扇形布孔爆破技術(shù)在采空區(qū)隱患治理工程中的應(yīng)用

賈 宏 宇

(阜新市產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，遼寧 阜新 123000)

采空區(qū)的穩(wěn)定性是礦山企業(yè)安全開采的重要難題[1]，為了提高生產(chǎn)作業(yè)的安全系數(shù)[2]，降低爆破振動的影響，需要對采空區(qū)進(jìn)行控制與治理。針對地表有重要結(jié)構(gòu)，地下有生產(chǎn)采場的采空區(qū)隱患治理問題，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究[3-5]。李偉等[6]分析了軟巖地層中采空區(qū)隱患對高鐵路堤沉降的影響；周宗紅等[7]應(yīng)用分段空場崩落采礦法并對其護(hù)頂?shù)V層和隔離礦柱的穩(wěn)定性進(jìn)行分析；胡靜云等[8]采用無底柱分段崩落法開采形成的采空區(qū)進(jìn)行了多通道振動監(jiān)測試驗；賈海波等[9]利用FLAC3D軟件對采空區(qū)隱患治理的方案和施工順序進(jìn)行了數(shù)值模擬分析；耿智園等[10]基于CDEM模擬了爆破崩落法治理露天礦地下采空區(qū)的過程。

1 工程概況

1.1 采空區(qū)現(xiàn)狀

1 020 m標(biāo)高以上為露天開采；950 m～990 m標(biāo)高之間為民采空區(qū)；900 m～950 m標(biāo)高之間為17號采場(73線～89線)和18號采場(89線～101線)。民采空區(qū)長約為250 m，其中75線～89線較寬，約55 m；89線～101線較窄，約12 m；民采空區(qū)頂板暴露面積約3 468 m2，采空區(qū)體積約13.87×104m3。

1.2 周邊環(huán)境

采空區(qū)周邊環(huán)境比較復(fù)雜，東偏北140 m處有一變壓器，正北面218 m處為新建副井，東偏北231 m處有混合井井塔辦公區(qū)，西偏南498 m處為3號井口辦公生活區(qū)，正南面285 m處有礦井風(fēng)機(jī)房和通風(fēng)機(jī)入口，東偏南455 m處為礦區(qū)生產(chǎn)加工廠房、庫房、生活區(qū)和辦公區(qū)。具體周邊環(huán)境如圖1所示。

2 爆破方案設(shè)計

由于露天坑底隔離礦柱下方民采空區(qū)暴露面積大，隔離礦柱在75～75 A線發(fā)生塌陷；另外礦山在991 m上下盤、1 000 m下盤、1 005 m上盤巷道出現(xiàn)不同程度的錯動而無法進(jìn)入。因此，采用在空區(qū)下盤1 005 m標(biāo)高施工鑿巖巷道，對露天坑底礦體實施深孔鑿巖爆破治理采空區(qū)。根據(jù)采空區(qū)的位置可將采空區(qū)分為采空一區(qū)和采空二區(qū)，具體位置如圖2所示。

2.1 扇形排列布孔

采空一區(qū)每排炮孔自南向北依次編號，起始排為13排，終止排為70排；采空二區(qū)每排炮孔自東向西依次編號，南側(cè)第一個橫穿巷道炮孔排數(shù)為77排～90排，第二個橫穿巷道炮孔排數(shù)為93排～104排；透孔后加字母“T”以示區(qū)分。由于篇幅有限，僅給出部分鉆孔角度和炮孔深度布置，如圖3所示。

2.2 爆破參數(shù)選取

1)炮孔直徑。

根據(jù)巖石特性，鑿巖設(shè)備選用YT-27和KQG-100潛孔鉆機(jī)，炮孔直徑為90 mm。

2)最小抵抗線W、孔底距a和鄰近系數(shù)m。

結(jié)合巖石的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，確定最小抵抗線W=2 m，孔底距a=2.5 m，由此根據(jù)m=a/W得出鄰近系數(shù)m=1.25。

3)充填長度。

若炮孔沒有透孔現(xiàn)象，則不需要孔底充填；若炮孔存在透孔現(xiàn)象或超深過長，需要設(shè)置孔底充填長度為2 m～3 m；孔口充填長度根據(jù)裝藥長度控制在2 m～5 m范圍內(nèi)。

4)藥量計算。

為滿足施工質(zhì)量，裝藥量采用如下公式確定：

Q=π(d/2)2L0ρ

(1)

其中，Q為裝藥量，kg；d為炮孔直徑，0.09 m；L0為裝藥長度，m；ρ為炸藥密度，由于工作面有水，所以采用粉狀乳化炸藥，因此ρ=850 kg/m3。

2.3 裝藥結(jié)構(gòu)說明

采用BQF-100Ⅱ型裝藥機(jī)進(jìn)行連續(xù)耦合裝藥；當(dāng)裝藥長度大于16 m時，需在裝藥的頂部、底部以及中部分別設(shè)置起爆具；當(dāng)裝藥長度小于16 m時，僅需在裝藥的頂部和底部分別設(shè)置起爆具；具體裝藥結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

2.4 起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

通過數(shù)值模擬方案對比[11]，確定采用間隔時間為100 ms的孔內(nèi)微差起爆網(wǎng)絡(luò)，且采空一區(qū)與采空二區(qū)間隔6 s，具體起爆順序如圖5所示。

3 爆破振動控制

采空區(qū)隱患爆破治理工程中采空一區(qū)使用炸藥量為118 240 kg，采空二區(qū)使用炸藥量為51 300 kg，單段最大藥量為1.8 t，且爆破總延期時間為15 130 ms。

為了避免爆破振動對地表建筑結(jié)構(gòu)的損傷以及塌落振動對采空區(qū)下部采場的影響，采用TC-4850測振儀對其進(jìn)行監(jiān)測，具體測點布置如圖6所示。測點1,3為井下圍巖巷道，測點4為混合井，測點6為辦公樓，測點8為新建副井，具體監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1。

表1 爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)

根據(jù)GB 6722—2014爆破安全規(guī)程各類建(構(gòu))筑物的振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)值可以得出：地下巷道(測點1和3)最大振速僅為0.7 cm/s，遠(yuǎn)小于規(guī)定的允許下限值15 cm/s；新建副井(測點8)最大振速為垂直方向，振速值為3.27 cm/s，主振頻率為24.4 Hz，混合井(測點4)最大振速為水平徑向，振速值為0.95 cm/s，主振頻率為19.2 Hz，均小于振速安全允許值3.5 cm/s～4.5 cm/s(主振頻率10 Hz～50 Hz)；辦公樓(測點6)最大振速為垂直方向，振速值為0.42 cm/s，主振頻率為6.9 Hz，小于振速安全允許值2.5 cm/s～3.5 cm/s(主振頻率小于10 Hz)。

4 結(jié)論

1)采用扇形布孔爆破技術(shù)治理采空區(qū)隱患工程，通過爆破參數(shù)計算、裝藥結(jié)構(gòu)布置以及起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，消除了隔離礦柱坍塌的風(fēng)險，保證了地表建筑結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定以及下部采場的順利生產(chǎn)。

2)在總裝藥量為169 540 kg，單段最大藥量為1.8 t，總延期時間為15 130 ms的采空區(qū)隱患治理爆破工程中，地下巷道最大振速為0.7 cm/s，地表建筑物最大振速為3.27 cm/s，均小于規(guī)范的安全閾值。