斜井开挖及支护工程施工安全技术方案-精品.doc

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广东省清远抽水蓄能电站

水道及厂房系统土建工程Ⅱ标

斜井开挖及支护工程施工

安全技术方案

中国水利水电第十四工程局有限公司

清远抽水蓄能电站项目经理部

二○一二年二月五日

审查：

校核：

编制：

广东清远抽水蓄能电站水道及厂房系统土建工程Ⅱ标施工安全技术方案

斜井开挖及支护工程施工安全技术方案

1工程概述

清远抽水蓄能电站引水隧洞斜井桩号为Y1+025.998～Y1+380.874，由上弯段、直线段、下弯段组成，直线段倾角为50°。

斜井沿洞轴线总长为354.876m，其中直线段长292.119m，上弯段长为30.643m、下弯段长为32.114m，斜井开挖断面为圆形断面，开挖半径均为5.3m。

斜井开挖采用RHINO-400H型反井钻机把先导孔扩成φ1.4m直径的导井后，再进行斜井的扩挖，扩挖分两次进行。

Ⅰ次扩挖采用反井法自下而上将φ1.4m导井扩挖成φ3.5m导井；Ⅱ次扩挖采用正井法，自上而下扩挖至设计断面。

斜井上弯段和下弯段开挖采用人工手风钻开挖，为方便斜井Ⅰ次扩挖时装载机出碴，在斜井的下弯段应进行扩挖一部分。

为满足后期斜井滑模安装和下弯段容渣空间的需要，并方便斜井开挖过程中的装渣运输，斜井二次扩挖前在斜井下弯段及下平洞范围内进行二次开挖。

Ⅰ次扩挖时采用8T卷扬机（钢丝绳直径φ26mm）牵引小车至工作面，工人站在φ1.2m小车平台架上进行打钻、装药等工作。

在小车里设计安装一套紧急停车按钮。

Ⅱ次扩挖时采用2台10T卷扬机（钢丝绳直径φ36mm）牵引斜井扩挖台车进行开挖，采用1台8T卷扬机（钢丝绳直径φ36mm）牵引送料小车运送人员、材料至扩挖台车，在扩挖台车上进行打钻施工。

根据不同围岩类别支护参数开挖一段支护一段。

斜井Ⅰ次扩挖时风、水管固定在导井井壁上部，通讯管路随小车升降；Ⅱ次扩挖爆破时收掉爆破危险区域风、水、通讯管路，并适时延伸各种管路。

2编制依据

（1）《爆破安全规程》（GB6722-2003）；

（2）《金属非金属矿山安全规程》（GB16423-2006）；

（3）《一般用途钢丝绳》（GBT20118-2006）；

（4）《建筑卷扬机》（GB/T1955-2008）；

（5）《施工现场机械设备检查技术规程》（JGJ160-2008）；

（6）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）；

（7）施工技术方案《斜井开挖及支护工程施工技术措施》（FCB［2011］B2-02-028）；

（8）施工现场布置。

3提升系统安全

3.1卷扬机选择及钢丝绳受力分析

Ⅰ次扩挖时使用的自制小车自重约1.0T，设计承载施工人员3人、施工设备材料等重1T，总共2T，考虑摩擦力、动荷载等需要的最大提升拉力为2T×1.5×sin50°=2.28T。

配绳速16m/min、8T卷扬机，卷扬机的钢丝绳绕过提升架定滑轮后与小车牵引。

如图1所示：

图1：

Ⅰ次扩挖示意图

Ⅰ次扩挖时卷扬机的安全系数验算：

80KN÷22.8KN=3.51；钢丝绳安全系数验算：

φ26mm纤维芯钢丝绳最小破断拉力为325KN，钢丝绳的安全系数为：

325KN÷22.8KN=14.25＞9。

Ⅱ次扩挖时采用自制送料小车运送施工人员、材料，送料小车自重约5T，设计承载3人，施工设备材料等1T，总共6T，采用1台8T卷扬机牵引；扩挖台车自重约9.76T，人员、材料重3T，采用2台10T卷扬机绕过滑轮牵引。

考虑摩擦力、动荷载等需要的送料小车最大提升拉力为6.8T×sin50°=5.17T，提升扩挖台车单台卷扬机最大提升拉力为12.76T÷2×sin50°=4.85T。

