歐任澤,宋嘉棟,曾慧明,張宗生

(1.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司, 湖南長沙 410012;2.湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司,湖南郴州市 423037)

井下特大規(guī)模爆破研究與實踐*

歐任澤1,宋嘉棟1,曾慧明2,張宗生2

(1.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司, 湖南長沙 410012;2.湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司,湖南郴州市 423037)

柿竹園多金屬礦床經(jīng)過多年開采后,井下存在大量的采空區(qū)與礦柱群。采用大規(guī)模爆破實施一次性同步回采礦柱與空區(qū)處理。介紹了爆破方案,總結(jié)了特大規(guī)模爆破實踐的經(jīng)驗,為類似工程提供了成功范例。

特大規(guī)模爆破;爆破方案;礦柱回采;空區(qū)處理

1 工程概況

柿竹園多金屬礦床存在大量的采空區(qū)與礦柱群,采用大規(guī)模爆破方式進行礦柱回采協(xié)同處理采空區(qū)。礦柱回采從采區(qū)西北角開始,呈北東向斜線向東南方向推進。自2006年,采區(qū)西北角成功實施“天窗大爆破”形成泄壓天窗后,基本進入了正常的礦柱回采和空區(qū)處理。至2009年底,1盤區(qū)K1-1、K1-2、K1-3、K1-4,2盤區(qū)K2-1、K2-2、K2-3和3盤區(qū)K3-1等采場所對應(yīng)的頂板礦體及其之間的間柱已全部回采,采空區(qū)被崩落礦石和圍巖充填。

如繼續(xù)按照原計劃的采礦順序推進,下一步的礦柱回采范圍大致為:沿西北角大空場邊界線,呈北東向斜線向東南方向推進一個礦房和一個間柱。但由于3盤區(qū)的K3-4、K3-5之間的房間礦柱已被抽采,形成暴露面積約3500m2、體積約30萬m3的連續(xù)大空區(qū);4盤區(qū)的K4-3、K4-4之間的房間礦柱已被抽采,形成暴露面積約3500m2,體積25萬m3的連續(xù)大空區(qū)。大空場區(qū)域周圍的P3、P4礦柱有明顯的破壞,并在不斷加劇。K3-4、K3-5、K4-3、K4-4大空場和西北角大空場之間的K3-2、K3-3礦柱猶如“千斤頂”,承受的壓力越來越大,破壞程度越來越高(見圖1)。

由于礦柱與采空區(qū)特殊的位置關(guān)系,如對K2-4、K3-2等礦柱進行大規(guī)模爆破回采,勢必對鄰近的大空區(qū)造成更嚴重的破壞,給后續(xù)的礦柱回收留下安全隱患。因此,需對大空區(qū)周圍和西北角之間礦體:K2-4、K3-2、K3-3、K3-4、K3-5、K4-1、K4-2、K4-3、K4-4頂柱及其相鄰盤間柱、房間柱558～603 m分段的礦體進行整體研究,確定下一步爆破回采范圍及回采順序。

圖1 礦柱、空區(qū)位置關(guān)系

爆破回采區(qū)域位于原315m×313m范圍的東北部,爆區(qū)主要為矽卡巖,夾有花崗巖,屬難爆類型。地表為馬鞍形陡峭山谷,東高西低,傾向西北,山坡角35°～42°,植被茂盛,主要為灌木林和小樹林。距爆區(qū)中心700m內(nèi),未見礦山工業(yè)廠房及居民住房,只有少量臨時工棚和簡易公路。山下有東坡甘港河和柿竹園至多金屬采場的公路。井下已形成380,490,514,536,558,586,610,620,630m等分段工程。爆區(qū)周圍100m內(nèi)無主要固定設(shè)施設(shè)備。

2 爆破方案

2.1 爆破方案選擇

爆破的目的主要是回采礦柱和處理采空區(qū)。根據(jù)爆區(qū)各礦柱和空區(qū)的具體情況、相互關(guān)系,以及公司科學(xué)的施工組織管理水平,爆破方案主要有3種。

方案一:將整個爆破區(qū)域分4～5步驟實施。首先爆破崩落K3-2、K3-3頂板和盤間、房間礦柱;然后爆破回采K2-4頂板和房間礦柱礦體;再爆破崩落K3-4、K3-5頂板和盤間、房間礦柱礦體;最后爆破崩落4盤區(qū)的K4-3、K4-4以及K4-2、K4-1頂板和盤間、房間礦柱礦體(見圖2)。

圖2 爆破方案一

該方案每次爆破的炸藥用量為200～300t,施工組織較為簡單。但當(dāng)K3-1、K3-2或K2-4區(qū)域爆破后,爆破振動的破壞以及地壓的轉(zhuǎn)移,將導(dǎo)致K3-4、K3-5大空場區(qū)域周圍礦柱受到嚴重的破壞,特別是鄰近大空區(qū)段的P3、P4段礦柱,分別布置有33#、34#和39#鑿巖天井控制頂板礦體。該段礦柱一旦垮塌,將導(dǎo)致K3-4、K3-5大空場的頂板礦體無法回收。

