露天矿台阶爆破设计案例

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中深孔台阶爆破设计

一、工程概况、环境、地质、技术要求、工程量与工期

1、  工程概况

某矿山绝对高程32m，长度300m,平均宽度50m,可开采方量48万m^3，计划工期4年。

2、环境

东面：矿山东面有一条普通公路，300米处有一乡村。

西面：距矿山40米事空地，400米以外是工厂与民房。

南面：丘陵地段。

北面：距矿山60米有农田和果树。

3、地质

岩石为凝灰石，上部风化层0.5-1m。山上植被不发育有很多岩石露头，大部分为中风化和微风化，岩石硬度系数为f=8-10。东侧山体较陡，倾角45-60°，其他方向坡度为30-45°，水文地质简单，没有地下水。

3、技术要求

从矿山整体来看有一条公路要充分利用以便于运输和开采。北面60米处有农田和果树不利于开挖，应从矿山南面向北面开采。修一条简易公路与普通公路相通。

矿山高程为32m，宜采用中深孔台阶爆破。采用孔内微差毫秒爆破，控制单孔药量，防止地震波和个别飞石。

4、工程量与工期

该矿山可开采量为48万m³，工期4年，年开采量12万m³。

每年除节假日、机械维修、自然条件等因素的影响，实际每月应开采量约为1.2万m³。

二、设计依据

1.1 《爆破安全规程》（GB6722-2014）

1.2 《爆破现场示意图》

1.3  安全现状评价报告

1.4  开采方案与安全技术措施

1．5 《民爆安全管理条例》

1.6    山体的地理位置和结构形式

三、设计方案选择

因该山体有效开采高度为32m，采用上下两台阶开挖，为此，宜实施“中深孔为主，浅孔为辅”的爆破方式。

严格控制单孔装药量，采用毫秒延期微差爆破防止地震波和个别飞石对周边环境的影响，确保施工的正常正规和安全。

四、爆破参数的选择

4.1  中深孔爆破（Φ90mm）

● 适用条件

主要用于爆除高度为32m的部位。

●布孔方式

为能很好地控制爆破飞石，确保爆破自由面与飞石方向一致，全部实施垂直钻孔，排间呈梅花形，详见图1所示。

●钻孔直径（D）

D=90mm

●爆除高度（H）

H=16m

●底盘抵抗线（W₁）

W₁=(20-50)d,W₁=3.6m

● 超深h

h=（0.15-0.35）W₁

_h=1●钻孔深度（L）

L=H+h_c=17m

●孔距（a）

a=4m

●排距（b）

b=3m

●炸药单耗（q）

q=0.30~0.38kg/m³，试验按0.35kg/m³计算。

●单孔最大装药量（Q）

Q=qHab=0.35×17×4×3=71.4kg

●延米装药量（P）

 P=1/4π²×d²×r×1=5.6-6.0kg

●装药长度（L_Z）

L_Z=Q/P=12.75m

●填塞长度（L_T）

L_T= L_1­－L_Z≥4.25m

●装药结构

采取炸药沉底、孔口强填塞的连续装药

结构，如图2所示。

●起爆方法

采用孔内非电微差起爆法，具体为：击发枪（击发）→导爆管（传爆）→非电延期毫秒雷管（引爆）→药柱

●起爆网路

该工程爆破条件良好，起爆网路设计为“排间起爆”，前排先爆，由前往后逐排起爆，边孔比同排孔高一个段别，如图3所示。

●网路联接

该设计网路为孔内微差，为加强网路的安全性，最大强度地避免盲炮的产生，孔内装入所需段别的双发雷管，整修网路敷设成双复式闭合形式。

4.2  浅孔爆破

该孔径主要用于较低爆高处爆破及根坎处理。

●布孔方式

水平布孔，排间呈三角形布置。

●钻孔直径

d=42mm

● 孔深（L）

L=3.5~5.0m

●炮孔间距

a=1.2~1.6m

●排距

