微差控制爆破技術(shù)在采場頂板安全管理中的應(yīng)用

蔡錦仙

(江西彭山錫礦，江西 德安 330408)

微差控制爆破技術(shù)在采場頂板安全管理中的應(yīng)用

蔡錦仙

(江西彭山錫礦，江西 德安 330408)

采場頂板管理是地下開采礦山安全管理中的重點(diǎn)，利用微差控制爆破技術(shù)，可以更好地保護(hù)采場頂板整體的穩(wěn)固性，通過錨桿護(hù)頂后，對治理采空區(qū)、防止地表塌陷具有長遠(yuǎn)的意義。

微差爆破； 頂板； 安全管理

1 前言

某礦屬于錫石硫化物矽卡巖礦床，20世紀(jì)70年代探明的礦石儲量為494.6萬t，錫金屬量35 056t，已開采近30年。礦石中有用元素以錫為主，伴生鐵、銅、鋅、硫、砷以及金、銀、銦、鎵、鎘、鍺等稀貴金屬，礦體以層狀似層狀產(chǎn)出，屬緩傾斜礦體。由于礦體頂板受古滑坡地質(zhì)構(gòu)造影響，極為風(fēng)化破碎，安全隱患和安全威脅極大，給井下安全管理工作帶來了極大的挑戰(zhàn)，曾經(jīng)有多起事故都是由于頂板局部坍塌造成的。因此，加強(qiáng)頂板安全管理工作十分重要，頂板安全監(jiān)管不僅可以避免一些事故的發(fā)生，而且可防止因采空區(qū)頂板坍塌引起的地表塌陷導(dǎo)致的次生地質(zhì)災(zāi)害。20世紀(jì)80年代、90年代，采用火雷管+導(dǎo)火索爆破器材爆破，對頂板整體穩(wěn)固性造成很大的破壞作用，自21世紀(jì)普遍采用導(dǎo)爆管雷管爆破器材以來，特別是采用多段微差爆破技術(shù)后，采場頂板的整體穩(wěn)固性保護(hù)明顯好轉(zhuǎn)，為采場頂板錨桿支護(hù)工作創(chuàng)造了條件，連續(xù)7年未因頂板坍塌造成事故，為采場頂板更好地安全監(jiān)管在技術(shù)和安全方面提供了保障。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 地層及構(gòu)造

2.1.1 地層

錫石硫化物矽卡巖礦床，主要賦存于震旦系上統(tǒng)燈影組中、下段一套碳酸鹽巖等有利圍巖中，是礦區(qū)的主要礦床類型，具規(guī)模大等特點(diǎn)。

2.1.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造較簡單，基本由東部的“S”形短軸背斜軸構(gòu)造及背斜西翼的單斜構(gòu)造組成，斷裂構(gòu)造不太發(fā)育；層間滑動構(gòu)造是礦區(qū)最發(fā)育的與成礦關(guān)系十分密切的一種構(gòu)造現(xiàn)象。①層間褶皺：常發(fā)育在燈影組下段底部灰?guī)r、中段薄層灰?guī)r與硅質(zhì)巖互層及王音鋪組底部灰?guī)r、碳質(zhì)頁巖等層位中；②層間破碎帶：主要發(fā)育層位有燈影組與南沱組間，燈影組中上段間以及燈影組與王音鋪組間。

2.2 礦帶劃分及分布特征

礦區(qū)可劃分10個礦帶，每一礦帶均有其固定的層位和特征巖性，頂、底板標(biāo)志層界線清楚。同時由于構(gòu)造和巖性不均，礦化強(qiáng)弱不一，各礦帶中形成若干個小礦體，勘探范圍內(nèi)已查明10個礦帶中共有大小礦體19個，其中Ⅳ- 1、Ⅵ- 1、Ⅶ- 1是主要礦體。礦體均為隱伏的盲礦體，一般距地表50～200m，賦存標(biāo)高為+16～+225m，各礦體產(chǎn)狀均與地層產(chǎn)狀近乎一致，向北西傾斜，傾角320°～340°，傾角平緩，13°～25°。礦體形態(tài)簡單，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，礦體沒有受后期較大構(gòu)造破壞，連續(xù)性較好，只有少數(shù)地段在礦層(或矽卡巖)中見有花崗巖脈穿插。

2.3 礦體頂?shù)装鍑鷰r特征

Ⅳ- 1、Ⅵ- 1、Ⅶ- 1 3個主礦體的頂?shù)装鍘r石大體有如下幾類，見表1所示。

表1 主礦體頂?shù)装鍘r石簡表

3 爆破產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害與一次起爆藥量的關(guān)系[1]