方案二:將整個爆破區(qū)域分4步驟實施。首先爆破崩落K3-4、K3-5和K4-3、K4-4兩處大空區(qū)頂板及其盤間礦柱礦體;之后爆破回采K2-4頂板和房間礦柱礦體;再爆破崩落K3-2、K3-3頂板和盤間、房間礦柱礦體;最后爆破回采K4-1、K4-2頂板和盤間、房間礦柱礦體(見圖3)。

圖3 爆破方案二

該方案每次爆破的炸藥用量為200～300t,施工組織較為簡單。方案先處理了兩處大空區(qū)及礦柱破壞相對較嚴重的區(qū)域,大空區(qū)頂板及其相鄰礦柱爆破后形成了連續(xù)的大空場,使得大空區(qū)和西北角大空場之間的K3-2、K3-3頂板和盤間、房間礦柱猶如“千斤頂”,壓力越來越大,破壞程度越來越高。最終可能導(dǎo)致K3-2、K3-3頂板和盤間、房間礦柱區(qū)域無法進入,此區(qū)域礦體將無法安全經(jīng)濟地回收。

方案三:將整個爆破區(qū)域分2步驟進行(見圖4)。第Ⅰ步驟爆破回采區(qū),包括:K3-4、K3-5、K4-3、K4-4(西半部分)兩個連續(xù)大空場的范圍及相應(yīng)的房間和盤間礦柱,K2-4頂柱礦體及相應(yīng)的房間和盤間礦柱,K3-2、K3-3礦塊相應(yīng)的房間和盤間礦柱3部分。一次爆破崩落礦石,處理采空區(qū),避免了因某一處爆破對其他區(qū)域造成的影響,技術(shù)可靠。但一次爆破裝藥量大,初步估算為800～850t,施工組織管理困難。第Ⅱ步驟爆破回采區(qū)包括:K4-1、K4-2頂柱,K4-3、K4-4礦塊(東半部分),P4盤間礦柱和C2、C3房間礦柱,總礦量約108.7萬t,一次爆破裝藥量約400～450t。

圖4 爆破方案三

綜上所述,方案一和方案二,將整個爆破區(qū)域分4～5次實施,每次爆破的炸藥用量控制在200～300 t。公司已多次組織實施了此規(guī)模的爆破,在技術(shù)和施工組織上積累了一些經(jīng)驗。但無論先爆破哪個位置,大規(guī)模爆破振動的破壞作用以及爆破后地壓的轉(zhuǎn)移,將對其他區(qū)域礦柱產(chǎn)生嚴重的影響,為后續(xù)的礦柱回采留下重大的安全隱患。方案三,通過精心設(shè)計和科學(xué)、嚴密的施工組織管理,可以確保在規(guī)定時間內(nèi)完成裝藥、連線工作,按時施爆。一次爆破崩落礦石,處理采空區(qū),將避免因某一處爆破而對其他區(qū)域造成的安全隱患,技術(shù)可靠。綜合上述分析,方案三優(yōu)點突出,因此推薦采用方案三。

2.2 爆破方案

(1)Ⅰ步驟爆破回采區(qū),主要包括3個部分。第1部分:K3-4、K3-5、K4-3、K4-4(西半部分)兩個連續(xù)大空區(qū)的范圍,K3-4礦塊570～610m礦體,K3-5礦塊586～610m礦體及K3-4/5相應(yīng)房間柱;K4-3、K4-4礦塊558～603m分段西半部分礦體;C4(P3～P4)東半段及P4盤間柱K4-4礦塊和C4所對應(yīng)的礦體。第2部分:K2-4頂柱礦段及P2盤間柱的回采,558～603m分段P3盤間柱(K2-4～K2-3),558～603m分段2盤區(qū)及3盤區(qū)西半部分C4房間柱回采。第3部分:K3-2、K3-3礦塊;P3盤間柱C3以北部分礦體,P4盤間柱K3-3礦塊對應(yīng)區(qū)域;3盤區(qū)C3房間柱及C4房間柱西半部分礦體。

(2)Ⅱ步驟爆破回采區(qū):558～603m分段29#、30#鑿巖天井控制的K4-1礦塊及41#、42#鑿巖天井控制的K4-2礦塊;40#鑿巖天井、加40#鑿巖天井控制的K4-3、K4-4礦塊558～603m東半部分礦體;P4盤間柱K4-1、K4-2礦塊及C2、C3對應(yīng)的區(qū)域;4盤區(qū)C2、C3房間柱。

各鑿巖天井所控制頂板礦體采用QZJ-100B潛孔鉆鑿水平扇形孔以采空區(qū)為自由面爆破,房間、盤間礦柱回采采用YGZ-90鉆上向扇形孔以采空區(qū)和切割槽為自由面爆破。水平孔、上向扇形孔各爆破區(qū)域相對獨立,均以各自的自由面爆破(見圖5、圖6)。