b=0。8~1.0m

●炸药单耗

q=0.30~0.35kg/m³，试验炮按0.35kg/m³计算。

●单孔装药量

Q=qabL=0.35×1.2~1.6×0.8~1.0×3.5~5.0=1.18~2.8kg

●装药长度

L_Z=Q/P=2.0~3.6m

●填塞长度

L_T≥1.4m

●装药结构

采用连续装药结构，药卷直径为Φ32，每孔装一个起爆雷管，如图4所示。

●起爆网络

起爆网路设计成排间起爆形式，上排孔先爆，向下依次延伸。

4.3  大块破碎

大块破碎爆破参数，详见表一所示。

表一  大块破碎爆破参数表

五、爆破有害效应的验算及安全措施

本工程爆破安全主要考虑的是爆破振动、飞石、空气冲击波对周围的厂房、民房、行人及车辆的影响和破坏。

5.1爆破振动验算

按爆破规程推荐，用公式R=（K/V）^1/a×Q^1/3  对爆破振动速度进行计算。

式中，v——爆破振动速度，cm/s；

K、a——与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，可按下表选取

Q——最大段药量，kg；

R——传播距离，m。

因本设计为远区爆破，故K取180，a取1.65，R300m，v=25px/s，经计算，最大段安全发药量Q_A为：

Q_A=100kg

由此可见，将最大一次发药量控制在2000kg以内，也即同次炮孔控制在20个以内，爆破震动对周边没有多大影响。为了尽量降低爆破震动，施工中采取如下的降振措施：

①中深孔爆破前，先用浅孔处理好底部根坎，确保爆破自由面良好。

②把最大段发药量减小到100kg以内。

③结合现场地形，设计合理的起爆顺序，转移爆破震动。

5.2  飞石验算

个别飞石的飞散距离按下式进行计算，即

R_F=（15-16）d，m

式中R_F——个别飞石的飞散距离，m；

     d_——炮孔直径，cm

5.2.1  中深孔爆破

R_F=（15-16）×9=144

5.2.2  浅孔爆破

R_F=（15-16）×4.2=67.2

为减小爆破飞石危害，施工中应采取如下的预防飞石的措施；

①开创良好的爆破自由面，避免因底盘抵抗线过大产生成片飞石突出事故。

②改正常抛掷爆破为弱抛掷爆破，减小飞石危害范围。

③对地质异常带采取补强或间隔装药措施。

5.3 爆破空气冲击波验算

填塞爆破，形成空气冲击波的可能性极小，且空气冲击波的形成需具备超音速条件，加之空气冲击波大多情况下表现为单孔作用，故在此对其不作具体验算。

六、安全警戒距离

根据上述验算，最大危险半径为200m（假设的爆破震动危害半径，实际值远小于200m）。根据《爆破安全规程》规定，露天中深孔爆破，其警戒距离不得小于200m，浅孔爆破不得小于300m，具体由设计确定。为了实现安全生产，杜绝一切生产安全事故的发生，本工程的安全警戒距按300m执行（针对活动目标，如行人、车辆等）。

七、设备及人员配备

7.1 设备配备

为保证工程施工连续、顺畅，上下工序互不干扰，在前期准备时，必须按拟定的生产规模投入相应的设备。设备生产能力的高低，直接关系到工程的进度，设备生产能力过低，满足不了工程需要，技术上不可行；设备能力过高，会造成设备闲置，经济上也不可行。设备的投入必须从工程施工条件、工期等实际情况出发，原则上应符合技术经济要求。照本工程施工进度推算，需配备如表二所示机械设备。

表二  机械设备配备

7.2 人员配备

工程要创效，必须以安全生产作保障。因此，在日常生产工作中，必须成立以矿长为第一责任人的安全生产管理小组，肩负起日常的一切安全生产及现场管理工作任务，立足现场，消除隐患，避免发生人身及设备事故，确保工程零事故，本设计的人员配备情况如表三所示。

