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地下开采中深孔爆破的危害及防治措施研究

发表时间：2020/8/24 来源：《基层建设》2020年第10期作者：韦家修

[导读] 摘要：本文简要分析了中深孔爆破带来的诸多危害：空气冲击波、引发爆破事故等四种危害；并且进行有效分析与观测，提出了相应的防治措施，试图为中深孔爆破作业提供较为安全的保障措施，提升地下开采作业的安全系数。

        身份证号码：45222619841108xxxx
        摘要：本文简要分析了中深孔爆破带来的诸多危害：空气冲击波、引发爆破事故等四种危害；并且进行有效分析与观测，提出了相应的防治措施，试图为中深孔爆破作业提供较为安全的保障措施，提升地下开采作业的安全系数。其中炮烟中毒危害，采取了多种方式，分析出产生爆破现象的基础条件，整理一氧化碳有毒气体的扩散途径，以优化通风措施给予防治，具有良好效果。
        关键词：地下开采；地震波；炮烟
        地下开采作业具有多重危险，深孔爆破是开采作业的一部分，有助于地下开采作业的良好开展。深孔爆破技术，要求作业成果为：钻孔直径不小于7.5cm，孔深不小于5m。此技术具有钻孔大小控制、炸药消耗低等优势，为地下开采提供的作业环境，有利于提升开采生产效率，并且能够与其他爆破技术配合使用。但是在使用期间，存在相关不良影响，极易引发诸多危害，亟需高度重视。
        1 中深孔爆破带来的危害
        1.1 空气冲击波产生的危害
        炸药在爆破时，在短时间内释放万数以上的能量，引发气体爆炸现象，造成周围气温上升几千度，压力直线上涨，气压在10万数值时难以封顶，并且以秒速4000m向周围扩散，形成危害力较大的空气冲击波，造成空气在短时间内高速膨胀，沿着不受阻力的方向，释放能量。扩散期间，夹带经过地域的泥沙、纸屑等物质，对建筑空间、砂石山脉等具有一定破坏力，可见其产生的危害。为充分了解空气冲击波的实际危害能力，在进行矿石爆破计划时，将小动物若干只与支护设施若干个，分别放置于地下采矿项目的关键位置，检测其危害程度。实验结果发现：当炸药含量达到40t时，产生爆破引发的空气冲击波，对方圆百米内，对重量在50t电机车产生冲击，使其移动5m作用，将单矿车移动高达40m。电机车自身重量在30t，加车上矿石重量，大约有50t。项目内的小动物现象为：血管破裂，身体内部多个位置出血。爆破方圆200m内，出现小动物神经错乱，耳聋等多发症状，并且生命不超过10天，大量相继死亡。其三，项目所在区域的防洪铁门，被强势关闭。由此可见，空气冲击波产生的危害不容小觑。
        1.2 地震波产生的危害
        参考北京钢铁学院实验流程，开展实验观测，试图分析在大爆破期间，地震波的振动规律。以312、316矿块，作为实验项目312矿块项目，使用炸药数量为67t。316矿块项目，实验炸药数量为42t。使用地震仪观测震波变化，其中2台为强震仪，另外5台为一般震波观测仪。将强震仪放在距离爆破点20m位置，将一般震波观测仪分别放在爆破点不同距离，来观测震波变化，距离设置原则为每100m安置一个，第5个观测仪放在距离爆破点150m的位置上，实测结果如表1所示。
        表1 震波实测数据

        地震现象带来的危害，具体表现为：当震点测速为85cm•s-1时，①矿石项目发生大面积浮石掉落，②矿石原有裂隙的，裂隙呈现深度扩张发展趋势；当震点测速为32cm•s-1时，①、②现象均有；当震点测速为9cm•s-1时，作业区间内，③有小面积的浮石被震落，作业区间内未受地震影响；当震点测速为6cm•s-1时，岩石有细微不稳定状态，发生现象③；当震点测速为2cm•s-1时，对项目区域未产生明显影响。
        1.3 爆破事故危害
        据权威部门统计，在煤矿爆破事故发生期间，放炮类事故占其4%，每次事故造成至少3人死亡的占据25%，每次事故造成至少10人死亡的占据30%。1981年～ 2004年间，全国爆破事故死亡至少3人的有7985起，总计死亡人次为52871，其中包括瓦斯爆破5120起，占爆破事故的65.25%。瓦斯爆破，引发的死亡人次为37907，占据总死亡人数的71.7%。通过数据统计可知，爆破事故的危害，具有伤亡性质，其造成的危害不容小觑。
        1.4 炮烟中毒危害
        地下作业中，炮烟中毒事故时有发生，中毒较轻的表现为呼吸道障碍、支气管炎等症状，中毒较为严重的表现为肺部感染、肺部水肿等现象，如若中毒者未得到有效抢救与治疗，极易造成呼吸衰竭致死现象，成为危害较为严重的事故。由此发现，由神经爆破产生的炮烟中毒，具有致命性质，严重危及作业人员身体健康，应给予高度重视。
        2 防治措施
        2.1 空气冲击波的防治措施
        2.1.1 计算安全值
        依据冲击波的公式，在冲击波最小时，计算危害的安全范围。公式：L0=K0 Q。L0表示的是冲击波最小时，不会受到危害的安全距离，单位为米；K0是一种系数，是爆破项目的作用系数，比如桃矿的爆破指数为4；Q指的是起爆作业需要的炸药数量，单位为kg。
        2.1.2 防护措施
        第一，削弱。削弱空气冲击波的作用力。将打爆破区周边的垒墙位置，堆放矿石，让冲击波在作用于垒墙时，消耗大部分能量。让爆破点分开进行，避免同时爆破带来的双重危害，实现有效减弱项目中的空气冲击波，减少爆破项目的此类危害。
        第二，引导。分析冲击波的流向与特征，将其爆破后的冲击方向改变，引导其冲向其他方向，减少作业区域的危害。
        第三，阻挡。在冲击波习惯性传播途径，设置具有阻挡性质的障碍物，比如混凝土墙，金属板墙等。
        第四，回避。爆破前，让作业人员远离冲击波范围，依据安
        全值进行撤离，保障地下开采人员的生命安全。
        2.2 地震波应采取的防治措施
        2.2.1计算安全值
        遵循爆破作业相关规定，依据公式计算可得：L≥{Mc/