圖5 爆破方案平面

3 爆破設(shè)計與施工

(1)井巷工程主要有鑿巖平巷、鑿巖天井及其硐室、切割槽、切割平巷、切割井以及措施井、措施巷。

(2)根據(jù)礦山實際經(jīng)驗以及爆破漏斗試驗,炸藥單耗q=0.42～0.45kg/t。采用YGZ-90鉆機施工上向扇形炮孔,直徑d=60mm,抵抗線(排距)W=1.2m,炮孔最大孔底距a=2.0～2.6m,孔深8～15m。采用QZJ-100B型潛孔鉆機施工水平炮孔,直徑d=110mm,抵抗線W=2.0～2.2m,炮孔最大孔底距a=3.2～3.5m,孔深15～40m。

圖6 爆破方案剖面

(3)炮孔總量:304972m。其中:Φ60mm鉆孔186248m;Φ110mm鉆孔118724m。

(4)Ⅰ步驟爆破回采區(qū),爆破設(shè)計炸藥總消耗量821291kg,雷管19045發(fā),崩礦量188.6萬t;Ⅱ步驟爆破回采區(qū),爆破設(shè)計炸藥總消耗量465506 kg,雷管9273發(fā),崩礦量108.7萬t。

(5)水平扇形孔,按照每排炮孔一段雷管的原則,從下往上依次爆破,采用澳瑞凱雙雷管,孔內(nèi)全長敷設(shè)導(dǎo)爆索;上向扇形中深孔,558～603各分段,下分段超前上分段1～2段爆破,即上下分段微差間隔時間為25～50ms。采用導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆管微差雷管復(fù)式起爆系統(tǒng)?？字谢蚩椎讍卫坠堋GZ-90鉆炮孔前排及靠近切割槽的前后兩排孔內(nèi)需全長敷設(shè)導(dǎo)爆索起爆。

(6)爆破危害控制。井下大規(guī)模爆破產(chǎn)生的有害效應(yīng)主要有:爆破震動、爆破空氣沖擊波、爆破有毒氣體。

為降低爆破震動影響,合理地分布了各段別雷管炸藥量,盡量減少同段起爆藥量。采用爆破質(zhì)點振動速度公式計算驗證爆破附近各建筑物質(zhì)點振動速度,重要建筑物及工程均為安全。

井下爆破空氣沖擊波超壓計算結(jié)果表明:爆破的空氣沖擊波超壓均會對爆破區(qū)100m范圍內(nèi)的工程及設(shè)施造成一定危害。設(shè)計在主要巷道建阻波墻、采空區(qū)預(yù)留緩沖墊層等措施控制,減小爆破空氣沖擊波超壓,保護敏感設(shè)備設(shè)施。

爆破后井下加強通風(fēng),在出礦運輸巷及出礦穿,根據(jù)需要安裝局扇,對空區(qū)強制吹風(fēng),使有毒氣體低于安全規(guī)程規(guī)定的最大允許濃度,在井下巷道空氣質(zhì)量檢驗合格后,方可進行工作。

(7)在爆破工程施工過程中,針對爆區(qū)周圍進行了大量地壓控制技術(shù)工作,建立了聲發(fā)射監(jiān)測、微震監(jiān)測等礦山地壓監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng),確保了項目實施過程的安全可靠。

(8)在充分總結(jié)以往大規(guī)模爆破成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,對爆破施工組織進行了更嚴謹、更細致、更周密的設(shè)計和安排。兩次爆破分別在6d和3d內(nèi)完成裝藥、聯(lián)線作業(yè),順利實施爆破。

4 爆破效果與體會

爆后檢查,爆區(qū)無拒爆現(xiàn)象,爆破崩落礦石塊度好,大塊率低,成功處理了該區(qū)域空區(qū)存在的安全隱患。微震監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果表明,爆破后30min內(nèi),有大量的事件數(shù),30min后則事件數(shù)急劇下降,爆區(qū)周邊范圍趨于穩(wěn)定。爆破地震效應(yīng)檢測結(jié)果表明,各重要建筑物及工程附近振速均小于允許最低標(biāo)準(zhǔn),達到了預(yù)期的爆破效果。此次特大規(guī)模爆破實踐的體會如下:

(1)大規(guī)模爆破一次性同步進行礦柱回采與空區(qū)處理的回采區(qū),各爆區(qū)為獨立的回采單元,爆破抵抗線方向各異,崩落礦石相互擠壓、碰撞破碎,各爆區(qū)形成的爆破空氣沖擊波、爆破震動波相互抵消衰減;

(2)爆破方案、施工組織應(yīng)精心設(shè)計、周密的部署,并嚴格按照設(shè)計進行,防止安全事故;

(3)爆破采用的技術(shù)合理、有效、綜合成本較低、效果顯著,可在類似工程中推廣使用。

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2012-03-22)

歐任澤(1982-),男,湖南郴州人,工程師,主要從事采礦工藝和爆破技術(shù)研究、設(shè)計工作。