田培江，彭府華（.河源市紫金天鷗礦業(yè)有限公司， 廣東河源市 57463；.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙 400）

深孔爆破增加覆蓋層厚度的研究與應(yīng)用

田培江1，彭府華2
（1.河源市紫金天鷗礦業(yè)有限公司， 廣東河源市 517463；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙 410012）

介紹了無(wú)底柱分段崩落法覆蓋層的重要性及形成方法，結(jié)合下告鐵礦的采礦背景，設(shè)計(jì)出覆蓋層厚度補(bǔ)充的實(shí)現(xiàn)方法。通過對(duì)爆破方案中炮孔的布置、裝藥結(jié)構(gòu)和起爆方式的確定以及爆破安全距離的圈定，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)覆蓋層厚度的補(bǔ)充。

無(wú)底柱分段崩落法；覆蓋層；深孔爆破；爆破方案

0 前 言

無(wú)底柱分段崩落法的一個(gè)關(guān)鍵因素是崩礦過程中覆蓋層的形成。覆蓋層厚度必須滿足：第一，礦石崩落后能夠埋沒在崩落層下，否則不能形成擠壓爆破條件；第二，若發(fā)生大量圍巖突然冒落，保證覆蓋層能夠起到緩沖作用。因此，保證覆蓋層厚度是無(wú)底柱分段崩落法安全進(jìn)行的前提條件。覆蓋層形成的方法有多種：礦體上部已采用空?qǐng)霾傻V法回采，下部采用無(wú)底柱分段崩落法時(shí)，可在采空區(qū)圍巖中布置深孔或洞室，在回采礦柱的同時(shí)，崩落采空區(qū)圍巖，形成覆蓋層；由露天轉(zhuǎn)入地下開采的礦山可以采用藥室或深孔爆破邊坡巖石，形成覆蓋層；圍巖不穩(wěn)定的盲礦體，隨著礦石的回采，圍巖自然崩落形成覆蓋層；新建礦山開采圍巖穩(wěn)固的盲礦體，需要人工強(qiáng)制放頂時(shí)，按形成覆蓋巖層與回采工作先后不同，可分為集中放頂、邊回采邊放頂和先放頂后回采3種。

1 礦山采礦背景

下告鐵礦隸屬河源市紫金天鷗礦業(yè)有限公司，礦區(qū)位于河源市的東南部、紫金縣城的西南部。下告礦區(qū)地形起伏較大，最低高程159.63m，最高高程為北部的帽子棟531.90m，相對(duì)高差372.27m。地形坡度10°～20°，北部地段大于20°，屬低山丘陵地貌。下告鐵礦從2008年底開始投產(chǎn)，開采初期采用空?qǐng)霾傻V法，經(jīng)過前期的采礦后，全礦共有4個(gè)采空區(qū)即6001，6005，6009和6013，且僅有＋47，＋60，＋75m和＋90m四個(gè)水平有采空區(qū)存在，空區(qū)底板標(biāo)高最低為＋46.7m，頂板標(biāo)高為＋107m，凈空區(qū)高度25.8～60.3m，凈空區(qū)總面積為1891 m2，總體積約為8.28萬(wàn)m3。為了適應(yīng)礦山生產(chǎn)的需要，礦山規(guī)劃對(duì)原采礦方法進(jìn)行了改造，＋47m以下由原來(lái)的分段空?qǐng)龇ǜ臑闊o(wú)底柱分段崩落法。近年來(lái)，礦山一方面對(duì)上部空?qǐng)龇ㄩ_采中段的礦柱進(jìn)行了有效的回收開采，同時(shí)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行了必要的處理，為過渡到無(wú)底柱分段崩落法開采形成覆蓋擠壓層。但是，隨著采礦的進(jìn)行，覆蓋層厚度已不能滿足下部安全生產(chǎn)的要求，另外，由于空區(qū)上覆巖層比較穩(wěn)固，暫時(shí)不能大范圍自然崩落形成覆蓋層，因此，需強(qiáng)制崩落圍巖以滿足覆蓋層安全厚度的要求。

2 爆破設(shè)計(jì)與施工

2.1 炮孔布置

本次爆破區(qū)域在3401，3402，3404，3406，3408，3410采場(chǎng)的上盤，崩落區(qū)面積約1320m2，崩落高程為＋38.6～＋61m，高度約為22.4m，崩落巖石約4萬(wàn)t。爆破區(qū)域巖石為大理巖，f≥7～9，體重2.6 t／m3，巖石松散系數(shù)均為1.5。設(shè)計(jì)在＋34m水平的3402和3406采場(chǎng)上盤圍巖中布置2個(gè)鑿巖硐室，布置水平扇形深孔。炮孔布置形式見圖1。

炮孔總數(shù)為138個(gè)，最大孔深47.3m，孔徑105 mm，每米孔裝藥量7.85kg，爆破總裝藥量約19.92 t。第1～9排孔的裝藥量分別約為0.70，3.5，2.25，2.64，2.53，2.24，2.32，1.95，1.76t。

2.2 裝藥結(jié)構(gòu)和起爆方式

該工程深孔爆破采用以硝銨粉狀炸藥為主，硝銨卷筒炸藥為輔的裝藥方式。粉狀炸藥通過BQF－100裝藥器裝入孔內(nèi)，孔口一般留2～15m不裝藥，個(gè)別密集孔的孔口不裝藥長(zhǎng)度適當(dāng)增加。起爆藥卷用帶木塞的輸藥管或頂端帶木塞的塑料管推入孔內(nèi)。穿孔的必須在孔底堵塞。所有孔口都要用炮泥堵塞，堵塞長(zhǎng)度0.5～0.8m。

