制，而采场周边环境复杂，也不利于爆破工作的开展。经过30多年的开采，台阶已从1645水平下降到1291水平，随着台阶的下降爆区与矿山下部的厂房和居民住房越来越近，西部采场距石灰石矿汽修厂房不到300m，采场中部距堆煤场不到300m，距液化站不到450m，东部采场距石灰石矿停车场和下部农民住房区不到400m。爆破工作对矿山附近的设备设施和人畜安全危害越来越明显，尤其是爆破飞石造成的安全隐患较大。为了保证爆破安全，维护矿山安全生产的稳定性和矿山的和谐发展，对爆破飞石进行有效地控制显得尤为重要。

1爆破飞石产生的原因

爆破飞石事故的发生有多种原因，涉及到爆破工作的各个环节，有人为的因素，也有自然条件的因素，从岩石的结构、岩性到爆破设计、穿孔、装药施工等各个环节对爆破飞石的产生都有直接的影响。

1.1爆区的自然条件对爆破飞石的影响因素

影响爆破飞石的自然因素主要有三方面：一是爆破岩石的性质，二是台阶边坡的情况，三是炮孔内有无溶洞。从大量的爆破飞石情况分析，脆性大，硬度大的岩石，容易产生飞石。如该矿P1Y5（石灰岩）层，由于脆性大，硬度大，在同等的炸药单耗和抵抗线的情况下，该层的爆破飞石较远，而P1Y2和P1Y1（钙质页岩）层以及P1L（梁山组煤层）则不易产生爆破飞石。由于风化，雨水冲刷等自然力的作用，台阶坡面不规则，呈弧形状，或台阶坡面有断层或裂隙，这在路堑爆破的工程中，这种情况比较多。坡面呈弧形状，致使爆破抵抗线不均匀，如（图2）中部抵抗线小，上部和底部的抵抗线较大，在台阶坡面中部易产生爆破飞石，爆破飞石将超出正常的范围。台阶坡面有断层、裂隙和节理，特别是台阶底部有裂隙，不易被注意和发现，容易被爆破技术员忽视，易发生爆破飞石事故，由此引发的爆破飞石事故曾发生过。石灰石矿山不同于铁矿山，溶洞多是石灰石矿山的特点，经常会遇到炮孔恰好穿过溶洞，或炮孔中存在溶洞，如（图3）所示，在装药时就会导致药量集中，就相当于一个药壶爆破，爆炸产生的能量也集中，特别是在路堑爆破的第一排孔和清渣爆破的第一排孔有溶洞就相当危险，产生爆破飞石异常的概率将会很高。

1.2人为因素导致爆破飞石异常

人为因素导致爆破飞石异常主要有三个因素。一是爆破施工不按爆破技术要求，在炮孔的装药过程中有堵孔，装药不到位，致使药柱过高。在间隔装药时，间隔不到位，间隔过低或过高，达不到间隔装药的目的，都可能造成爆破飞石异常。在炮孔回填时，没保证

填塞深度，造成爆破飞石异常，这种原因最为常见。二是爆破设计不合理，主要包含三方面，（1）炸药单耗较高，可能导致该爆区的飞石距离偏大。（2）逐孔起爆微差时间设计不合理，目前矿山大都使用逐孔起爆技术，虽然使用逐孔起爆技术对于提高爆堆松散度和减小根底和大块率有突出的效果，但排间和孔间微差时间控制不当，即便是在后排孔也可能发生爆破飞石，特别是在清渣爆破中，当排间微差爆破时间大于30MS/m时，前排孔的岩石爆破后已经前抛，形成一个较高的塌落线，第二排孔在起爆时也相当于清渣爆破，如果排间距较小，第二排孔的真实抵抗线就显得过小，爆破飞石易斜向前飞，就可能超出正常的控制范围。（3）在爆区第一排孔的布孔时炮孔抵抗线设计偏小，直接导致第一排孔发生爆破飞石。三是穿孔不规范和护孔不到位。穿孔不规范存在两种情况，（1）倾斜角度不规范，如（图 4）所示：主要是由于炮孔是穿斜孔，加之采场不平整和潜孔钻司机的不规范操作造成，这种情况将导致炮孔上下抵抗线不均匀，易产生爆破飞石。（2）穿孔倾向不一致，如（图5）所示，在孔的下部孔间距小，导致下部装药密度增大，下部的炸药能量集中，特别是在清渣爆破的第一排孔出现这种情况，易发生爆破飞石。在护孔方面，没有做好护孔工作，特别是上下台阶同时进行穿孔作业和产装作业，当穿孔台阶下部的爆堆被挖空后，炮孔容易被破坏，如第一排孔被挖裂，挖松，或台阶坡面被挖成“凹”型，造成上下抵抗线差异大，炸药能量容易从薄弱环节释放迸发，爆破飞石较远，超出正常的控制范围。

