安太堡礦賦存巷道端幫巖石松動爆破實踐

劉曉明， 祁茂富

(平朔煤炭工業(yè)公司，山西 朔州 036006)

安太堡礦賦存巷道端幫巖石松動爆破實踐

劉曉明， 祁茂富

(平朔煤炭工業(yè)公司，山西 朔州 036006)

隨著安太堡露天礦南部端幫原煤提運口自西向東的移設(shè)，釋放了舊口位置9號煤層和11號煤層的采掘空間，為了安全回收所釋放的煤層原煤，需要對9號煤層頂板位置的巖石層實施深孔松動爆破。但因釋放空間距離正在使用的原煤輸運巷道較近、爆破施工難度較大，故提出了安太堡礦賦存巷道端幫巖石松動爆破方案。通過優(yōu)化爆破起爆網(wǎng)路、調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)、采用預(yù)裂爆破等綜合爆破施工工藝，整體達到了巖石松動的目的，并將巷道垂直振動速度控制到了15 cm/s以內(nèi)，有效保護了正在使用的巷道。爆破實踐表明：該方案直接為安太堡礦增加了15.2萬m3原煤采出量，將巷道舊口位置的原煤采出率提高到了60.8%以上，具有較高的經(jīng)濟推廣價值。本次爆破是巷道近距離爆破施工的一次實踐，對巷道周邊巖石松動爆破的設(shè)計和研究具有一定的參考價值。

采礦工程；松動爆破；爆破實踐；賦存巷道；起爆網(wǎng)路；裝藥結(jié)構(gòu)

1 引言

為了安全回收安太堡露天煤礦南部端幫原煤提運口移設(shè)所釋放的9號煤層和11號煤層原煤，需要對9號煤層頂板位置的巖石層實施深孔松動爆破，為該處約15.2萬m3的原煤采掘提供條件。但根據(jù)2011年中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司提供的“原煤提運系統(tǒng)初設(shè)修改說明”的內(nèi)容，爆源距離端幫巷道必須大于65 m，而目前釋放的空間北部邊緣距離巷道59.21 m，故安太堡礦目前舊口釋放的空間不具備爆破條件。為進一步提高安太堡礦邊界位置的原煤采出率，且保證爆破施工安全，在前期經(jīng)過細(xì)致的現(xiàn)場勘查的基礎(chǔ)上提出了爆破方案并完成了該段區(qū)域的巖石松動爆破。

2 工程概況

2.1 爆破工程環(huán)境

爆破松動的作業(yè)區(qū)域位于安太堡露天煤礦采場南幫1 265～1 285 m水平，爆區(qū)東西走向，南北寬度40～50 m，巖層厚度10～16 m，巖石多為粉、細(xì)砂巖，普氏系數(shù)6.6～6.7。爆區(qū)周邊環(huán)境復(fù)雜：①距離爆區(qū)東側(cè)約30 m處為安太堡礦原煤提運巷道入口工作面，該處布置有原煤輸運履帶、機械設(shè)備、輔助設(shè)施等；②爆區(qū)正下方有3條已經(jīng)廢棄的輸運平巷，相互平行；廢棄巷頂端距離爆區(qū)底板的最小距離為8 m；③爆區(qū)以南9號煤層內(nèi)部有3條在用的帶式輸運機平巷和1條在建的輔助運輸巷。帶式輸運機平巷東西走向，距離爆區(qū)底板的最小直線距離為20.9 m；輔助運輸巷有一段處在煤層氧化帶內(nèi)，距離爆區(qū)底板的最小直線距離為12.2 m(見圖1)。

圖1 爆區(qū)平面示意圖Fig.1 Plan diagram of the blasting area

2.2 爆破設(shè)計難點

爆破應(yīng)滿足剝離巖石破碎塊度的要求和確保周邊環(huán)境安全，尤其是9號煤層內(nèi)在用的3條帶式輸運機平巷、輔助運輸巷以及爆區(qū)東側(cè)的原煤提運巷道入口工作面內(nèi)的設(shè)備設(shè)施等。爆破振動、飛石是本次爆破需要控制的主要危害〔1〕，巷道垂直振動速度應(yīng)小于15 cm/s。