图2：

Ⅱ次扩挖示意图

Ⅱ次扩挖时卷扬机的安全系数验算：

80KN÷51.7KN=1.54；100KN÷48.5KN=2.061，钢丝绳安全系数验算：

φ36mm纤维芯钢丝绳最小破断拉力为676KN钢丝绳的安全系数为：

10T卷扬机676KN÷48.5KN=13.94＞9；8T卷扬机676KN÷51.7=13.07＞9。

根据《金属非金属矿山安全规程》6.3.4.3条和6.3.5.8，加速度限制0.75m／S2，速度限制12m／s，载人用钢丝绳的安全系数不应小于9，运送物料用钢丝绳的安全系数不应小于6.5。

Ⅰ次扩挖时8T卷扬机速度为16m/min，Ⅱ次扩挖时10T卷扬机速度为45m/min；钢丝绳的安全系数符合《金属非金属矿山安全规程》规定。

3.2卷扬机受力验算

Ⅰ次扩挖时拟定主卷扬机参数为：

自重2.2T，牵引为80KN，钢丝绳直径26mm，绳速16m/min。

Ⅱ次扩挖时拟定主卷扬机参数为：

自重7.2T，牵引为100KN，钢丝绳直径36mm，绳速45m/min。

卷扬机以9根锚杆固定于基岩面上，锚杆规格为Φ25，L=2.0m，入岩1.5m。

（1）抗剪验算

Ⅰ次扩挖卷扬机在运行过程中，其支座抗剪能力应满足下式要求：

Kc×F/（9×π×d2÷4）≤[fv]

其中，Kc：

安全系数，F：

钢绳牵引力，d：

支座锚杆直径，[fv]：

钢材抗剪强度设计值。

根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）第3.4.1条，[fv]=125MPa，并取安全系数Kc=2.0，F=22.8KN，将数值代入公式得：

2.0×22800/（9×3.14×d2÷4）≤125

d≥22.56mm

所以，Ⅰ次扩挖时初选的9根Φ25锚杆满足卷扬机抗剪强度要求。

Ⅱ次扩挖卷扬机在运行过程中，其支座抗剪能力应满足下式要求：

Kc×F/（9×π×d2÷4）≤[fv]

其中，Kc：

安全系数，F：

钢绳牵引力，d：

支座锚杆直径，[fv]：

钢材抗剪强度设计值。

根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）第3.4.1条，[fv]=125MPa，并取安全系数Kc=2.0，F=4.85T，将数值代入公式得：

2.0×48500/（9×3.14×d2÷4）≤125

d≥32.89mm

经过计算Ⅱ次扩挖时一台10T卷扬机初选的9根Φ25锚杆不能满足要求，改为12根Φ32锚杆，2.0×48500/（12×3.14×d2÷4）≤125，d≥28.49mm，即可满足要求。

2.0×51700/（12×3.14×d2÷4）≤125

d≥29.41mm

通过计算Ⅱ次扩挖时8T卷扬机选12根Φ32锚杆才能满足要求，

（2）抗倾覆验算

A、锚杆抗拉强度分析

根据力矩平衡有：

F×L1≤F’×L2

F’≥F×L1/L2

式中F--钢丝绳牵引力；L1、L2---力臂，m。

由于采用上出线方式时L2≥L1。

验算如下：

（F’÷2）÷（π×d2/4）≤[σ]

选用Φ25锚杆时，取F’1=22.8KN，σ1=23.23Mpa；

选用Φ32锚杆时，取F’2=51.7KN，σ2=32.158Mpa；取F’3=48.5KN，σ3=30.167Mpa。

HRB335钢筋屈服强度ReL=335MPa，所以所选Φ25锚杆、Φ32锚杆均满足抗拉强度要求。

B、锚杆锚固长度La

根据《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）第4.2小节，采用全长粘结型Φ25普通水泥砂浆锚杆，水泥砂浆强度M25，Φ42钻孔。

