廖　超

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢　430063)

0　引言

根據(jù)《鐵路安全管理條例》“在鐵路線路路堤坡腳、路塹坡頂、鐵路橋梁外側(cè)起向外各1 000 m范圍內(nèi)，以及在鐵路隧道上方中心線兩側(cè)各1 000 m范圍內(nèi)，確需從事露天采礦、采石或者爆破作業(yè)的，應(yīng)當(dāng)與鐵路運輸企業(yè)協(xié)商一致，依照有關(guān)法律法規(guī)的規(guī)定報縣級以上地方人民政府有關(guān)部門批準(zhǔn)，采取安全防護(hù)措施后方可進(jìn)行?！币虼耍挥阼F路1 km范圍的礦山開采需進(jìn)行鐵路安全影響評估。以前這種情況多數(shù)礦山按壓覆處理，但為了減少工程投資、維護(hù)礦權(quán)人的利益以及確保鐵路的安全運營，目前一般需開展安全影響評估。

本文以工程實例為背景，調(diào)研礦山的相關(guān)資料，開展現(xiàn)場調(diào)查及現(xiàn)場試驗，采用定性、定量分析相結(jié)合的方法預(yù)測砂巖礦開采對鐵路線路及設(shè)施可能存在的各種危險、有害因素的種類和程度，提出評估結(jié)論及建議。

1　工程概況

1.1　礦山概況

該礦屬老礦新建項目，礦山原采用山坡露天開采，采用中深孔爆破，臺階式開采方式，礦山宕口開口朝東南，朝向正對鐵路方向。

1)已開采現(xiàn)狀。

礦山經(jīng)過多年的開采，主要形成了+210 m，+200 m，+187 m，+171 m等四個平臺，開采范圍均不大，臺階高度10 m～16 m。由于前期開采欠規(guī)范，同時形成了+220 m，+230 m，+237 m，+245 m等幾個不規(guī)則小平臺。

2)礦區(qū)設(shè)計。

擬設(shè)礦區(qū)最高開采標(biāo)高+284 m，最低開采標(biāo)高+200 m；考慮到礦山礦區(qū)及資源出讓范圍的地形地貌現(xiàn)狀，擬選用臺階高度為15 m，本次出讓開采范圍設(shè)置+266 m，+248 m，+230 m，+215 m，+200 m等五個開采水平(臺階)。

1.2　鐵路影響區(qū)概況

鐵路可能影響范圍以橋梁、路基、隧道工程形式通過。軌道類型為有砟軌道，路肩標(biāo)高在119.7 m～122 m之間，低于礦山最低開采標(biāo)高約80 m。礦區(qū)邊界與鐵路的位置關(guān)系見圖1。

2　主要危險、有害因素辨識

經(jīng)綜合分析，礦山開采對礦區(qū)南側(cè)鐵路構(gòu)成威脅的危險因素主要是：1)礦區(qū)施工引發(fā)泥石流、落石等地質(zhì)災(zāi)害；2)爆破飛石、振動及沖擊波；3)炸藥爆炸。

2.1　地質(zhì)災(zāi)害

可能對鐵路構(gòu)成影響的地質(zhì)災(zāi)害主要有泥石流、落石。

1)泥石流。

礦山開挖不合理地堆放松散棄砟于山溝、坡面，擠占溝床，造成排洪不暢，加大了溝床的縱坡降比，為泥石流形成提供了豐富的松散物質(zhì)，加劇了泥石流的發(fā)生、發(fā)展，導(dǎo)致礦山開發(fā)前的非泥石流溝變成了泥石流溝。泥石流順著山溝下沖，可能對鐵路橋墩構(gòu)成威脅。

2)落石。

礦山開采過程中如果開挖礦石堆放不當(dāng)、坡面危石未及時清理，可能沿著山溝滾落撞擊鐵路橋墩。

2.2　爆破飛石、振動及沖擊波

目前該礦山采用中深孔爆破，礦區(qū)南側(cè)鐵路距礦界最近距離約511 m，若礦山爆破安全距離不足，可能因爆破飛石、爆破振動及沖擊波對鐵路等造成傷害的放炮事故。