3 爆破設(shè)計

3.1 爆破振動的控制措施

(1)設(shè)計采用毫秒延時、逐孔非電起爆網(wǎng)路，將爆破振動速度峰值減小為受單響最大藥量控制。國內(nèi)礦山的一些工程實踐表明，采用毫秒延時爆破與采用瞬發(fā)爆破相比，平均降振率為50%，毫秒延時段數(shù)越多，降振效果越好。

(2)控制一次爆破總藥量。在對炮區(qū)進行GPS測量和鉆機前期探孔的前提下，對每個炮孔的裝藥量進行單獨設(shè)計，在保證爆破巖石滿足剝離采運要求的前提下盡量降低炮區(qū)總裝藥量〔2-3〕。

(3)端幫靠界位置采用預(yù)裂爆破技術(shù)。預(yù)裂炮孔可以設(shè)置1排，也可以是多排，對降低主爆破孔地震效應(yīng)是非常有效的。

3.2 預(yù)裂爆破設(shè)計

(1)預(yù)裂爆破參數(shù)

孔數(shù)86個；孔徑120 mm；鉆孔傾角70°；孔間距1.0 m；孔深：穿巖見煤；線裝藥密度0.5 kg/m；單孔裝藥量7.69 kg；孔口填塞長度1.5 m；藥柱直徑45 mm；不耦合系數(shù)2.67。

(2)預(yù)裂爆破裝藥方式

使用組合式預(yù)裂起爆藥柱及其配套輔材〔4-5〕進行組裝，然后使用扎帶捆綁導(dǎo)爆索串聯(lián)連接，孔口預(yù)留1.5 m左右導(dǎo)爆索用于連網(wǎng)。

(3)預(yù)裂孔聯(lián)網(wǎng)方式

孔間使用導(dǎo)爆索串聯(lián)連接，采用雙股回型網(wǎng)路設(shè)計，為減少同時起爆炸藥量，降低爆破振動效應(yīng)，設(shè)計使用延時40 ms的MS3繼爆管進行排間延時，每排同時起爆孔數(shù)控制在8個孔以內(nèi)。

3.3 主爆區(qū)爆破設(shè)計

3.3.1 主爆區(qū)爆破參數(shù)

臺階高度15 m；孔徑200 mm；鉆孔傾角90°；孔數(shù)79個；孔距9 m；排距8 m。

3.3.2 穿孔、裝藥及填塞設(shè)計〔6-7〕

由于預(yù)裂孔傾角為70°，故距離預(yù)裂孔5 m處平行布置1排輔助孔，輔助孔深度設(shè)計為8 m，其余主爆孔設(shè)計為穿巖見煤(見圖2)。根據(jù)實際的穿孔深度和主爆區(qū)巖石情況，本次爆破對不同孔位的炮孔進行逐孔裝藥設(shè)計，爆破巖石總量約68 450 m3，總裝藥量約12.32 t，炸藥單耗0.18 kg/m3。為減少主爆區(qū)爆破時對預(yù)裂面的破壞，輔助孔裝藥長度統(tǒng)一設(shè)計為3 m，單孔炸藥裝藥量約為84 kg。

圖2 主爆區(qū)炮孔布置Fig.2 Layout of main blast area

3.4 起爆網(wǎng)路設(shè)計

整個網(wǎng)路采用孔內(nèi)延時和孔外延時逐孔起爆方式。為保證網(wǎng)路傳播的穩(wěn)定性，孔內(nèi)采用600 ms高精度非電導(dǎo)爆管雷管入孔。地表采用3種高精度非電導(dǎo)爆管雷管進行網(wǎng)路設(shè)計(見圖3)。地表延時：控制排孔間延時時間為17 ms，中間排孔間延時時間為100 ms，部分凸出孔位使用42 ms進行連接。整個網(wǎng)路采用500 m長瞬發(fā)非電導(dǎo)爆管雷管進行激發(fā)。實踐證明，隨著排間時間間隔的增大，爆破振動的相互疊加及干擾效應(yīng)將逐漸減少，先爆巖石可以為后爆巖石創(chuàng)造良好的拋擲空間〔8〕。