La=K·Nt/（π·D·qr）（4.2.5-2）

=1.6×9×1000÷（3.142×42×1.0）

=109mm

式中，K－安全系数，取1.6；

Nt－轴向拉力设计值（kN）；

D－锚固体直径（mm）；

qr－水泥结石体与岩石孔壁间的粘结强度设计值。

所以，入岩1.5m的锚杆完全满足锚固长度要求。

4安全管理措施

4.1相关安全技术措施

（1）卷扬机卷筒中心与第一个导向轮滑轮的偏角必须符合规范要求，两者定位时可借助测量仪器定位。

（2）在卷扬机钢丝绳上用红布等显眼物品标志未挖段井深位置，并每排炮后及时进行更新标志位置。

（3）Ⅰ次扩挖时风、水、通讯管路固定在导井壁顶部，不布设照明线，井内施工照明采用矿灯照明，每人一把，一把备用。

（4）电铃线和电话线采用36V电压，同时采用电铃、对打电话机两种信号系统。

（5）电缆、开关、电话、信号线、按钮等全部要采用防水性能较好的，并在施工过程中要保护好以上各种装置不被损坏，并采取有效措施防止岩石渗水对上述设施的影响。

（6）提升系统必须设置两组限位器（机械和光电各一组）。

（7）第一次正式载人前必须做荷载试验（荷载试验为设计荷载的1.25倍），待运行正常后，方可载人进行下井作业；每班提升系统运行前必须进行上、下空载试运行，正常后方可作业。

4.2爆破安全管理措施

（1）严格按项目部安全生产管理办法进行火工产品领用、爆破作业申请，相邻单位负责人在爆破作业申请单上签字后准允实施爆破。

（2）爆破危险区范围内的人员必须撤至安全地带，具体撤离路线如下：

Ⅰ次扩挖时作业人员撤至安全距离以外；Ⅱ次扩挖时作业人员、井口人员撤至安全距离以外，并在派专人在下平洞与3#施工支洞相交位置设卡。

4.3制作与安装安全要求

本提升系统等金属结构加工使用的钢材，除图中有特别注明外，均为工程常用材料A3钢。

金属结构制作应满足《钢结构施工与验收规范》。

严格按照图中规格及尺寸进行加工，若需要采用代替材料，应事先与工程管理部研究决定。

4.4提升系统的维护

（1）卷扬机的日常保养工作十分重要，应经常保持清洁和充分润滑；制动器闸瓦间隙调正在1.0～1.2mm，最大不能超过3mm，以保证制动灵活有效，如果间隙超过3mm应及时调整闸瓦间隙。

（2）各部轴承、肖轴、制动器铰链等处，每工作班润滑1～2次，导向滑轮减速箱轴承，每48小时润滑一次。

（3）卷扬机在工作100～300小时后，进行一级保养，全面清洗机械，更换润滑油，检查调正制动器。

（4）在工作600小时后，进行二级保养，除执行一级保养外，需测定电机绝缘电阻和拆检电动机、减速箱、制动器、钢丝绳、卷筒及钢丝绳磨损情况等。

（5）滑轮根据工作繁重、环境的恶劣程度，定期进行检查加油。

（6）滑轮检修时，应将零件用汽油洗刷干净并涂上润滑液和防锈油，轴承内注入黄油，然后将零件重新装配好。

（7）滑轮若长期不用时，应清洗并涂以防锈油，避免锈蚀。

（8）钢丝绳应每天检查一次，每隔3个月试验一次，其安全系数为：

升降人员的安全系数应大于9，升降物料的安全系数系数应大于6；其断丝的面积与钢丝绳总面积只比，升降物料的应小于10%；升降人员用的不得有断丝。

提升及制动钢丝绳直径减小不得超过10%，其他用途钢丝绳直径减小不得超过15%。

（9）钢丝绳的钢丝有变黑、锈皮、点蚀麻坑等损伤时，不得用作升降人员。

钢丝绳锈蚀严重，点蚀麻坑形成沟纹，外层钢丝松动时，应及时更换。

4.5斜井开挖安全措施

（1）首先做好上弯段井口的防护，对围岩进行锚喷支护处理，避免围岩碎石掉落至斜井。

（2）斜井在开挖过程中应注意爆破方式和爆破参数的控制，尽量减小因爆破装药量过大，对围岩产生扰动破坏。

开挖完成后及时进行支护，围岩破碎时开挖采用“短进尺、弱爆破、强支护”的原则进行，并尽可能采用光面爆破，开挖过程中不断优化调整爆破参数，尽量减少由于爆破导致的塌方以及大面积松动现象的出现，利于施工安全。