2.3　炸藥爆炸

就本工程而言，主要指爆破器材的運輸位于鐵路距離較近位置發(fā)生的爆炸事故，或者存儲點距離鐵路較近，因存儲不當(dāng)而發(fā)生的爆炸事故。因礦山不設(shè)炸藥庫和炸藥臨時存放點，使用的炸藥、雷管由民爆公司配送，配送的炸藥到礦山后直接上山，裝完藥后，多余炸藥現(xiàn)場回收，發(fā)生炸藥爆炸事故的可能性較小。

3　礦區(qū)對鐵路的安全性分析

對于礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害對鐵路安全性影響分析采用定性分析的方法，爆破有害效應(yīng)(地震波、沖擊波、飛石等)對鐵路的影響采取現(xiàn)場試驗、定量計算、定性相結(jié)合的方法進(jìn)行分析。

3.1　礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害對鐵路的影響分析

可能對鐵路構(gòu)成影響的地質(zhì)災(zāi)害主要有泥石流、落石。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況，采礦點覆蓋層較薄，采礦點土層及全風(fēng)化厚約1 m～2 m，在礦區(qū)未見棄砟堆放的情況。根據(jù)已開采部分的開采現(xiàn)狀分析，目前不具有發(fā)生礦山泥石流的物質(zhì)來源。

因此，后續(xù)的礦山開采避免堆放松散棄砟于山溝、坡面，避免棄砟擠占溝床影響排洪，同時開挖礦石應(yīng)堆放平臺穩(wěn)定處，坡面危石應(yīng)及時清理，避免大塊危石沿著山溝滾落。在此前提下，礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害對鐵路不構(gòu)成威脅。

3.2　爆破振動對鐵路的影響分析

《爆破安全規(guī)程》中規(guī)定爆破振動影響應(yīng)采用不同的安全判據(jù)和允許標(biāo)準(zhǔn)。參照國內(nèi)工程實踐經(jīng)驗，認(rèn)為用質(zhì)點振動速度作為判據(jù)較為合適。

3.2.1根據(jù)規(guī)范計算分析

參照《爆破安全規(guī)程》，爆破振動安全距離計算公式如下：

R=(K/V)1/α×Q1/3

(1)

其中，R為爆破振動安全允許距離，m；V為保護(hù)對象所在地質(zhì)點振動速度，cm/s；Q為炸藥量，齊發(fā)爆破為總量，延時爆破為最大單段藥量，kg；根據(jù)礦山爆破開采的實際情況，礦山起爆為每段只起爆一個炮孔，每個炮孔深16 m，每孔最大裝藥量89 kg，考慮到微差起爆雷管延時誤差引起的振波重疊等情況，故礦山起爆的最大單段藥量按178 kg考慮，即Q=178 kg。

K，α分別為與爆破點至計算保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)等條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，可按表選取，或通過現(xiàn)場試驗確定。

經(jīng)綜合分析，安全允許振速取2 cm/s，計算得，爆破振動安全允許距離R=121.2 m，遠(yuǎn)小于爆破點與鐵路間的距離511 m。

3.2.2根據(jù)爆破試驗分析

為研究爆破對周邊環(huán)境的影響，開展爆破試驗，試驗最大單響藥量為108 kg，大于礦山開采設(shè)計最大單響藥量89 kg，跟鐵路相關(guān)的測點有三個，布置如圖2～圖4所示。