圖3 網(wǎng)路布置Fig.3 Network layout

4 爆破安全校核與質(zhì)量評價

4.1 爆破振動安全校核

將巷道距離爆區(qū)的區(qū)域分為A、B區(qū)域，A區(qū)域距離爆區(qū)水平距離最小為25.2 m，B區(qū)域距離爆區(qū)水平距離最小為32.8 m。理論上，A區(qū)域應(yīng)該是爆破振動速度最大的，挑選A區(qū)域進行爆破振動安全校核。為了采集真實的爆破振動速度數(shù)據(jù)，在巷道內(nèi)布置了4處測振點(見圖4)。

圖4 周圍巷道平面分布Fig.4 Surrounding roadway plane distribution map

4.1.1 A區(qū)域斷面分析

沿A區(qū)域距離爆區(qū)最近處繪制斷面圖(見圖5)，分別選?、佗冖厶幩幹M行爆破振動速度驗算。其中，①處藥柱中心距離A區(qū)域的直線距離為25.199 m，該處有8個預(yù)裂孔同時引爆，起爆藥量Q1=7.69 kg×8=61.5 kg；②處藥柱中心距離A區(qū)域的直線距離為28.627 m，起爆藥量Q2=3 m×28 kg/m=84 kg；③處藥柱中心距離A區(qū)域的最小距離為33.046 m，起爆藥量Q3=6.5 m×28 kg/m=182 kg。

4.1.2 爆破振動速度驗算

采用薩道夫斯基公式〔9-10〕計算爆破振動速度：

式中：v為介質(zhì)質(zhì)點振速的峰值，cm/s；R為計算點到爆心的距離，m；Q為同時段爆破的總藥量，kg；K、α為與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù)，K、α的選取范圍如表1所示。

圖5 A區(qū)域相對位置示意圖Fig.5 Relative position diagram of area A

巖性Kα堅硬巖石50～15013～15中硬巖石150～25015～18軟巖石250～30018～20

該處K值取200，α值取1.8，將①②③處數(shù)據(jù)代入薩道夫斯基公式，計算結(jié)果如表2所示。

表2 巷道安全性分析

4.2 爆破質(zhì)量評價

(1)主爆區(qū)爆破評價

主爆區(qū)巖石隆起明顯，平均約2 m左右，較均勻；爆區(qū)表面觀察未發(fā)現(xiàn)明顯超限大塊；爆區(qū)最東側(cè)15 m安全保護區(qū)沒有巖石隆起和巖石滾落。

(2)預(yù)裂爆破評價

預(yù)裂爆破效果整體較佳，預(yù)裂縫明顯，分段處過渡較好。

(3)測振儀監(jiān)測結(jié)果及評價

4處位置監(jiān)測結(jié)果z軸數(shù)據(jù)均低于15 cm/s(見表3)。爆破后進入巷道內(nèi)發(fā)現(xiàn)，3條廢棄巷道與在用原煤提運巷道連接處封堵墻沒有發(fā)現(xiàn)明顯裂縫，巷道支護沒有發(fā)現(xiàn)明顯變化。輔助運輸巷頂及側(cè)壁無明顯破壞痕跡。

表3 測振儀檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計

5 結(jié)論

(1)本次爆破達到了對原煤提運巷道、輔助運輸巷和各巷道重點位置的減振和安全保護的目的，各監(jiān)測點z軸振動速度均滿足小于15 cm/s的安全要求。爆破沒有造成原煤提運巷道口上方較大石塊滾落，爆區(qū)東側(cè)下方約30 m處原煤提運巷道入口工作面沒有任何設(shè)備損壞，達到了安全要求。

(2)爆破后期跟蹤采掘效果較好，邊坡保護及減振效果明顯，主爆區(qū)巖石破碎均勻，滿足了正常采裝的要求。

(3)爆破使原煤提運巷道舊口位置9號煤層和11號煤層約15.2萬m3的原煤得到了回收，巷道周邊賦存原煤的回收采出率達到了60.8%以上，直接為公司創(chuàng)造了3 000萬元以上的經(jīng)濟效益。

〔1〕 畢繼紅,鐘建輝.鄰近隧道爆破震動對既有隧道影響的研究[J].工程爆破，2004，10(4)：69-73.

BI Ji-hong, ZHONG Jian-hui. Study on influence of blasting vibration from excavation of a new tunnel on existed tunnel[J]. Engineering Blasting，2004，10(4)：69-73.