（3）爆破后的施工排险是重要的危险源，排险时施工人员将完全暴露在松动的石块下部，易被掉落石块砸伤，因此排险过程中需要有一人在旁监护警示。

斜段爆破后，井口设置挡渣板，并安排专人及时清理斜段口的石渣，以避免因人行走时，将石块踢入井内伤人。

施工人员随时观察井内是否有被裂隙水冲刷后易掉落的石块，并及时清理，避免因长时间冲刷造成石块掉落伤人。

（4）井口设置一道围拦，利用井口井架和岩面锚杆制作成高1.2米的封闭安全围栏，在围栏合适位置设置一双开门，便于施工人员通行。

（5）对于岩壁渗水，为防止其造成局部坍塌，在渗水井段内增加随机锚杆数量，并及时进行挂网喷护，以期能固定渗水处岩壁。

（6）为确保施工电源停电后斜井中的施工人员可以安全出井，项目部准备好一台柴油发电机组以便系统停电后第一时间投入现场使用。

施工配电变压器引入到卷扬机的电源线与柴油发电机引入到卷扬机的电源线分别安装空气开关，当使用变压器电源时，备用电源空气开关应关闭；使用备用电源时，施工配电电源空气开关必需关闭；禁止施工配电电源与备用电源开关同时闭合。

（7）二次扩挖采取自上而下扩挖的施工方法，利用斜井扩挖台车进行开挖，通过送料小车运送材料至扩挖台车施工平台上进行打钻施工。

台车及送料小车是有轨输送小车，在安装扩挖台车前首先要进行轨道安装，轨道又分上平段轨道、弯段及斜井段轨道，斜井段又分固定轨道及活动轨道两种，活动轨道是每次开挖前将活动轨道下降至开挖位置固定，运行扩挖台车至打钻位置进行施工，打钻结束后扩挖台车运行回撤10米的安全位置，拆出活动轨道至安全位置既可。