圖1 炮孔布置

孔內(nèi)采用2根導(dǎo)爆索傳爆，2根導(dǎo)爆索在粉藥裝填時(shí)隨炸藥一起送入孔底，并伸出孔口0.5m，導(dǎo)爆索引爆采用2發(fā)非電毫秒雷管，分別接入主網(wǎng)絡(luò)，即每2發(fā)非電雷管為一組接入主網(wǎng)絡(luò)共同引爆孔內(nèi)導(dǎo)爆索?？淄獠捎?根塑料導(dǎo)爆管起爆傳爆，2發(fā)非電雷管引爆導(dǎo)爆管。本次爆破以一次分段爆破的方式實(shí)現(xiàn)，共分20段進(jìn)行爆破，在地表警戒區(qū)外用起爆器起爆。

2.3 安全距離與警戒范圍確定

2.3.1 地震波安全距離計(jì)算

式中：R——測(cè)點(diǎn)至爆源的中心距離，m；

K、α——與介質(zhì)、場(chǎng)區(qū)條件等有關(guān)的常數(shù)，參考類似礦山，K取200，α取1.5；

V——質(zhì)點(diǎn)最大允許速度，中等穩(wěn)固巷道取20 cm／s、地表建筑，一般磚房取2.3cm／s，鋼混房屋取3.5cm／s；

Q——同段起爆的最大藥量，本次爆破Q＝1400kg。

計(jì)算結(jié)果為：民房R＝221m；井巷R＝52m。

2.3.2 空氣沖擊波安全距離計(jì)算

由于空間的限制，用相同的藥量爆炸時(shí)，井下的沖擊波要比露天嚴(yán)重得多，而且傳播相當(dāng)復(fù)雜，但目前僅露天爆破有相應(yīng)的參考公式，而井下爆破沒有可依據(jù)的公式，因此本次井下爆破沖擊波安全距離R按以下3個(gè)公式分別進(jìn)行計(jì)算，最后根據(jù)本次爆破情況確定較為合理的安全距離。

根據(jù)對(duì)被保護(hù)對(duì)象允許超壓值計(jì)算：

式中：Ka——安全系數(shù)，取Ka＝1.48；

Pm——允許的安全超壓峰值，根據(jù)爆破安全規(guī)程中空氣沖擊波超壓對(duì)人員的安全允許標(biāo)準(zhǔn)，取Pm＝0.2×105Pa；

a——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取a＝1.55；

Q——一次爆破最大裝藥量。

式中：K——系數(shù)，按爆破作用指數(shù)和被保護(hù)對(duì)象的允許超壓值選取，對(duì)人取7；

Q——毫秒延期時(shí)，為本次爆破總藥量，kg。

各參數(shù)意義同式（2）。

按上面3個(gè)不同公式分別進(jìn)行計(jì)算得到：

根據(jù)爆破區(qū)環(huán)境條件，結(jié)合歷次爆破情況，本次爆破地震波安全距離選取300m，爆破空氣沖擊波安全距離選取800m。

本次爆破后覆蓋層厚度和巖石塊度都基本符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)采空區(qū)上覆巖層也在本次爆破的誘導(dǎo)下開始冒落，為采空區(qū)上覆巖層以后的自然冒落打下基礎(chǔ)，減輕了給井下生產(chǎn)帶來(lái)的安全隱患。圖2為爆破后采空區(qū)上覆巖層冒落。

圖2 地表冒落

3 結(jié) 語(yǔ)

無(wú)底柱分段崩落法在地下采礦中應(yīng)用廣泛，其中覆蓋層厚度是一個(gè)關(guān)鍵因素。結(jié)合下告鐵礦實(shí)際采礦背景，設(shè)計(jì)了利用水平扇形中深孔爆破上盤圍巖來(lái)補(bǔ)充覆蓋層厚度。通過對(duì)炮孔布置方式、炮孔裝藥結(jié)構(gòu)、起爆方式和爆破安全距離圈定的設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)了爆破圍巖對(duì)覆蓋層厚度的補(bǔ)充，爆破后覆蓋層的厚度補(bǔ)充和巖石塊度都能滿足設(shè)計(jì)要求。本次爆破上盤圍巖補(bǔ)充覆蓋層厚度不僅為井下生產(chǎn)提供了安全保證，還帶來(lái)了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］解世俊.金屬礦床地下開采［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1984.

［2］王述紅，寧新亭，等.崩落采礦法覆蓋層合理保有厚度的探討［J］.東北大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，19（5）：459－461.

［3］于潤(rùn)滄.采礦工程師手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1984.

［4］郭進(jìn)平，聶興信.新編爆破工程實(shí)用技術(shù)大全［M］.北京：光明日?qǐng)?bào)出版社，2002.

［5］付占宇，彭府華，等.采空區(qū)上覆巖層穩(wěn)定性聲發(fā)射監(jiān)測(cè)可行性研究［J］.采礦技術(shù)，2011，11（4）：77－79.

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2012－01－16）

田培江（1983－），男，貴州畢節(jié)人，助理工程師，主要從事采礦技術(shù)研究，Email：Tianpeijiang198307＠163.com。