(1)爆破震動與一次起爆藥量的關(guān)系：

V=KR-aQa/3

式中：V——保護(hù)對象所在地安全允許質(zhì)點(diǎn)振動速度，cm/s;

K、a——與爆破點(diǎn)至保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，通過現(xiàn)場試驗確定，結(jié)合現(xiàn)場巖石情況和《爆破安全規(guī)程》[2]及經(jīng)驗選取K=180，a=1.6；

R——爆心至觀察點(diǎn)的距離，m；

Q——一次爆破裝藥量，齊發(fā)爆破為總裝藥量，延時爆破為最大一段裝藥量，kg。

爆破震動與一次起爆炸藥量成正比，把一次起爆炸藥量減少到最低限度，就可減少爆破震動對頂板整體穩(wěn)固性的破壞。

(2)爆破沖擊波與一次起爆藥量的關(guān)系：

Rk=25Q1/3

式中：Rk——空氣沖擊波對掩體內(nèi)人員的最小允許距離，m；

Q——一次爆破炸藥量，齊發(fā)爆破為總裝藥量，延時爆破為最大一段裝藥量，kg。

爆破沖擊波與一次起爆炸藥量也成正比，減少一次起爆炸藥量，就可以減少爆破沖擊波對頂板整體穩(wěn)固性的破壞作用。

(3)一次爆破炸藥量的計算：

Q=nq/d

式中：n——炮眼總數(shù)，個；

q——單孔裝藥量，kg；

d——導(dǎo)爆管雷管段別數(shù)，個。

一次爆破炸藥量與導(dǎo)爆管雷管的段別數(shù)成反比，增加雷管段別數(shù)，就可大大減少一次爆破炸藥量，從而減少因爆破震動、爆破沖擊波對頂板整體穩(wěn)固性的破壞作用。

4 鑿巖和裝藥及起爆網(wǎng)路連接

4.1 鑿巖

井下供風(fēng)系統(tǒng)：壓風(fēng)機(jī)安裝在地表壓風(fēng)機(jī)房，壓風(fēng)機(jī)為螺桿式空壓機(jī)(型號：LG- 75A)，主供風(fēng)管路直徑為114mm無縫鋼管，由主平窿經(jīng)過盲斜井至各中段調(diào)車場，再連接輔供風(fēng)管路(直徑60mm無縫鋼管)至各采場。鑿巖器具采用YT-28型鉆機(jī)，釬頭為40mm一字型，根據(jù)臺班功效為80～100t/臺班，需布置20個眼左右，如圖1所示。炮眼排距為50～60cm，間距為80～100cm，眼深2.2m，距礦體頂板一排炮眼的鑿巖技術(shù)至關(guān)重要，切記不要破頂，眼底距頂板要留有20～30cm礦體作緩沖層。

1—炮眼排距50cm；2—炮眼間距80cm；3—炮眼深2.2m；4—導(dǎo)爆管雷管段別；5—導(dǎo)爆管雷管；6—瞬發(fā)電雷管起爆藥包圖1 布眼網(wǎng)路連接圖

4.2 裝藥

采用環(huán)保型乳化炸藥(基本達(dá)到零氧平衡)，起爆藥包裝入孔底第二節(jié)，反向起爆，接近頂板的一排炮眼裝藥系數(shù)為0.4左右，其余的為0.6左右(自由面為2個)，兩個炮眼為一個段別，均采用孔內(nèi)延時。

4.3 起爆網(wǎng)路連接

采用1～10個段別的導(dǎo)爆管雷管微差控制爆破，塑料導(dǎo)爆管末端與瞬發(fā)電雷管捆扎在一起(電雷管聚能穴朝孔外)，電雷管腳線接起爆導(dǎo)線，在避炮硐室(100m以外)用專用起爆器起爆，起爆前要進(jìn)行清場和警戒工作(布置崗哨)，確認(rèn)安全后，由爆破工程技術(shù)負(fù)責(zé)人(或項目技術(shù)負(fù)責(zé)人)發(fā)出起爆指令后才能起爆，爆后要進(jìn)行通風(fēng)和安全檢查，確認(rèn)無盲炮、安全后才能進(jìn)行下一班作業(yè)。

5 錨桿支護(hù)[3]

采場頂板的整體穩(wěn)固性保護(hù)，為之后的錨桿支護(hù)帶來技術(shù)和安全方面的保障。一般采用管縫式錨桿護(hù)頂。

5.1 管縫式錨桿材料的標(biāo)準(zhǔn)