表三  人员配备

八、管理机构组织

为认真贯彻、执行省经贸委、公安厅、国土资源厅的《浙经贸安全[2000]941号》文件精神，在本工程成立爆破施工指挥组并下设职能机构，其职责如下：

指挥长：①指挥爆破施工按计划进行；

②领导、协调施工中各项工作和各职能组的工作；

③在爆破过程中，发出起爆和解除命令；

④处理影响全局的工作。

爆破组长（由爆破工程技术人员负责）：

①按安全规程要求负责施工安全，制止违章作业；

②组织对爆破器材的加工、试验、检验；

③负责装药、连线、堵塞、起爆及爆破质量验收；

④负责对拒炮、盲爆的处理。

材料（由爆破器材安全员负责）：

①负责施工需用材料的采购、供应、运输与保管；

②负责现场爆破器材的回收和转移。

警戒负责人（由安全主任负责）：

①负责对附近村民、工厂发布爆破公告，公告内容包括：爆破地点、爆破时间、爆破次数、警戒范围、警戒标志、各种信号及其意义，以及发出信号的方式、时间、安全措施等有关注意事故。

②在爆破作业地段，负责设置明确的工作范围标志，并安排警戒人员。在邻近交通要道和人行通道的方位或地段设置防护屏障。

③做好爆前村民疏散、车辆及设备的擅离工作，爆破前15分钟，确保爆破危险区域内无人及车辆，警戒人员至少在起爆前半小时到指定地点上岗，按设计断绝各通往或经过爆破点的通道，直至发出解除警戒信号后，方准离开警戒岗位。

④爆破时，必须同时发出声响信号和视觉信号，使危险区内的人员都能清楚地听到和看到。

九、施工安全保证措施

安全生产关系到国家和企业职工的根本利益，施工中要以防为主。加强安全教育，提高职工的安全意识，为了确保施工安全，必须严格遵守《爆破安全规程》和施工规范的有关规定：

9.1 爆破作业人员必须持有公安部门颁发的上岗作业证。

9.2 爆破作业人员在施工过程中定期进行安全教育。

9.3 爆破作业人员统一着装，工作服及鞋帽必须符合国标和爆破施工要求。

9.4 在大雾、黄昏和夜晚严禁爆破作业施工现场禁止烟火，作业人员不准将打火机等火种带入施工现场。

9.5 炸药、雷管等爆破器材必须轻拿轻放。

9.6 严禁打残眼。

9.7 装药用的炮棍必须是木制或竹制品

9.8 装药后必须保证填塞质量，禁止无填塞爆破。

9.9 禁止用石块、易燃物填塞炮孔，禁止拔出或硬拉起爆药中的、导爆管。

9.10 在坡顶施工为高空作业，施工人员一律佩戴安全带。

十、爆破警戒方案

10.1  警戒范围

距爆破中心300m为半径的区域，但人员必须撤离至300m外或安全避炮点。

10.2  警戒岗哨的布置

警戒岗哨有四个固定警戒点，布置在通往爆破区的四个路口，并设立醒目的标志牌，警戒人员应佩载袖章和小红旗。

10.3  警戒人员：每个警戒点由两人组成，其中一个为组长。

10.4  起爆信号

第一次——预备信号，所有无关人员立即撤离危险区

第二次——起爆信号，确认人员和设备全部撤离危险区后，具备安全起爆条件时，方准发出起爆信号，指挥长发布起爆命令，立即起动起爆器引爆。

第三次——解除警戒信号，经检查人员检查确认安全后，方准发出解除警戒信号。

10.5  爆后检查

爆破完成十五分钟后，由爆破安全员进入爆区检查有无盲炮，确认无盲炮后，方准其它人员进入作业区。

十一、安全机构及设施

1、安全管理原则

方案设计要贯彻“安全第一，预防为主，综合治理”的安全生产方针，严格执行《矿山安全法》及其它有关规定和标准。

在开采设计中不仅考虑开采的经济效益，更主要的前提是生产安全，各项技术措施都要符合安全生产的要求，给生产带来不安全或安全隐患的开采技术不采用，要为安全生产创造了条件。