〔2〕 夏紅兵,汪海波,宗琦.爆破震動效應(yīng)控制技術(shù)綜合分析[J].工程爆破，2007，13(2)：83-86.

XIA Hong-bing, WANG Hai-bo, ZONG Qi. Comprehensive analysis of controlling technology of blasting vibration effect[J]. Engineering Blasting，2007，13(2)：83-86.

〔3〕 祝云輝.經(jīng)山寺露天鐵礦減小爆破振動的實踐[J].露天采礦技術(shù)，2015(2)：27-30.

ZHU Yun-hui. Practice of reducing blasting vibration in jingshansi open-pit iron mine[J]. Opencast Mining Technology，2015(2)：27-30.

〔4〕 XIA H B,YAN B. Application of deep-hole pre-cracking blasting in the preserved roadway beside the gob for working gaolin in coal seams[J]. Energy Procedia，2012，16：828-835.

〔5〕 葉新榮.組合式預(yù)裂起爆藥柱在東露天礦邊坡預(yù)裂爆破中的應(yīng)用[J].露天采礦技術(shù)，2014(12)：1-3.

YE Xin-rong. The application of combined pre-splitting explosive column in east open-pit coal mine slope pre-splitting blasting[J]. Opencast Mining Technology，2014(12)：1-3.

〔6〕 邊克信,劉殿中.工業(yè)爆破對地下巷道安全的影響[J].力學(xué)學(xué)報，1975(4)：184-186.

BIAN Ke-xin，LIU Dian-zhong. Effect of industrial blasting on the safety of underground tunnels[J]. Chinese Joumal of Theoretical and Applied Mechanics，1975(4)：184-186.

〔7〕 李彬峰.爆破地震效應(yīng)及其控制措施分析[J].爆破，2003，20(2)：83-85.

LI Bin-feng. Analysis of controlling measurement and blasting vibration effect[J]. Blasting，2003，20(2)：83-85.

〔8〕 于亞倫.工程爆破理論與技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2004.

YU Ya-lun. Engineering blasting theory and technology[M]. Beijing: Metallurgical Industry Press，2004.

〔9〕 汪旭光,于亞倫.關(guān)于爆破震動安全判據(jù)的幾個問題[J].工程爆破，2001，7(2)：88-92.

WANG Xu-guang,YU Ya-lun. Several problems of safety criterion for blasting vibration[J]. Engineering Blasting，2001，7(2)：88-92.

〔10〕 王潤和,朱新平,郭昭華,等.露天礦爆破對邊坡體內(nèi)巷道的影響分析[J].露天采礦技術(shù)，2009(3)：27-28.

WANG Run-he，ZHU Xin-ping，GUO Zhao-hua，et al. Analysis ofthe impact of surface mine blasting on the roadway[J]. Opencast Mining Technology，2009(3)：27-28.

Rock loose blasting practice near Antaibao coal mine occurrence roadway

LIU Xiao-ming， QI Mao-fu

(China Coal Pingshuo Industry Company， Shuozhou 036006，Shanxi，China)

Antaibao coal roadway had been shifted from west to east，so the mining space of No. 9 coal seam and No. 11 coal seam had been released，in order to safely recycle the coal seam, the rock layer on the roof position of No. 9 coal seam. The mining space was closed to the coal roadway being used and the blasting construction was difficult, the rock loose blasting was put forward. By optimizing the initiation network, adjusting the loading structure and using pre-splitting blasting technology, the purpose of loosing rock was reached. The vertical vibration velocity was controlled in 15 cm/s. The blasting practice showed that, the roadway was effectively protected. 152 000 m3coal was increased in Antaibao mine. Coal recovery rate was increased to 60.8%.The blasting was a practice near the distance blasting of the tunnel. The blasting had a reference for the designed and research of rock loose blasting around the roadway.

Mining engineering; Loose blasting; Blasting practice; Occurrence roadway; Initiation network; Charge structure

1006-7051(2016)06-0066-04

2016-07-03

劉曉明(1987-)，男，碩士，工程師，從事露天煤礦爆破工程施工和現(xiàn)場安全管理工作。E-mail：pingshuobp@126.com

TD235

A

10.3969/j.issn.1006-7051.2016.06.015