小井藥室強(qiáng)制放頂空區(qū)處理技術(shù)的實(shí)踐?

王衛(wèi)東，盛 佳，李向東，江飛飛，王滿堂

(1.嵩縣金牛有限責(zé)任公司， 河南嵩縣 4714351；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南長沙 410012；3.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心， 湖南長沙 410012)

小井藥室強(qiáng)制放頂空區(qū)處理技術(shù)的實(shí)踐?

王衛(wèi)東1，盛 佳2，3，李向東2，3，江飛飛2，3，王滿堂1

(1.嵩縣金牛有限責(zé)任公司， 河南嵩縣 4714351；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南長沙 410012；3.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心， 湖南長沙 410012)

某大型金礦對(duì)厚礦體采用兩步驟空?qǐng)龌夭伤煤蟊缆洳傻V法開采，其中一步驟采場采用中深孔回采，二步驟采場采用分段扇形中深孔側(cè)向崩礦嗣后放頂。結(jié)合一步驟采場回采工程，開展了小井藥室強(qiáng)制放頂爆破設(shè)計(jì)，并計(jì)算與評(píng)估爆破振動(dòng)與爆破沖擊波的安全允許距離，及對(duì)地表建筑物的影響，通過強(qiáng)制放頂，為二步驟采場的安全回采提供了保障。

側(cè)向崩礦；小井藥室；嗣后強(qiáng)制放頂；空區(qū)處理；爆破安全

0 引 言

某大型巖金礦山70號(hào)脈1304中段以上采用兩步驟空?qǐng)龌夭煞桨福囱氐V體走向每隔100m劃分為一個(gè)盤區(qū)，由4個(gè)寬10m的一步驟采場，3個(gè)寬20m的二步驟采場構(gòu)成。一步驟采場采用中深孔回采完畢后，隨著一步驟采空區(qū)暴露面積的增加，二步驟采場回采中須進(jìn)行采空區(qū)處理，根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有的采空區(qū)處理方法與礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀，提出了采用中深孔放頂、硐室條狀藥包放頂、小井藥室放頂3種強(qiáng)制放頂方案。通過多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)及優(yōu)缺點(diǎn)比較，最終選用小井藥室放頂崩落圍巖形成20m以上厚度的緩沖層，從而避免或降低頂板冒落造成的空氣沖擊波危害。

1 小井藥室強(qiáng)制放頂爆破設(shè)計(jì)

二步驟采場各分段回采完隨即進(jìn)行小井藥室放頂工程施工，根據(jù)驗(yàn)收后的數(shù)據(jù)，繪出各小井藥室間的剖面圖，確定爆破最小抵抗線、裝藥量、起爆順序、爆破網(wǎng)絡(luò)、堵塞工程量等爆破參數(shù)。各小井藥室驗(yàn)收數(shù)據(jù)見表1。

1.1 最小抵抗線、裝藥量及起爆順序

根據(jù)小井藥室施工情況確定最小抵抗線和各藥室的起爆順序。測量小井藥室的實(shí)際深度，依據(jù)各小井藥室相互之間的距離及空區(qū)位置作出剖面圖，得到各藥室的最小抵抗線。由于采用分段微差爆破，各藥室以前爆破面小井硐室的爆破漏斗和向下的空間為自由面，各小井爆破的最小抵抗線是動(dòng)態(tài)的，并且硐室處于多面臨空狀態(tài)。根據(jù)施工的硐室狀態(tài)，調(diào)整硐室的起爆順序，為后面的藥室創(chuàng)造多個(gè)自由面。根據(jù)起爆的先后順序，作出各相鄰硐室的沿走向和傾向的剖面圖，計(jì)算各硐室的最小抵抗線，強(qiáng)制崩落空區(qū)頂板，處理空區(qū)，釋放頂板應(yīng)力，保證采場回采的安全。頂板爆破對(duì)塊度要求不高，采用加強(qiáng)松動(dòng)或松動(dòng)爆破。爆破作用指數(shù)n＝0.7～0.8，根據(jù)公式(1)計(jì)算各放頂硐室裝藥量，各藥室最小抵抗線、裝藥量、起爆順序見表2。

表1 藥室施工后坐標(biāo)及深度參數(shù)