測試結(jié)果如表1所示。

表1　爆破試驗測試結(jié)果

爆破試驗結(jié)果表明，爆破引發(fā)的鐵路振動速度最大為0.16 cm/s，小于安全允許振速取2 cm/s。

綜合參照規(guī)范計算及現(xiàn)場試驗均表明，爆破產(chǎn)生的振動不影響鐵路安全運營。

3.3　爆破空氣沖擊波對鐵路的影響分析

參照《爆破安全規(guī)程》，爆破加工或特殊工程需要在地表進(jìn)行大當(dāng)量爆炸時，應(yīng)核算不同保護(hù)對象所承受的空氣沖擊波超壓值，并確定相應(yīng)的安全允許距離。在平坦地形條件下爆破時，可按式(2)計算超壓。

ΔP=14Q/R3+4.3Q2/3/R2+1.1Q1/3/R

(2)

其中，ΔP為空氣沖擊波超壓值，105Pa；V為保護(hù)對象所在地質(zhì)點振動速度，cm/s；Q為炸藥量，齊發(fā)爆破為總量，延時爆破為最大單段藥量，kg；

經(jīng)綜合分析，超壓限值取0.02×105Pa，經(jīng)反算，當(dāng)R>332 m時，ΔP<0.02×105Pa，故爆破空氣沖擊波安全允許距離為332 m，小于爆破點與鐵路間的距離511 m。實際情況，因礦山深孔爆破炮孔有堵塞，實際超壓值會遠(yuǎn)小于上述計算得出的結(jié)果，故更偏安全。

3.4　爆破飛石對鐵路的影響分析

爆破飛石計算一直是爆破工程的難點問題，調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)[3]～[6]發(fā)現(xiàn)學(xué)者們總結(jié)了大量的計算經(jīng)驗公式，但并沒有能精確計算爆破飛石的計算公式。本文采用瑞典德湯尼克公式進(jìn)行計算。

Rf=(40/2.54)D

(3)

其中，D為炮孔直徑，cm。

根據(jù)礦山實際情況，深孔爆破采用的鉆孔直徑為90 mm，計算得，Rf=141.7 m。

由于個別飛散物的距離與爆破方法、爆破參數(shù)、填塞長度和填塞質(zhì)量、地形、地質(zhì)構(gòu)造以及氣象條件多種因素有關(guān)，因此單從理論上計算個別飛散物的飛散距離是非常困難的，故參照《爆破安全規(guī)程》中關(guān)于個別飛散物的最小安全允許距離的要求，礦山露天開采最小安全允許距離為300 m，小于爆破點與鐵路間的距離511 m。且根據(jù)爆破試驗結(jié)果，距200 m以外未發(fā)現(xiàn)有飛石出現(xiàn)。綜合參照規(guī)范計算及現(xiàn)場試驗均表明，爆破產(chǎn)生的飛石不影響鐵路安全運營。

4　結(jié)論及建議

4.1　結(jié)論

1)礦山開采避免堆放松散棄砟于山溝、坡面，避免棄砟擠占溝床影響排洪，礦山開采不會產(chǎn)生對鐵路安全運營構(gòu)成威脅的地質(zhì)災(zāi)害。

2)按照規(guī)范公式計算及現(xiàn)場爆破試驗結(jié)果表明，礦山開采產(chǎn)生的爆破振動、飛石及沖擊波不影響鐵路安全運營。

4.2　建議

1)合理選定抵抗線方向，最小抵抗線方向避開鐵路，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況對爆區(qū)部位采用覆蓋防護(hù)，確保鐵路安全運營不受影響。

2)礦權(quán)單位按照鐵路安全管理規(guī)定等有關(guān)要求編制應(yīng)急預(yù)案，并與鐵路運營單位簽訂安全責(zé)任協(xié)議，落實安全互保措施。

參考文獻(xiàn):

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[4]熊炎飛，董正才，王辛.爆破飛石飛散距離計算公式淺析[J].工程爆破，2009，15(3)：31-34.

[5]尹東升，何怡，王琪.露天礦爆破飛石安全距離的推算[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014,9(9):23-25.

[6]王玉杰.爆破工程[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2007.

[7]TB 10009—2016,鐵路電力牽引供電設(shè)計規(guī)范[S].