设计要求制定并实施安全生产事故应急求援预案并进行演练，作好记录；对生产过程中的各工序进行分析，明确主要的危险源及制订相应的预防措施。

2、安全机构和人员

根据浙江省矿山安全生产许可证基本安全条件规定，必须建立专门的安全管理机构（如科、股等），配备专职安全管理人员，使开采生产始终处于监控状态。要求：

2.1、设有专职机构（有文件、人员任命等）；

2．2、主管安全领导1人，必须持有在效期内的安全资格证；

2.3、配备3～4名具有资质的安全管理人员，专职负责日常安全工作；

2.4、各班要配备兼职安全员，担负本部门的日常安全工作。

3、安全生产管理制度

根据《浙江省非煤矿山企业安全标准化考评标准（试行）》的要求，应制订的安全生产管理制度、安全生产责任制、岗位操作规程、安全台帐等如下：

3.1、安全生产管理制度：①安全目标管理年度；②安全活动（会议）制度；③安全检查制度；④职业危害预防制度；⑤安全教育培训制度；⑥生产安全事故管理制度；⑦重大危险源监控和重大隐患整改制度；⑧设备安全管理制度；⑨安全生产档案管理制度；⑩安全生产奖惩制度等。

3.2、制定并每天签订的安全生产责任制有：①项目经理；②分管组长；③安全科（股）长；④班组长；⑤各岗位人员等。

3.3、岗位操作规程：①爆破安全员；②潜孔钻机司机；③挖掘机（铲车、推土机）司机；④维修电工；⑤电焊工等特种作业人员操作规程。

3.4、应建立的安全台帐：①安全生产基础管理台帐；②安全检查及隐患整改台帐；③安全活动（会议）台账；④设备管理及维修台帐；⑤安全宣传教育培训台帐；⑥安全措施费提取和使用台帐；⑦安全生产有关奖惩台帐；⑧伤亡（险肇）事故台帐；⑨劳动保护及职工健康监护台账；⑩爆破器材管理台账等。

4、从业人员的安全培训

安全教育和培训，是搞好企业安全工作的基础。从业人员的安全培训，应按《生产经营单位安全培训规定》，《国家安全生产监督管理总局令第3号〔2006〕》执行，具体作如下工作：

4.1、主要负责人和安全生产管理人员必需接受专门的安全培训，取得安全资格证书后，方可任职，且每年再培训时间不得少于16学时；

4.2、必须对新上岗工人进行强制性安全培训，保证其具备基本岗位安全操作、自救互救以及应急处置所需的知识和技能后，方能安排上岗工作。且新上岗的从业人员安全培训时间不得少于72学时，每年接受再培训时间不得少于20学时；

4.3、特种作业人员必须接受专门的安全培训，经考核合格，取得特种作业操作资格证书后，方可上岗作业；

4.4、建立、健全安全培训档案，详细准确记录培训考核情况，未经安全生产培训合格的从业人员，不得上岗作业等。

5、事故应急救援预案编制

本工程中生产事故发生的概率相对较高，为了仰制事故蔓延扩大，减少人员伤亡和财产损失，根据不同危险性质和特点编制事故应急救援方案，以便在发生事故后，各部门可以各司其职，有条不紊地展开事故救援，最大限度的减少人员伤亡和财产损失。

在编制事故应急救援措施时应考虑建立应急控制中心，应急控制中心负责指挥和协调处理紧急情况，保证事故的应急救援措施顺利执行。事故应急救援预案的演练是必不可少的，通过演习可以验证事故应急救援预案的合理性，发现与实际不符合的情况，及时进行修订和完善。

5.1、应急控制中心的地点应安全可靠。

5.2、应急控制中心的组成：

包括总指挥（项目经理）和指挥部成员（包括生产、安全、技术、设备、消防及医疗机构的负责人）。指挥部成员直接领导各下属应急专业队，并向总指挥负责，由总指挥协调各队工作的进行。

5.3、能够顺利接受外部信息，具有向事帮现场及现场外管理人员发送指令的能力。

5.4、一般情况下，控制中心应包括如下设施和资料：

数量充足的有线、无线电话和其它通讯设备，危险物质数据库，救援物资数据库，重大危险源示意图，个人防护和其他救护设备，企业职工名单表，关键岗位人员的地址和联系方式，紧急救援与事故处理法规手册，地方政府和应急服务机构的地址和联系方式，事故现场的其他人员名单，如承包者和参观者。