式中:Q——計(jì)算藥量，Kg；

e——炸藥換算系數(shù)，對(duì)2號(hào)巖石炸藥e＝1.0，此處取值1.0；

K′——松動(dòng)爆破藥量系數(shù)，對(duì)多臨空面或崩塌爆破K′＝(0.125～0.4)K，此處取值0.3K；

K——標(biāo)準(zhǔn)單耗，kg/m3，正長巖為1.4；

l——條形藥室長度，m；

W——最小抵抗線，m。

表2 各小井藥室爆破參數(shù)及起爆順序

1.2 藥室裝藥結(jié)構(gòu)及堵塞

裝藥之前，觀察并排干藥室的積水，輔設(shè)防潮塑料布，然后按設(shè)計(jì)進(jìn)行裝藥，散裝炸藥用麻繩吊裝下放到工作面，分層一袋一袋地碼好，并預(yù)留安裝起爆藥的位置，每個(gè)藥室安裝2個(gè)起爆藥包，炸藥和起爆藥包安好后，用塑料布包好防潮，引出雷管腳線，雷管腳線用20mm的塑料管保護(hù)好，并可用線卡固定在井壁上，先填塞2m厚的砂或粘土，然后填塞小顆的廢渣，雷管腳線盡可能引出藥室，雷管腳線長度不夠時(shí)，可用導(dǎo)爆索連接，但導(dǎo)爆索必須距炸藥位置7 ～8m，保證導(dǎo)爆索不引爆炸藥。放頂藥室裝藥結(jié)構(gòu)見圖1，小井藥室強(qiáng)制放頂平面布置見圖2。

1.3 起爆網(wǎng)路

1～6號(hào)藥室的導(dǎo)爆索連在1337巷的主導(dǎo)爆索上，7、8號(hào)藥室的導(dǎo)爆索連在1344北部巷道的支導(dǎo)爆索上，10～12號(hào)藥室的導(dǎo)爆索連在1344南部放頂巷的支導(dǎo)爆索上，9號(hào)藥室的導(dǎo)爆索連在21線穿脈的主導(dǎo)爆索上，上山的主導(dǎo)爆索分別與1337巷的支導(dǎo)爆索和21穿脈主導(dǎo)爆索連接，23線穿脈的主導(dǎo)爆索分別連接1344南部放頂巷的支導(dǎo)爆索和21線穿的主導(dǎo)爆索連接，1344北部放頂巷的支導(dǎo)爆索與21線穿脈的主導(dǎo)爆索連接，21線的主導(dǎo)爆索與起爆雷管連接，起爆雷管腳線與4000m長的導(dǎo)爆管連接到地表，并聯(lián)接到電子激發(fā)起爆器上，各分支主導(dǎo)爆索都采用雙線，組成復(fù)式起爆網(wǎng)絡(luò)。起爆網(wǎng)絡(luò)連接搭接長度不能小于10 cm，連接角度大于90°。

圖1 藥室裝藥及堵塞結(jié)構(gòu)

圖2 小井藥室強(qiáng)制放頂平面布置

導(dǎo)管爆速1500～2000m/s(網(wǎng)絡(luò)計(jì)算取2000)，導(dǎo)爆索爆速＜6500m/s(網(wǎng)絡(luò)計(jì)算取5000)，計(jì)算各段起爆雷管起爆時(shí)間(傳爆延時(shí)＋雷管延時(shí))見表3。

2 強(qiáng)制放頂爆破安全評(píng)估

2.1 爆破振動(dòng)安全允許距離

爆破振動(dòng)安全允許距離，可按式(2)計(jì)算。

式中:R——爆破振動(dòng)安全允許距離，m；

Q——炸藥量，延時(shí)爆破為最大一段藥量，單段最大藥量為2800 kg；

V——保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度，東坪村土坯房，安全規(guī)程允許的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為0.7～1.2 cm/s；

K——與爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)，通過現(xiàn)場地震波回歸分析得479；

a——與爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的衰減指數(shù)，通過現(xiàn)場地震波回歸分析得1.94。

計(jì)算可得R為406m，考慮一定的安全系數(shù)，放頂爆破時(shí)東坪村及礦辦公區(qū)的建筑物內(nèi)人員必須撤離建筑物。放頂爆破后經(jīng)檢查建筑物沒有開裂、破壞，才允許人員進(jìn)入建筑物內(nèi)工作。放頂爆破時(shí)在地表劃定危險(xiǎn)區(qū)域。