下次循环时再安装、拆出。

（8）现场管理人员要经常检查下弯段堆渣情况，及时出渣，以免导井堵塞。

4.6斜井支护安全措施

（1）施工支护前，应根据地质条件、结构断面尺寸、开挖工艺、围岩暴露时间等因素，进行支护设计，制定详细的施工作业指导书，并向施工人员进行交底。

（2）施工人员作业前，应认真检查施工区的围岩稳定情况，需要时应进行安全处理。

（3）作业人员应根据施工作业指导书的要求，及时进行支护。

（4）开挖期间和每排炮后，都应对支护设施进行维护检查。

（5）对不良地质地段的临时支护，应结合永久支护进行，即在不拆除或部分拆除临时支护的条件下，进行永久性支护。

4.7施工用电安全措施

（1）每一段地下工程都应提供连续运行的照明装置。

除一般照明系统外，还应为正在进行的开挖面提供专用照明，此种照明装置应采用泛光灯、荧光灯或其他满足施工施工需要的照明装置。

不允许电线或灯管紧靠工作面。

（2）所有的动力线和照明线穿绝缘线管，保持绝缘状态；并在斜井的一侧布置。

（3）所有的线路应当使用具有绝缘能力的绝缘子，将线牢靠地固定在井壁上，且不会受到爆破影响而损坏。

一般照明线路的最低亮度应当满足规范DL/T5099-1999第13.3节中的规定。

（4）照明系统电压不得高于220V。

（5）在不良地质段施工应设置漏电保护器，并有断、停电应急措施。

4.8其他管理措施

（1）正式开工前由项目部安监部通知建管局安委会及项目部相关职能部门对提升系统、信号系统联合验收，验收合格方可投入使用。

（2）正式开工前由项目部安监部组织所有施工人员进行安全交底。

（3）每次下井作业前先系统检查卷扬机、信号系统等相关设施是否完好，在确保安全的情况下才可以下井作业，并做好相关记录。

（4）Ⅰ次扩挖第一次下井时要撬掉导井的危石同时用混凝土填补导井中对小车运行有影响的坑洼地带。

（5）在卷扬机旁边布置电铃设备，并将线控引至小车、扩挖台车，作业人员通过发送不同的电铃信号，来要求卷扬机操作人员对吊笼进行何种动作。

（6）卷扬机操作必须按照安全部下发的《卷扬机操作规程》操作，卷扬机司机必须经过培训，且取得合格证方可上岗。

（7）需要下井作业的所有人员必须正确佩戴安全帽、防尘（毒）口罩、反光衣服等防护用品，必要时系好安全带作业。

（8）项目部准备好一台柴油发电机作为备用电源，以备系统停电时第一时间调至现场使用。

（9）井下作业时，必须扭紧吊笼顶着岩面的丝杆，防止吊笼晃动过大。

（10）患有心脏病、贫血、颈椎病、高血压等不适合高空作业疾病及酒后不准参与本斜井施工。

（11）协作队操作工每天必须对卷扬机的运行情况进行记录，发现异常及时向现场管理人员报告。

（12）Ⅱ次扩挖时，用安全井盖封闭导井口；扒渣人员必须系好安全带。

（13）扩挖导井溜渣期间，在距下弯段15m处设立警示标志牌，安排专人值守，确保安全。

（14）其他未尽事宜按建管局、项目部相关安全文明施工管理规定执行。

5相关安全的强制性条文

5.1《金属非金属矿山安全规程》（GB16423-2006）

6.1.2.2竖井施工时，应采取防止物件下坠的措施，井口设置临时封口盘，封口盘上设井盖门。

井盖门两端应安装栅栏。

封口盘和井盖门的结构应坚固严密。

卸碴设施应严密，不允许向井下漏碴、漏水。

井内作业人员携带的工具、材料，应拴绑牢固或置于工具袋内。

不应向（或在）井筒内投掷物料或工具。

6.1.2.4下列情况，作业人员应佩带安全带，安全带的一端应正确拴在牢固的构件上：

——拆除保护岩柱或保护台；

——在井筒内或井架上安装、维修或拆除设备；

——在井筒内处理悬吊设备、管、缆，或在吊盘上进行作业；

——乘坐吊桶；

——爆破后到井圈上清理浮石；

——井筒施工时的吊泵作业；

——在暂告结束的中段井口进行支护、锁口作业。

6.1.7.3在竖井、天井、溜井和漏斗上方作业，以及在相对于坠落基准面2m以上的其他地点作业，作业人员应系安全带，或者在作业点下方设防附保护平台或安全网。

作业时应设专人监护。

6.3.3.6罐笼的最大载重量和最大载人数量，应在井口公布，不应超载运行。

6.3.3.10竖井内提升容器与井壁之间的最小间隙，350mm。

6.3.3.21竖井提升系统应设过卷保护装置，过卷高度应符合下列规定：

——提升速度低于3m/s时，不小于4m；

——提升速度为3m/s～6m/s时，不小于6m；

——提升速度高于6m/s时、低于或等于10m/s时，不小于最高提升速度下运行1s的提升高度；

——提升速度高于10m/s时，不小于10m；

——凿井期间用吊桶提升时，不小于4m。

6.3.4.3提升钢丝绳，悬挂时的安全系数应符合下列规定：

单绳缠绕式提升钢丝绳：

——专作升降人员用的，不小于9；

——升降人员和物料用的，升降人员时不小于9，升降物料时不小于7.5；

——专任升降物料用的，不小于6.5。

6.3.4.4使用中的钢丝绳，定期检验时安全系数为下列数值的，应更换：

——专作升降人员用的，小于7；

——专作人员和物料用的，升降人员时小于7,升降物料时小于6；

——专作升降物料和悬挂吊盘用的，小于5。

6.3.4.6对提升钢丝绳，除每日进行检查外，应每周进行一次详细检查，每月地一次全面检查；人工检查时的速度应不高于0.3m/s，采用仪器检查时的速度应符合仪器的要求。