要達(dá)到預(yù)期的護(hù)頂效果和要求，材質(zhì)是關(guān)鍵。要選用具有安全標(biāo)志和質(zhì)量合格的產(chǎn)品，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下。

(1)選用Q235A級冷軋鋼板，壁厚2.5～3.0mm，按規(guī)定尺寸剪裁后制成卷筒，直徑為42～44mm，頂端直徑要小2mm，末端擋環(huán)選用φ6mm優(yōu)質(zhì)圓鋼焊接而成，焊縫無裂紋，抗拉強(qiáng)度≥110kN。

(2)成品管縫式錨桿要儲存在干燥密閉的儲存庫里，表面不能有大塊的銹蝕斑點(diǎn)。

(3)管縫式錨桿長度一般要大于頂板圍巖2～3個層厚，一般長度為2.0～2.2m；管縫式錨桿直徑根據(jù)鉆孔的直徑而定，一般要大于孔徑2～4mm，縫寬在14mm。

5.2護(hù)頂作業(yè)規(guī)范[4]

(1)護(hù)頂空間高度要求。礦體厚度在3m以下的采場，耙完礦石后，一次性打眼支護(hù)；礦體厚度>3m以上的采場，需要采用分層開采的礦體，先回采上一層礦體，采場空間高度要保持在2.5m左右，護(hù)頂工作完成后，才能進(jìn)行下一層開采作業(yè)。

(2)安全技術(shù)措施。①先采用YSP- 45型鑿巖器具鑿巖，眼深>錨桿長度5～10cm。鑿眼作業(yè)前要把頂板浮石處理干凈，避開節(jié)理裂隙位置定好點(diǎn)，垂直頂板進(jìn)行鑿眼。②要選用較新的釬頭進(jìn)行鑿眼，否則因為眼徑偏小而影響錨桿挺進(jìn)的長度。③鑿巖時要仔細(xì)聆聽頂板的震動響聲，如發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生鑼音，說明頂板有脫落間隙，要特別注意觀察，確保安全。④頂板較為風(fēng)化破碎時需留30～40cm厚的礦體護(hù)頂，以保護(hù)頂板不與水蒸氣接觸而風(fēng)化。⑤錨桿護(hù)頂工作是礦體開采過程中的一個重要環(huán)節(jié)，不能在整個礦房回采結(jié)束后再進(jìn)行，作業(yè)面推進(jìn)3～5m后護(hù)頂工作就要進(jìn)行，礦房回采結(jié)束時護(hù)頂工作也要完成。同時，采空區(qū)的頂板監(jiān)測工作也是采空區(qū)安全監(jiān)管的重要內(nèi)容，通過記錄一些變化數(shù)據(jù)，可以得出地壓、爆破對頂板的影響情況。

6 結(jié)語

微差控制爆破技術(shù)是利用塑料導(dǎo)爆管雷管段別之間存在25ms的延時間隔時差，既把起爆炸藥的總當(dāng)量分解成若干等份起爆，起到降震和減少破壞的效果，又利用先后爆破時差為毫秒，起到爆破體相互擠壓，減少大塊，減少拋擲，爆堆集中。

微差控制爆破技術(shù)在現(xiàn)場爆破作業(yè)中得到普遍的認(rèn)同，廣泛應(yīng)用于保護(hù)采場頂板整體穩(wěn)固性的爆破中，不僅爆破震動小、對頂板整體穩(wěn)固性破壞小，而且可以減少礦石大塊率，減少二次爆破，減少工人的作業(yè)強(qiáng)度和時間，在節(jié)能減排、增收節(jié)支、保護(hù)頂板、治理采空區(qū)、防止地表塌陷等方面效果良好，值得推廣和應(yīng)用。

[1] 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.

[2] GB6722- 2014，爆破安全規(guī)程[S].

[3] 張長根，等.管縫式錨桿的應(yīng)用[J].礦山壓力與頂板管理，1997,(2):22-24.

[4] 周 麟.房柱采礦法采場頂板的可靠性分析[J].金屬礦山，1998，(1)：12-14.

Application of millisecond control blasting technique in stope roof safety management

Stope roof management is very important in mine safety management of underground mining. Using millisecond control blasting technique can keep the stability of whole stope roof better. Roof bolting is of great significance for the treatment of mined out area and preventing surface subsidence.

millisecond delay blasting; roof; safety management

1672-609X(2017)05-0005-03

TD235.4

B

2017-04-26

2017-05-31

蔡錦仙(1964-)，男，江西德安人，采礦高級工程師，主要從事礦山開采、爆破工程設(shè)計、研究、安全管理工作。