龔士朋 陳豐金 馮君元

(兗州中材建設(shè)有限公司)

巖溶是碳酸鹽巖在水的作用下形成的各種地形、地質(zhì)結(jié)構(gòu)的總稱［1］。在礦山開采中，石灰石作為碳酸鹽巖的一種，其巖溶構(gòu)造及發(fā)育的程度極大地影響其開采難度和開采成本。對巖溶發(fā)育情況下的石灰石的開采進(jìn)行針對性的科學(xué)研究，解決制約礦山正常生產(chǎn)過程中的主要技術(shù)問題，對保障礦山生產(chǎn)安全、提高礦山經(jīng)濟(jì)效益具有極為重要的意義［2］。本課題依據(jù)四川國大水泥廠烏龍洞礦山實(shí)際工作中鉆孔爆破的施工經(jīng)驗(yàn)及取得的成果，研究在巖溶發(fā)育情況下石灰石礦山的鉆孔爆破技術(shù)。

1 巖溶發(fā)育石灰石礦山開采問題

在石灰石礦山開采中，經(jīng)常遇到的巖溶類型地表以上的為溶穴或稱溶蝕漏斗(如圖1所示)，地表以下的為溶洞。一般情況下，地表下的溶洞必與地表上的溶穴相連，而溶洞又在地下沿灰?guī)r的節(jié)理面或裂隙面延伸。精確定位所有溶洞的位置、走向和深度是困難的，需要花費(fèi)大量的時間和成本，這對于追求經(jīng)濟(jì)效益的礦山開采是不現(xiàn)實(shí)的［3-4］。但是，溶洞的存在不可避免地對鉆孔爆破施工帶來巨大的影響，主要表現(xiàn)為:

圖1 溶穴

(1)可能會造成卡鉆，影響鉆機(jī)的鉆孔效率，或者造成鉆桿、沖擊器、鉆頭等的脫落。由于1個沖擊器的成本近萬元，加上鉆頭和鉆桿，如果被卡死取不出來會造成很大的財產(chǎn)損失［5］，因此在巖溶發(fā)育地區(qū)的鉆孔作業(yè)一定要堅(jiān)持“小心操作，防止卡鉆，力排故障，避免浪費(fèi)”的原則。

(2)裝藥時炸藥可能會漏入溶洞內(nèi)，給裝藥帶來困難，導(dǎo)致炸藥不能沿鉆孔正常上升，使藥柱重心下降或上移，影響爆破效果，而且還會造成炸藥浪費(fèi)。

(3)由于溶洞的存在，改變了最小抵抗線。如果溶洞距離自由面較近，可能造成爆炸能量向此方向集中，導(dǎo)致“沖炮”，形成重大的安全隱患。如果藥柱中心與溶洞間的距離小于與自由面間的距離，可能造成能量泄露至溶洞內(nèi)，導(dǎo)致爆后巖石的破碎效果不理想［6］。

針對以上情況，在礦山開采實(shí)踐中應(yīng)采取各項(xiàng)技術(shù)措施，以消除溶洞的存在產(chǎn)生的不利影響，取得較好的爆破效果。

2 鉆孔技術(shù)研究

2.1 鉆機(jī)選型

在巖溶地質(zhì)條件下，由于溶洞、裂隙和夾層的存在，特別容易出現(xiàn)鉆桿被卡住的現(xiàn)象，嚴(yán)重時鉆桿、鉆頭及沖擊器會脫落報廢。因此可以選擇風(fēng)壓高、鉆頭直徑小的潛孔鉆機(jī)，這樣可以盡量增加鉆桿的扭矩，減少卡鉆現(xiàn)象。在國大水泥廠烏龍洞礦山生產(chǎn)中，曾使用?140 mm的鉆頭，經(jīng)常發(fā)生鉆頭被卡住報廢的現(xiàn)象，在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后，采用 ?115 mm的鉆頭，卡鉆現(xiàn)象大大減小。

2.2 鉆孔角度

宜采用垂直鉆孔，如果采用傾斜孔，鉆頭鉆進(jìn)時遇到巖石阻力會產(chǎn)生向上的漂移，使鉆桿不在一條直線上，在穿過溶洞時會產(chǎn)生較大的錯位，增加鉆桿的旋轉(zhuǎn)阻力，造成卡鉆現(xiàn)象。

2.3 鉆孔方案

(1)布孔時要嚴(yán)格按照設(shè)計的孔網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行。宜采用三角形布孔方式，個別孔位如果正好處于出露于地表的溶洞口，應(yīng)在距洞口邊緣1 m左右的位置布設(shè)，以避開溶洞。