5.5、委派一名现场总指挥及现场事故管理人员。

5.6、现场人员的行动准则：应确保现场人员准确知道自己在事故应急救援中应承担的任务（如负责抢救、检测、照顾伤员等）。

5.7、无关人员可沿着明确标志的撤离路线到达安全区。

5.8、指定专人记录所有到达安全区的人员，并告知应急控制中心。

5.9、安排对现场人员情况进行记录，包括姓名、工作岗位、地址等，并保存在应急控制中心。

5.10、事故处理结束后，在恢复现场的过程中应对进入现场的人员进行指导。

十二、爆破器材计划用量

12.1．乳化炸药

12.1.1 Φ70：160000kg

12.1.2 Φ32：8000kg

12.2 非电毫秒延期雷管：7000发

12.3 导爆管：25000m

十三、　爆破器材安全管理措施

1、爆破器材的装卸规定

1.1、应有专人在场监督；

1.2、应设置警卫，禁止无关人员入内；

1.3、禁止爆破器材与其他货物混装，并不得超载；

1.4、认真检查运输工具的完好状况和清除运输工具内的一切杂物；

1.5、严禁磨擦、撞击、抛掷爆破器材；

1.6、遇雷雨或暴风雨天气时，禁止装卸火爆破器材；

1.7、爆破器材的装卸，应尽量在白天进行；

1.8、装卸爆破器材的地点应有明确的信号标志，白天应悬挂红旗或警标，夜晚应有足够的照明。

2、爆破器材的运输规定

爆破器材由专人负责运送至临时存放点，再由临时存放点手搬运至作业区域，搬运至作业区域的规定如下：

2.1、雷管等起爆器材不得与炸药同车运输到工作面，应单独运输或人工扛或抬；

2.2、不得提前班次领取爆破器材；不得携带爆破器材在人群聚集的的地方停留，并避开庙宇附近；

2.3、一人一次运送的爆破器材数量，不准超过：

搬运起爆器材　　　　　　   10kg

拆箱（袋）搬运炸药　　　　　20kg

背运原包装炸药　　　　　　　一箱(袋)

挑运原包装炸药　　　　　　　二箱（袋）

3、爆破器材的临时堆放规定

在地面作业地点存放爆破器材时，应遵守下列规定：

3.1、临时存放点选择在安全地方，悬挂醒目标志（白天插红旗，晚上挂红灯）；

3.2、爆破器材进入施工现场，必须存放到爆破器材临时堆放点；爆破器材应堆放在垫木上，不应直接堆放在地上；

3.3、运至作业地点的爆破器材，应有专人看管；

3.4、作业地点只应存放当班作业所需的爆破器材；大型爆破，可存放本次工程所需的爆破器材；雷管或起爆体不应与炸药放在一起；

3.5、爆破器材临时存放点采用自然光或塑料手电筒照明；

3.6、禁止在爆破器材临时存放点架设施工用电；

3.7、爆破器材堆上，应覆盖帆布或搭建简易帐篷；

3.8、距离临时存放点周边50m范围内严禁烟火。

十四、爆破施工组织

一、   爆破施工程序流程图见5-1。

二、   施工方法：

（1）       破实验

本工程爆破施工以前，必须编制相应的爆破试验大纲，经设计批准后，选取不影响建基面、边坡标高、坡度具有代表性的岩石区域，进行爆破试验，根据爆破试验结果，调整后的爆破参数，直至取得最佳爆破效果，并以调整后的爆破为现场爆破开采的依据。

（2）       表层清理

钻机开始施工以前，采用人工对植被进行清理。清理结束后，再采用反铲对表层腐质土进行清理。

（3）       测量

钻孔前，由测量人员测量出边坡预裂边线、高程、爆破区地形，并以交底卡的形式，提供给爆破工程师及钻孔队。

（4）       设计

爆破工程师根据测量交底，依据爆破方案进行设计，镇写爆破参数表，经技术负责人审核后，交底至施工员、钻机队。

（5）       布孔

施工员根据测量交底、爆破参数表，在现场布孔，并对钻机队交底，同时填写火工材料计划表，为爆破用火工材料做准备。

（6）       钻孔

钻爆队根据爆破参数表、施工员交底，进行钻孔作业。钻孔是土石方爆破施工中的关键工序之一，关系到设计方案实现，关系到爆破的工程质量，钻孔队操作人员必须是有证的熟练操作工，上岗前必须进行专门培训。钻孔时钻机操作手首先根据技术交底卡对孔位进行复核，确认无误后才能开钻，开钻时现场施工员必须到位，对开钻角度进行检查，确认无误后才能下钻。