表3 各段雷管的起爆時(shí)間與網(wǎng)絡(luò)傳爆時(shí)間

2.2 爆破振速對(duì)地表建筑物及村莊的影響

放頂硐室最大一段藥量是10號(hào)硐室，藥量為2800 kg，最大單段藥量爆破中心點(diǎn)離東坪村的水平距離L為393m，垂直高度為117m，爆破中心點(diǎn)離東坪村直線距離為408m。根據(jù)薩道夫斯基公式和擬合公式計(jì)算最大單段藥量下爆破振速，見表4。

計(jì)算結(jié)果與《爆破安全規(guī)程》(GB 6722－2003)爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較可知，東坪村、服務(wù)公司的房屋是屬于土坯房結(jié)構(gòu)，爆破振速超過最大安全允許值，可能會(huì)對(duì)房屋產(chǎn)生破壞，充填站、技術(shù)樓、辦公樓等建筑屬于大型砌塊建筑或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，爆破振動(dòng)值小于或接近允許值。

2.3 爆破沖擊波安全允許距離

爆破沖擊波安全距離的計(jì)算:

式中:R——沖擊波的安全距離，m；

K——系數(shù)，有掩體取15，無掩體取30；

Q——最大一段起爆藥量，2790 kg。

計(jì)算得爆破沖擊波的安全距離為211m、422m。因此放頂爆破時(shí)，井下作業(yè)人員必須撤離到地面，起爆人員在地表安全地方進(jìn)行起爆。

表4 放頂爆破時(shí)預(yù)測地表重要構(gòu)筑物地點(diǎn)爆破振速

2.4 爆破崩落頂板巖塊冒落氣浪分析

根據(jù)繞流模型沖擊氣浪的估算，計(jì)算得到崩落巖石氣流速度達(dá)v＝u＋0.8vmax＝88.5m/s；這一速度遠(yuǎn)超出了安全規(guī)程規(guī)定的數(shù)值(12～15m/s)。因此，須采取相應(yīng)的措施防護(hù)冒落沖擊波危害。在崩落頂板之前對(duì)各中段通向主副井的通道和壓縮機(jī)硐室和變電硐室要用沙袋堆砌阻波墻，墻體厚度大于2～3m。

3 強(qiáng)制放頂處理空區(qū)實(shí)施效果

一步驟采場內(nèi)礦石大部分出完，在采場底板留有部分礦石墊層，以保證后續(xù)工序的安全性。盤區(qū)采場回采后要求進(jìn)行強(qiáng)制放頂工作，由于強(qiáng)制放頂炸藥量大，地表建筑物多，放頂爆破地點(diǎn)離東坪村較近，雖然考慮了爆破振速對(duì)地表建筑物及村莊影響及爆破沖擊波安全允許距離，但東坪村民房屬土坯房結(jié)構(gòu)，大爆破仍可能對(duì)東坪民房造成破壞性影響，爆破前公司委托地方政府實(shí)施搬遷工作。盤區(qū)采場強(qiáng)制放頂爆破后，對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地勘測，估算崩落實(shí)體18000m3，形成散體28800m3，回填近30%的采空區(qū)，炸藥單耗為1.0 kg/m3，強(qiáng)制放頂消除了空區(qū)隱患，達(dá)到預(yù)期的空區(qū)處理效果，為后續(xù)采場安全、高效回采提供了保障。

[1]劉敦文，古德生，徐國元.地下礦山采空區(qū)處理方法的評(píng)價(jià)與優(yōu)選[J].中國礦業(yè)，2014，13(8):52-55.

[2]昝紅建，陳星明，楊再高.硐室和中深孔爆破相結(jié)合的采空區(qū)處理實(shí)踐[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014，1(1):165-167.

[3]劉良發(fā)，譚 勇，賴 偉.藥室爆破在黑箐銅礦采空區(qū)處理中的應(yīng)用[J]，采礦技術(shù)，2014，14(4):85-87.

[4]劉玲平.大型復(fù)雜采空區(qū)處理方法的研究和應(yīng)用[J].采礦技術(shù)，2008，8(1):75-77.

[5]朱紅旗，劉 軍，張金龍.中深孔爆破在地下采空區(qū)處理中的應(yīng)用[J].采礦技術(shù)，2006，6(1):71-73.

2015-06-02)

王衛(wèi)東(1975－)，男，河南汝南縣人，工程師，主要從事采礦工藝研究及現(xiàn)場管理工作，Email:shengjia001＠163.com。

國家科技部科研院所專項(xiàng)基金項(xiàng)目(2014EG215027)；“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAB02B00).