(2)要控制鉆桿的垂直度，在鉆孔作業(yè)中最簡單有效的方法是將地質(zhì)羅盤儀平靠在鉆桿上，緩緩調(diào)整鉆桿角度，使羅盤指針指示90°。

(3)在鉆孔過程中，如果遇到鉆桿突然下沉、送風(fēng)壓力突然下降、孔口不出灰塵或空壓機(jī)轉(zhuǎn)速急劇升高等情況，說明可能遇到了溶洞。鉆機(jī)操作手，可根據(jù)鉆桿下沉的深度和風(fēng)壓的變化情況，大體確定溶洞的大小和位置。

(4)如果溶洞距離地表較淺，可以拔出鉆桿，挪動鉆機(jī)，在原孔附近1～2 m的范圍內(nèi)更改位置重新試鉆;如果在較深處遇到溶洞，可采用在送風(fēng)的同時反復(fù)提拉鉆桿的方法，把巖粉吹入洞腔。同時溶洞內(nèi)壁經(jīng)過鉆頭的反復(fù)沖擊也將變得光滑而易于鉆桿通過。

(5)如果鉆頭被卡住，嚴(yán)禁反向轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，以防止鉆頭脫落掉入溶洞。正確的做法是同時急速扳動旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和提升馬達(dá)的控制手柄，突然加力以克服破裂圍巖對鉆頭的夾制阻力，使鉆桿在旋轉(zhuǎn)中緩慢上升。重復(fù)以上操作，一般情況下，都能排除卡鉆故障。

(6)如果遇到鉆頭被卡死，經(jīng)反復(fù)提拉后仍無活動跡象的情況，可以拆掉地面以上的鉆桿，另外裝上沖擊器和鉆頭，緊貼鉆孔邊緣按相同的角度鉆一新孔，直至被卡鉆頭附近，然后重新接上原來的鉆桿，按上述第(5)條的方法操作。其原理是，新孔減小了圍巖對原孔的夾制阻力，增加了被卡鉆頭的轉(zhuǎn)動自由度，因而易于將其拔出。

(7)鉆機(jī)操作人員在鉆孔的同時要做好鉆孔標(biāo)識牌放在孔口，標(biāo)識牌上要詳盡記錄該鉆孔的情況，如鉆孔的深度，有無溶洞，溶洞的位置、長度，有無泥土充填等，便于爆破作業(yè)人員在裝藥時采取相應(yīng)措施。

3 爆破技術(shù)研究

3.1 孔網(wǎng)參數(shù)

巖溶地質(zhì)條件下巖石的裂隙往往比較發(fā)育，再加上溶洞的存在使實(shí)際需要爆破的巖石減少，可以用較少的炸藥爆破較大的礦巖體積。因此，可以選用較小的炸藥單耗或采用較大的孔排距。

3.2 裝藥方案

宜采用間隔裝藥，由于巖溶的作用，常常造成裝藥時炸藥不能在鉆孔內(nèi)均勻分布，使得爆破能量分布不均勻，在爆破后，有的位置巖石過度破碎，有的位置巖石塊度又過大。通過間隔裝藥，在經(jīng)過或接近溶洞的位置不裝藥，而在沒有溶洞影響的位置連續(xù)裝藥，使炸藥能量最大限度地作用于被爆巖石上，能較好地提高爆破效果。裝藥時注意以下事項(xiàng)。

(1)在開始裝藥作業(yè)之前作好準(zhǔn)備工作，除了按設(shè)計要求準(zhǔn)備好炸藥、雷管以外，還要準(zhǔn)備好必要的處理溶洞所需的用具，如吊繩、PVC管、皮尺或測量繩等。

(2)裝藥人員在裝藥前首先應(yīng)該仔細(xì)觀看鉆孔標(biāo)識牌，了解將要裝填鉆孔的詳細(xì)情況，用測量繩或皮尺檢查炮孔是否與標(biāo)識牌上的內(nèi)容相同。

(3)當(dāng)溶洞位于鉆孔的底部時，可以將一節(jié)長1.5～2.0 m、一端封口的PVC管，在另一端的管壁上對稱的拴上吊繩，使封口的一端朝下，用吊繩吊住PVC管緩慢下放，同時用測量繩或皮尺測量下放的深度，當(dāng)封口端位于溶洞的上邊緣時停止下放，在孔口處固定住吊繩，使溶洞的上部開口被堵住，如圖2所示。這時再將粉狀乳化炸藥緩慢倒入鉆孔，即可避免炸藥流入溶洞內(nèi)而造成漏藥，從而防止炸藥不能沿鉆孔上升的現(xiàn)象產(chǎn)生。

