后坪礦區(qū)掘進巷道巖體可爆性探究

■ 許奎 武漢工程大學(xué)

湖北省興山縣樹崆坪礦區(qū)后坪礦段磷礦段位于樹崆坪礦區(qū)北部，為樹崆坪礦區(qū)磷礦層往深部延深部分，后坪礦區(qū)巖石成因類型有變質(zhì)巖建造和沉積巖建造兩大類。礦層為層狀和塊狀，一般致密堅硬、強度高，節(jié)理裂隙基本閉合，穩(wěn)定性較好，在相鄰馬家灣礦段采礦坑道中，破碎帶和漏水現(xiàn)象較少。礦層的直接頂板連續(xù)性、完整性好，巖性堅硬、強度高，節(jié)理裂隙不太發(fā)育，僅有的裂隙中多被方解石脈所充填。礦層的直接底板抗壓強度相對較高，遇水后強度降低，但未見泥化現(xiàn)象。直接底板之下巖層完整性、穩(wěn)定性均較好。為減少巷道掘進掏槽爆破炸藥單耗、提高爆破效果，針對后坪礦區(qū)掘進巷道巖石的可爆性進行研究。

一、研究現(xiàn)狀

可爆性，是指巖體在爆破作用下巖體碎塊分離化的難易程度。由于爆破作用的不確定性，如果不能有效的判斷巖石可爆性，會對于爆破參數(shù)的確定與優(yōu)化存在很大的影響。王超等將馬氏距離判別法引入到狂言可爆性分級中，建立了礦巖可爆性等級分類的距離判別模型；張德明等將工程中容易獲得的各種爆破影響因素作為可爆性分級的指標，并利用AHP層次分析法確定了分級指標的重要程度；傅洪賢等通過在實驗室對礦山巖體試件進行巖石波速測試和巖石強度試驗，得到了泥巖和砂巖的波速和抗壓強度；張毅等通過因子分析法，確定了巖石可爆性的四個主因子分別為抗拉強度、波阻抗、完整性系數(shù)及孔隙率，并給出了分級計算法。通過對諸多專家學(xué)者研究成果進行整理分析，結(jié)合后坪礦區(qū)的實際情況，決定采用基于“以彈性波速度為準則的分級法”來研究后坪礦區(qū)掘進巷道巖石的波阻抗，對其進行可爆性分級。

二、現(xiàn)場測量試驗

根據(jù)爆炸破巖機理，巖體的破裂與巖體內(nèi)爆炸應(yīng)力波的傳播特性有關(guān)。波阻抗是影響應(yīng)力波參數(shù)的主要因素。基于“以彈性波速度為準則的分級法”來研究后坪礦區(qū)掘進巷道巖石的波阻抗，對巖石進行可爆性分級。利用這個原理，使用ZBL-U 520非金屬超聲波測試儀對975 B上8、1038三號下山、1000 D九號上山這三條不同水平高程的掘進巷道巖體進行聲波測量，得到聲波在掘進斷面巖體中傳播的縱波波速。

三、巖巷可爆性分級

巖石可爆性分級是爆破工程的技術(shù)基礎(chǔ)，合理的可爆性分級是正確開展爆破設(shè)計和爆破優(yōu)化的保證，是評價爆破設(shè)計合理性和推廣先進爆破技術(shù)重要依據(jù)。

（一）測試結(jié)果數(shù)據(jù)分析

（1）由現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)計算可知，975上8的平均波速為2.532 k m/s、1000九號上山的平均波速為2.487 k m/s、1038三號下山的平均波速為2.155 k m/s。由測量結(jié)果可知，波速值較大，說明巷道的巖性較好，巖石強度較高，風(fēng)化程度較小，巖體節(jié)理裂隙不發(fā)育，不易破碎，易爆。

（2）從后坪礦區(qū)的地質(zhì)詳查報告中可知，礦層中巖體的平均密度為2.86 g/c m3。根據(jù)波阻抗的計算公式：

式中： ρ —為巖體密度；

c—為巖體中的縱波速度。

可求出975上八、1000九號上山、1038三號下山的波阻抗值分別為：

（二）堅固性系數(shù)

巖體的可爆性與巖石強度特性密切相關(guān)，在某種程度上甚至可以用巖石的堅固性系數(shù)來表示它。堅固性系數(shù)可作為爆破性評價的分析因素。結(jié)合后坪礦區(qū)的詳查報告，再根據(jù)實地測量，知道后坪礦區(qū)礦層巖體的堅固性系數(shù)為，且其平均堅硬系數(shù)。

（三）深孔爆破地段巖體可爆性評價與結(jié)論

巖石爆破性評價，其關(guān)鍵之處在于要有合理分級判據(jù)。常用的礦巖可爆性分級判據(jù)見表3-1。

表3-1 爆破性分級指標

所研究巷道的爆破分級指標參數(shù)如表3-2所示。

表3-2 礦層的爆破分級指標參數(shù)

1000九號上山8～12 7.113 中等1038三號下山8～12 6.163 中等

根據(jù)表3-2的數(shù)值，再結(jié)合現(xiàn)場的具體情況，可得出后坪礦區(qū)掘進巷道巖體應(yīng)屬中等范疇。

四、結(jié)語

通過在現(xiàn)場進行的聲波測量實驗，證明“以彈性波速度為準則的分級法”對于后坪礦區(qū)掘進巷道的巖石可爆性的分級是適用的，并據(jù)此判斷出后坪礦區(qū)掘進巷道巖體可爆性屬于中等級別，且測量的結(jié)果對后續(xù)所進行的爆破設(shè)計優(yōu)化也起到了一定的作用，減少了炸藥單耗，改善了爆破效果。