2控制爆破飞石的主要技术措施

控制爆破飞石首先要根据爆区特定的岩性和爆破类型等具体情况，设计出合理的孔网参数、炸药单耗，装药结构，如果采用逐孔起爆还要考虑孔间和排间的微差时间，才能确保爆破飞石控制在安全范围。

2.1通过爆破技术参数调整，控制爆破飞石

针对攀钢石灰石矿各岩层的岩石物理性质，设计合理的爆破参数。而发生爆破飞石概率最高又在第一排孔，因此重在控制第一排孔抵抗线大小和孔药量。不同岩层第一排孔的抵抗线设计不同（主要针对清渣爆破或路堑爆破），在P1Y5（石灰岩）层，底盘抵抗线控制在5～6m，坡顶线的安全距离控制在3.5m～4.0m，超深要保证3.0～3.5m，填塞高度是控制爆破飞石的重要因素，填塞高度要不小于炮孔深度的1/2，其他岩层坡顶线的安全距离控制在2.5～3.0m，超深控制在2m～3.5m即可，填塞深度不小于炮孔深度的1/3即可，如（图 6）所示。对于坡面有异常引起的爆破飞石，分两种情况处理，（1）当台阶坡面呈凹型时，通过改变装药结构，采用间隔分段装药的方式，避免在凹处装药，如（图7）所示，但要测量出凹处的准确位置，同时要控制上部的装药药量，通常控制在40kg以内为宜。（2）当坡面有裂隙，节理发育较完整时，通常是通过增大抵抗线，即在布孔设计时增大坡顶线的距离，但要根据裂隙和节理的具体情况确定，一般要比正常孔坡顶线的设计增加1～2m，同时在药量设计上要比正常的同等条件的炮孔减少10～15%为宜。（3）当炮孔穿孔溶洞时，特别是在第一排孔，必须进行技术处理。当底部有溶洞，用间隔器在溶洞处间隔，如（图8a），这样相当于底部间隔，对爆破效果也不会产生大的影响，然后再进行连续装药。当中部有溶洞，采取中部间隔方式如（图8b），但要根据溶洞的位置，合理调整间隔器上部和下部药量，务必保证上部回填深度的技术要求。通过间隔方式就避免了因炮孔有溶洞导致炸药集中产生的爆破飞石。

在采用逐孔起爆的设计中，孔间和孔排的爆破微差时间不合理也将产生爆破飞石，这主要发生在第二排孔和第一排孔。逐孔起爆每个孔的自由面较多，补偿空间较大，尤其是在清渣爆破中影响较为明显，当排间微差时间大于30m/s时，就会造成前排孔的岩石爆破后已经前抛，（以爆破起爆网络为例，如（图9）所示，1号孔和2号孔已经起爆结束后，3号孔才起爆），造成一个较高的塌落线，第二排孔在起爆时也相当于前排孔的爆破，如果排间距较小，第二排孔的真实抵抗线就变小，第二排孔也可能造成爆破飞石，这往往容易被忽视。

当孔间微差大于时间8m/s时，爆破飞石可能向侧面飞，因此需根据岩石的可爆性设计出孔距和排距后，再根据孔距和排距，选择主控排地表连线雷管和排间延期雷管，确保在前排孔爆破后，岩石在没有完全抛掷之前，第二排孔要起爆，同样在第一排的相邻炮孔的起爆也要在前一孔起爆后和完全抛掷前起爆，因此要控制排间微差时间和孔间微差时间，通过对大量的爆破试验总结孔间微差时间控制在3～5m/s，排间微差时间控制在8～12m/s，效果较为理想。

在设计中除了要根据岩性，台阶坡面的具体情况和起爆方式确定爆破参数之外，还要根据爆破的类型来设计，即是压渣爆破还是清渣爆破，一般来说同岩性清渣爆破要比压渣爆破的坡顶线的距离多1/3～1/2，炸药单耗要少10%～15%。以我矿P1Y5（石灰岩）层岩石爆破为例，压渣爆破坡顶线的距离为2.0～2.5m，炸药单耗为0.17～0.19kg/t；清渣爆破坡顶线距离为3.5～4.0m，炸药单耗为0.15～0.17kg/t，在爆破设计时应充分考虑爆破岩体的属性因素，才能有效控制爆破飞石，确保爆破安全。