。关系式中，n与K0一致，是一种爆破指标，M1指的是未受震波危及的安全系数。312矿块的L值计算方式，其中Q=67t，n=1，M=1.5，代入公式，计算可得：L=1.5×（67×1000）-3=61m。当 Q=9.2 时，其他条件不变，则 L=1.5×（9.2×1000）-3=31.4m。由此可知，当Q=9.2时，安全距离L=31.4m，与实际观测数据相符。
        2.2.2 防治措施
        质点振动公式V=M（Q-3/L）a作为爆炸震波的安全值。在M、a在确定的条件下，将设备与阻挡物更改，分析防治效果。当岩石质点的实际受震波影响，产生的振动频数，比阻挡物的临界值大，则设备与阻挡物会在震波中被破坏。因此，震波速度与项目质点所具有临界承受震波频数，两者之间关系应合理控制，实现对震波危害的防护。矿石项目的引爆设备，与之最近的设备有两个，分别是变压器与电动绞车。电机属于较为沉重的设备，具有较强的防震能力。变压器是对抗震波能力较弱的设备。利用此二者设备做实验，218矿块在实际爆破期间，将变压器放置在距离爆破点80m位置，其震速计算可得38.5cm/s。实验结果：变压器未受震波伤害，处于正常运行状态。
        应采取防治措施为：当设备能够承受的临界震波速度V1≥30，单位为cm/s，采取加固阻挡震波、人员撤离措施；当风门墙的临界震波速度V2≥20，单位为cm/s，采取加固阻挡措施；当工程设备的临界震波速度V3≥80，单位为cm/s，采取加固混凝土的作业措施。
        2.3 爆破事故应进行的防治措施
        严格按照相关安全规定进行爆破施工程序，规范炸药用量，以便于减少爆破事件发生，保障工程质量。在地下开采作业期间，每一道工序施工前，均应采取多次检查方式，保障施工安全性。工艺检查期间，应关注各部分连接准确，保证作业安全性。确认作业程序各部分准备就绪，保证作业安全性。各部分工作准备完成后，远离起火爆破点，保障地下采矿作业人员人身安全。
        2.4 炮烟中毒应采用的防治措施
        2.4.1防治措施
        大型爆破事故中，产生的炮烟中毒事件有两种类型：在作业期间被炮烟感染，在爆破事件发生后被炮烟感染。针对炮烟中毒事故，应采取的防治措施为：严格规定与管理，在易发生爆破的区域范围内，禁止开展爆破作业行为，具体范围标准为500m；对于极易发生爆破事故的区域，比如天井，此类区域具有通风不良的特征，应采取的炮烟防治方式为：加强通风、喷雾洒水等；在爆破事故发生前，测试爆破区域的风气流动向，采取有效措施，合理控制风速，使其处于稳定状态，减少爆破事件发生；加强作业现场的废气处理，采取通风方式缓解此类问题，减少炮烟中毒事件发生，保障作业人员生命安全。
        2.4.2炮烟合理控制
        通风的安全距离，作为判定地下采矿区域炮烟安全，具有一定局限性。作业项目区间内部的浓度，被控制在安全范围内，作为安全指数，具有践行的科学性。实际采矿期间，应科学测量相关参数，精确分析数值，进行反复多次计算，保障安全进入时间的准确性，最大程度地保障人员进入作业的安全性，保持地下开采作业的稳定状态。如若现场施工状况较为复杂，存在较为不利于通风的作业设备，造成实际通风所需时间，大于理论计算的通风消耗时间。采矿企业，在实际作业期间，应充分考量现场的诸多因素，结合实际情况，开展地下采矿作业，促进开采作业顺利完成，为企业创造可观的经济收入，保障采矿项目的安全性。
        3 结论
        综上所述，地下采矿作业存在较大危险问题，爆破作业带来的诸多危害，应加强相关部门管理者的重视，提升作业安全性。安全工作是企业生产的重要环节。中深孔大爆破带来的诸多危害，以地震波、空气冲击波等为主要危害表现形式，严重威胁作业人员的生命安全。相关部门应采取具有效果的措施，科学规避爆破作业带来的不良影响，保障地下采矿作业有序运行。
        参考文献：
        [1]曹杨.金属矿采掘爆破炮烟成分影响因素分析与扩散规律及控制[D].北京科技大学，2019.
        [2]高圣元.坚硬煤层综放开采顶煤深孔爆破弱化机理与工程应用研究[D].煤炭科学研究总院，2019.