圖2 溶洞位于鉆孔底部時PVC管的使用

(4)當(dāng)溶洞位于鉆孔的裝藥段時，可以先將溶洞下部的炮孔裝好炸藥，再將一節(jié)PVC管放入孔內(nèi)，此時要注意PVC管的長度一定要大于溶洞垂直方向的長度，這樣才能保證PVC管在孔內(nèi)保持直立，起到連通被溶洞隔斷的鉆孔的作用。如果溶洞上下壁之間的長度L小于1.0 m，可以繼續(xù)在管內(nèi)連續(xù)裝藥，如圖3所示;如果溶洞上下壁之間的長度L大于或等于1.0 m，為了防止炸藥爆炸時向較大的溶洞空腔內(nèi)大量泄能，造成浪費(fèi)，可以在管內(nèi)裝入巖粉或者直接用兩端封口的PVC管隔斷炮孔［7］，當(dāng)通過溶洞后再裝入炸藥，如圖4所示，這種裝藥結(jié)構(gòu)相當(dāng)于間隔裝藥，被間隔開的兩段藥柱需分別放入起爆藥包，防止因裝藥不連續(xù)而產(chǎn)生拒爆。

圖3 溶洞位于裝藥段且L＜1.0 m時PVC管的使用

圖4 溶洞位于裝藥段且L≥1.0 m時PVC管的使用

(5)當(dāng)溶洞位于填塞段時，對裝藥基本上不產(chǎn)生影響，但是如果溶洞的空腔過大則對炮孔的填塞會造成影響，可能出現(xiàn)放入大量填充材料炮孔依舊填不滿的現(xiàn)象，這時也可以考慮使用PVC管穿過溶洞，再用填充材料堵塞炮孔。同時為了防止因溶洞的影響使填塞段的約束作用減弱，應(yīng)在炮孔的頂部添加覆蓋物，以防止沖炮。

(6)在沒有PVC管的情況下，在裝藥段也可以把?90 mm乳化藥卷一節(jié)接一節(jié)的串連起來綁牢、固定在吊繩上，然后把藥串緩慢送入炮孔內(nèi)穿過溶洞，吊繩的上端固定在孔口附近，形成連續(xù)不耦合裝藥結(jié)構(gòu)［8］。為了消除間隙效應(yīng)，應(yīng)注意在連續(xù)藥柱中布置2個或多個起爆藥包，以防止長柱裝藥在與孔壁存在間隙的情況下發(fā)生傳爆中斷而引起拒爆的現(xiàn)象，如圖5所示。

圖5 無PVC管時串連藥卷的使用

(7)當(dāng)溶洞或夾層中充填有泥土?xí)r，鉆孔在通過泥土后直徑變小，孔壁也變得不光滑，這種情況下如果裝入乳化藥卷可能會因摩擦力增大而卡在炮孔中造成堵孔。如果位置較深，往往因?yàn)榕跅U的長度不夠而難以處理。這種情況下應(yīng)避免在炮孔內(nèi)裝入卷藥，而應(yīng)該緩慢地往炮孔內(nèi)倒入粉狀炸藥，并隨時用測量繩或皮尺檢查炸藥上升的高度，以確保裝藥順利通過溶洞或夾層。

3.3 起爆方式

宜采用孔內(nèi)高段位、孔外低段位接力的導(dǎo)爆管聯(lián)線方式，孔內(nèi)雷管的延期時間應(yīng)大于或等于孔外傳爆雷管接力時間之和，這樣可有效避免由于2個炮孔之間因?yàn)橛腥芏椿蛄严敦炌ǘ鹫ㄋ幯潮瑥亩苊猱a(chǎn)生大面積拒爆的現(xiàn)象。在實(shí)踐中采用逐孔起爆的方式，孔內(nèi)用MS10導(dǎo)爆管雷管，孔外用MS2導(dǎo)爆雷管逐孔接力起爆，即使因?yàn)槿芏椿蛄严栋l(fā)生炸藥殉爆，也只是臨近炮孔的起爆順序發(fā)生紊亂，避免出現(xiàn)跳段或發(fā)生大面積拒爆的現(xiàn)象［9］。

4 結(jié)論

在巖溶發(fā)育地區(qū)進(jìn)行鉆孔爆破作業(yè)是一項(xiàng)困難而繁鎖的工作，并且具有相當(dāng)高的危險性，操作不當(dāng)或麻痹大意都可能帶來嚴(yán)重的后果，造成重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。自2009年8月國大水泥廠投產(chǎn)以來，在該礦山的開采過程中不斷探索總結(jié)，經(jīng)過多次的試驗(yàn)調(diào)整，最終摸索出一套科學(xué)實(shí)用的鉆孔爆破技術(shù)，確定了空氣間隔裝藥、孔外毫秒延時微差分段、電雷管與導(dǎo)爆管雷管混聯(lián)的爆破方法，有效克服了溶洞和裂隙對爆破效果的影響，減小了爆后巖石的大塊率，減少了根底，提高了鏟裝效率。

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