2.2通过穿孔、爆破工序管理，控制爆破飞石

中爆破的装药施工是控制爆破飞石的重要环节，技术目标的实现要靠施工质量来保证，在施工过程中，首先要按技术要求进行装填孔，（一）要避免装药堵孔以及药柱过高，在装药时采取一看，二量，三装孔的原则，一看是用平面镜或电筒观察孔避是否光滑孔径是否一致，孔中是否有溶洞，孔避不光滑装药很容易堵孔，孔径不一致，孔径小一方面容易造成堵孔，另一方面药柱高度上升得块，在相同得药量情况下可能会造成药柱过高，超过设计高度造成爆破飞石；二量是指用测绳测量孔深是否达到设计的要求，如果没有达到设计要求必须进行装药量的控制，避免药柱过高。装孔时要注意结块的炸药易堵孔和回填时回填料块度过大堵孔，都会造成装孔不符合安全技术要求，造成爆破废石。（二）要间隔合理，为减少炸药单耗和提高爆破成块率，而常采用了间隔装药的方式，间隔高度不合适，特别

是在第一排孔清渣爆破，间隔高度过高或间隔器的位置没有在设计的位置，就容易出现爆破飞石事故，因此在设计时必须设计出合理的间隔高度，施工时必须在爆破技术员的监督和指导下进行间隔装药。填塞是影响爆破飞石的又一重要因素，填塞不合格主要表现两方面：（1）填塞深度不够，石头将冲得越高，就可能飞得越远。（2）填塞的粒度过大，一旦发生冲孔，石头会象炮弹一样打出去，飞石就会远远超出正常的范围。填塞深度前排孔和后排孔技术要求不一样，前排孔填塞深度通常保持在炮孔深度的6～8m以上，后排孔控制在4～6m。矿石的岩性不一样填塞深度可以作适当的调整，在我矿脆性大的P1Y5（石灰岩）层要比其他岩层多填1～1.5m，粒度的控制应控制在20mm以下的回填料粒度。

有一部分的爆破飞石是因穿孔不规范和护孔不到位造成了。首先要保证穿孔深度。当穿孔深度不够，而炮孔装药量又是按正常的孔排距和岩性设计，就造成孔药量相对偏高，造成爆破飞石。（因此在药量设计时必须对孔深进行测量，即要根据孔排距和岩性设计药量，又要根据孔深来设计药量，才能保证爆破安全）。其次要保证穿孔方向的一致性，爆破技术要在进行布孔设计时，要标明各个孔的穿孔方向，倾斜角度。在现场要做好技术指导，同时加强潜孔钻司机责任心教育和穿孔技术管理，制定考核措施，确保穿孔质量符合技术要求。在护孔方面，一是要确保炮孔不被踏堵之外，更要确保孔的抵抗线不被破坏，孔的完整性不被破坏。（特别是上下台阶同时进行产装和穿孔作业，缺少监护就很容易把孔破坏了，在铲装作业过程中可能把第一排某些孔的底部挖虚或挖松、挖裂，特别是挖松、挖裂易引起爆破飞石，由于表面上看坡顶线的安全距离和底盘抵抗线并没有减小，技术员容易被麻痹，炸药爆炸能量向裂隙方向迸发，引起爆破飞石）。因此，应加强三方面的管理措施（1）加强监护，当挖到穿孔区域时，要有专人进行监护，防止铲装破坏炮孔。（2）在爆破规划和设计时，尽可能避免完全清渣爆破，爆区前面要留一定的矿岩量。（3）装药前严格检查炮孔，发现炮孔被破坏要作相应的技术处理，一方面降低炮孔的装药量，另一方面用间隔装药方式，避免爆破抵抗线的薄弱环节，底部被挖松或挖裂，破坏的范围不太大时，可以采取覆土爆破的方式，即在该破坏孔挖虚挖裂的地方堆积几车矿岩，相当于人为制造一定

厚度的压渣，控制爆破飞石，在已装好药才发现炮孔有异常情况时，这是一种紧急防止措施。

3结束语

控制爆破飞石需要行之有效的技术措施，也需要相应的爆破施工管理措施来保证，才能有效地控制爆破飞石。纵观爆破飞石的一些典型事例，爆破飞石的产生有一定的偶然因素，即便按爆破技术要求做好了爆破设计到施工各个环节的工作，也不能确保百分之百不会发生爆破飞石，因此在做好爆破设计和施工的同时，也要做好爆破的警戒工作，才能避免爆破飞石带来的安全事故。

参考文献

[1] 刘殿中，杨仕春.工程爆破实用手册〔M〕.北京：冶金工业出版社，2002年7月出版.

[2] 郭学彬，张继春.爆破工程师手册〔M〕. 北京：冶金工业出版社，2007年10月出版.

[3] 李山.中深孔爆破大块及根底的产出原因及防治〔c〕.攀枝花：攀钢集团矿业公司石灰石矿，1999年1月.

[4] 陈勇.滑体采矿中的穿爆工作〔c〕.攀枝花：攀钢集团矿业公司石灰石矿，1999年1月.

[5] 王运敏.现代采矿手册〔M〕.北京：冶金工业出版社，2012年1月出版.