（7）       验孔

施工员和质安部质检员在钻孔完成后，检查炮孔孔深、孔距、排距、倾角、抵抗线等爆破参数是否与爆破参数设计表相符，并填写相关记录；如不符，须报爆破工程师、或返工，直至相符、经爆破工程师同意修改爆破设计。待全部爆破孔合格后，由施工同对爆破队下达爆破指令。

（8）       装药

爆破队在接到爆破指令后，才能进行爆破作业。爆破作业时首先应根据火工材料的各项性能指标对火工材料进行检验，合格后才能在现场根据爆破设计加工药包，并按设计装药结构装入爆破孔。

（9）       堵塞

装药完成后由爆破员根据设计要求堵塞爆破孔，多余的火工材料要及时退还。

（10）      联网

爆破队爆破员根据爆破设计要求联结起爆网络，由爆破工程师复核无误后，才能进行爆破警戒。

（11）      警戒

爆破警戒区必须有明确标志；爆破警戒人员必须佩戴警戒标志（袖章、红旗、口哨）；爆破警戒必须有整个警戒区内都能听到的警报后，所有的人员设备立即撤离警戒区；确认警戒区无人员，设备已进行有效保护后，拉第三次警报，第三次警报结束后由爆破队长发布起爆命令后起爆。

（12）      起爆

爆破队长在确认各项准备工作完毕、警戒区内人员、设备撤离警戒区，警戒完成后，发出起爆命令后起爆。

（13）      爆后检查

起爆后15分钟，在烟尘消散后，由炮工进入爆区进行爆后检查，确认爆区安全后拉解除警报，如发现拒爆现象及时处理。

（14）      解除警戒

  确认爆破区域安全后，由爆破总指、发出解除警戒命令，警戒人员方能解除警戒。

十五、事故应急救援预案编制

本工程中生产事故发生的概率相对较高，为了仰制事故蔓延扩大，减少人员伤亡和财产损失，根据不同危险性质和特点编制事故应急救援方案，以便在发生事故后，各部门可以各司其职，有条不紊地展开事故救援，最大限度的减少人员伤亡和财产损失。

在编制事故应急救援措施时应考虑建立应急控制中心，应急控制中心负责指挥和协调处理紧急情况，保证事故的应急救援措施顺利执行。事故应急救援预案的演练是必不可少的，通过演习可以验证事故应急救援预案的合理性，发现与实际不符合的情况，及时进行修订和完善。

1、应急控制中心的地点应安全可靠。

2、应急控制中心的组成：

包括总指挥（项目经理）和指挥部成员（包括生产、安全、技术、设备、消防及医疗机构的负责人）。指挥部成员直接领导各下属应急专业队，并向总指挥负责，由总指挥协调各队工作的进行。

3、能够顺利接受外部信息，具有向事帮现场及现场外管理人员发送指令的能力。

4、一般情况下，控制中心应包括如下设施和资料：

数量充足的有线、无线电话和其它通讯设备，危险物质数据库，救援物资数据库，重大危险源示意图，个人防护和其他救护设备，企业职工名单表，关键岗位人员的地址和联系方式，紧急救援与事故处理法规手册，地方政府和应急服务机构的地址和联系方式，事故现场的其他人员名单，如承包者和参观者。

5、委派一名现场总指挥及现场事故管理人员。

6、现场人员的行动准则：应确保现场人员准确知道自己在事故应急救援中应承担的任务（如负责抢救、检测、照顾伤员等）。

7、无关人员可沿着明确标志的撤离路线到达安全区。

8、指定专人记录所有到达安全区的人员，并告知应急控制中心。

9、安排对现场人员情况进行记录，包括姓名、工作岗位、地址等，并保存在应急控制中心。

10、事故处理结束后，在恢复现场的过程中应对进入现场的人员进行指导。

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