6.3.4.8钢丝绳的钢丝有变黑、锈皮、点蚀麻坑等损伤时，不应用于升降人员。

钢丝绳锈蚀严重，或点蚀麻坑形成沟纹，或外层钢丝松动时，不论断丝多少或绳径是否变化，应立即更换。

6.3.5.8竖井用罐笼升降人员时，加速度和减速度应不超过0.75m/s2；最高速度应不超过式（4）计算值，且最大应不超过12m/s。

V=0.5（4）

式中：

V——最高速度，m/s；

H——提升高度，m。

6.3.5.17竖井和倾角大于30°的斜井的提升设备，安全制动时减速度应满足：

满载下放时应不小于1.5m/s2，满载提升时应不大于5m/s2。

5.2《水电水利工程爆破施工技术规范》（DL/T5135－2001）

5.2.2爆破器材的运输必须遵守下列规定：

1运输车、船必须符合国家有关运输规则的安全要求。

2包装应牢固、严密，不允许共存的爆破器材不得混装在一个车厢、船舱内。

4装卸和运输爆破器材时严禁烟火和携带发火物品。

5装有爆破器材的车、船应按指定路（航）线行驶。

5.3.1爆破器材必须存放于专用的仓库、储存室，并有专人管理，不得任意存放。

5.3.2爆破器材仓库、储存室的位置、结构和设施须经主管部门批准，并经当地公安部门认可。

5.5.5销毁爆破器材工作应有专人负责组织指挥，并由有经验的人员进行销毁，销毁时应遵守下述规定：

2销毁现场的警戒线外围必须设有安全警戒人员，严禁无关人员和车辆进入危险区，起爆前做好安全撤离和安全警戒工作。

11.2.4从事爆破工作人员必须进行技术培训，做到持证上岗。

5.3《水电水利工程施工安全防护设施技术规范》（DL/T5162-2002）

4.1.2进入施工现场的工作人员，必须按规定配戴安全帽和使用其它相应的个体防护用品。

从事特种作业的人员，必须持有政府主管部门核发的操作证，并配备相应的安全防护用具。

4.1.4施工现场的洞（孔）、井、坑、升降口、漏斗口等危险处，应有防护设施和明显标志。

4.2.13在同一垂直方向上同时进行多层交叉作业时，必须设有隔离防护棚。

对高度超过24m的防护棚的顶部，应做双层结构。

防护棚材料宜使用5cm厚的木板。

4.5.4施工用各种动力机械的电气设备必须设有可靠接地装置，接地电阻应不大于4Ω。

10.5.8载人提升机械应设置以下安全装置，并保持灵敏可靠：

1上限位装置（上限位开关）。

2上极限限位装置（越程开关）。

3下限位装置（下限位开关）。

4断绳保护装置。

5限速保护装置。

5.2.2城防、人防、隧道等潮湿或条件特别恶劣施工现场的电气设备必须采用保护接零。

8.2.5开关箱必须装设隔离开关、断路器或熔断器，以及漏电保护器。

当漏电保护器是同时具有短路、过载、漏电保护功能的漏电断路器时，可不装设断路或熔断器。

隔离开关应采用分断时具有可见分断点，能同时断开电源所有极的隔离电器，并应设置于电源进线端。

当断路器是具有可见分断点时，可不另设隔离开关。

8.2.10开关箱中漏电保护器的额定漏电动作电流不应大于30mA，额定漏电动作时间不应大于0.1s，使用于潮湿或有腐蚀介质场所的漏电保护器应采用防溅型产品，其额定漏电动作电流不应大于15mA，额定漏电动作时间不应大于0.1s。

8.2.11总配电箱中漏电保护器的额定漏电动作电流应大于30mA，额定漏电动作时间应大于0.1s，但其额定漏电动作电流与额定漏电动作时间的乘积不应大于30mA•s。

9.1.5每一台电动建筑机械或手持式电动工具的开关箱内，除应装设过载、短路、漏电保护电器外，还应按要求装设隔离开关或具有可见分断点的断路器，以及按照要求装设控制装置。

正、反向运转控制装置中的控制电器应采用接触器、继电器等自动控制电器，不得采用手动双向转换开关作为控制电器。

6斜井开挖与支护安全生产风险管控表

详见表1。

13

中国水利水电第十四局有限公司清远抽水蓄能电站项目经理部

广东清远抽水蓄能电站水道及厂房系统土建工程Ⅱ标施工安全技术方案

表1：

斜井（开挖与支护工程）安全生产风险管控表

区域/事件

风险描述

风险范畴

细分种类

风险等级

控制措施/预案

控制单位

斜井

开挖

支护

施工

洞顶落石、飞石伤人

人身风险

外力外物致伤

高

爆破后认真清撬危石，戴好安全帽，支护及时跟进。

斜井作