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        電子雷管在礦柱回收大爆破中的應(yīng)用

        2014-05-30 03:20:20葉光祥解聯(lián)庫(kù)郭利杰史曉鵬
        中國(guó)礦業(yè) 2014年2期
        關(guān)鍵詞:頂柱微差礦柱

        葉光祥,解聯(lián)庫(kù),郭利杰,史曉鵬,王 賀

        (北京礦冶研究總院,北京100160)

        隨著工業(yè)社會(huì)的發(fā)展,礦產(chǎn)資源消耗不斷增大,礦產(chǎn)資源越來(lái)越缺乏,殘礦資源回收的重要性、緊迫性逐漸得到大家的認(rèn)同[1]。然而不可否認(rèn)的是,殘礦資源的回收往往面臨著回采技術(shù)復(fù)雜,安全條件差等問(wèn)題,特別是利用崩落法處理采空區(qū)時(shí),礦柱回收往往需要一次崩落大量礦石,這使得殘礦回采爆破作業(yè)時(shí)控制爆破振動(dòng)效應(yīng)成為突出問(wèn)題。由于礦房頂柱往往是薄板形狀,一般的回收方式是在礦體的上、下盤(pán)或兩旁間柱開(kāi)挖鑿巖巷道,鑿平行中深孔或扇形孔,進(jìn)行中深孔爆破。中深孔爆破的爆破規(guī)模較一般淺孔爆破大,需對(duì)其爆破振動(dòng)等危害進(jìn)行嚴(yán)格控制。

        中深孔大爆破一般采用毫秒微差起爆來(lái)控制爆破振動(dòng)危害,現(xiàn)階段,毫秒微差爆破主要是通過(guò)孔內(nèi)微差、孔外微差或者兩者共同作用實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的毫秒延期雷管通常依靠化學(xué)延期藥的穩(wěn)定燃燒實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能,其延時(shí)精度較低且缺乏穩(wěn)定性,往往無(wú)法滿足復(fù)雜環(huán)境下精細(xì)爆破技術(shù)的要求[1]。此外,普通毫秒延期雷管高段位的缺乏往往成為制約大爆破進(jìn)行的最大問(wèn)題,對(duì)于電子雷管而言,其延時(shí)可控,無(wú)形中增加了雷管段數(shù),使得問(wèn)題迎刃而解。電子雷管以其延時(shí)精確性、靈活性,使得復(fù)雜環(huán)境下精細(xì)化微差爆破得以實(shí)現(xiàn)。

        本文結(jié)合某礦山礦房頂柱回收,探討電子雷管起爆技術(shù)及其在復(fù)雜環(huán)境下中深孔微差爆破中的應(yīng)用,結(jié)合爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果,分析電子雷管在微差爆破中控制爆破振動(dòng)的優(yōu)勢(shì)。

        1 電子雷管簡(jiǎn)介

        電子雷管利用可以精確延時(shí)的電子元件代替普通電雷管中的延期藥,具有延期高精度與延期靈活等特點(diǎn)[2-4]。在電子延期藥的基礎(chǔ)上,電子雷管還添加了一些提高使用方便靈活性的現(xiàn)場(chǎng)編程功能、提高雷管可靠性的在線檢測(cè)功能和防靜電、防輻射等安全保護(hù)措施。

        電子雷管技術(shù)的研究工作始于20世紀(jì)80年代,80年代中后期開(kāi)始進(jìn)入起爆器材市場(chǎng),但總體水平還處于研究開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)階段。20世紀(jì)90年代電子雷管及其起爆系統(tǒng)取得了快速的發(fā)展,電子雷管技術(shù)正逐步趨于成熟和爆破工程實(shí)用化階段。

        與普通毫秒延期電雷管相比,數(shù)碼電子雷管高精度延時(shí)主要體現(xiàn)在電子元件延時(shí)。首先,數(shù)碼電子雷管采用電子元件延時(shí),延期精度與延期時(shí)間遠(yuǎn)高于普通電子雷管,其延時(shí)精度一般小于±0.2ms。延時(shí)時(shí)間可在0~16000ms之間任意選?。?];其次,電子雷管起爆系統(tǒng)在起爆前可任意設(shè)置炮孔延時(shí)時(shí)間,這就無(wú)形中增加了雷管段數(shù),提高了爆破方案設(shè)計(jì)的靈活性;最后,電子雷管起爆系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)組網(wǎng)中所有延時(shí)均通過(guò)孔內(nèi)雷管實(shí)現(xiàn),無(wú)需復(fù)雜的地表延時(shí),簡(jiǎn)化了爆破網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì),提高了爆破延時(shí)精度和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全[6]。

        2 礦柱回采爆破設(shè)計(jì)方案

        2.1 工程概況

        某鉛鋅礦是以鉛、鋅為主的矽卡巖型多金屬礦床,礦山自建礦以來(lái)采用無(wú)底柱留礦法開(kāi)采,四中段以上留有大量間柱和頂柱。其中僅三中段和四中段殘留礦柱礦量達(dá)273.54萬(wàn)t。為保證礦山資源最大程度的回收利用,礦區(qū)采用分區(qū)域整體崩落回收四中段以上礦柱。

        2.2 開(kāi)采技術(shù)條件

        礦體平均走向北東59°,傾向北西,傾角70~85°,屬于急傾斜礦體。礦體呈似層狀,平均厚度28m。礦巖堅(jiān)硬,f=10~16,礦石體重3.6t/m3,巖石體重2.7t/m3,礦巖松散系數(shù)1.6,自然安息角39°,水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單,有利于開(kāi)采。礦體下盤(pán)分布有矽質(zhì)板巖、板巖、大理巖;礦體賦存在矽卡巖帶之中,礦體的直接圍巖為矽卡巖。礦體中夾石有板巖、大理巖和矽卡巖。

        試驗(yàn)礦柱4104頂柱上部為3205采空區(qū),空區(qū)充滿礦石和廢石,直接與地表貫通。4104間柱下部10m已回采,四周為上盤(pán)切割槽、4103采空區(qū)和4104采空區(qū),間柱底部及4103采空區(qū)充滿礦石,4104間柱僅與上部頂柱及下盤(pán)圍巖相連接。試驗(yàn)礦柱實(shí)際位置圖如圖1所示。如若分次回收4104頂柱,勢(shì)必造成4104頂柱太薄或處于懸臂梁狀態(tài),爆破裝藥、爆破網(wǎng)絡(luò)連線工作困難,存在極大的安全隱患。因此,決定將4104頂柱一次性回收。

        圖1 試驗(yàn)礦柱實(shí)際位置圖

        2.3 爆破施工方案

        本次設(shè)計(jì)開(kāi)采爆破區(qū)域?yàn)?104空區(qū)頂柱,爆破礦量42882t,爆破總藥量10.826t。采用扇形中深孔孔內(nèi)延時(shí)微差爆破。根據(jù)礦區(qū)前期關(guān)于爆破振動(dòng)效應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果,為降低爆破振動(dòng)效應(yīng),裝藥時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制單段最大裝藥量,單段最大裝藥量不超過(guò)600kg。設(shè)計(jì)雷管分段27段,單段最大藥量560kg。

        在4105間柱內(nèi)開(kāi)挖垂直礦體走向的鑿巖巷道,向4104頂柱布置直徑為90mm的水平及傾斜排面的扇形孔,排距:2.2m,孔底距2.3m。

        炮孔連續(xù)裝藥,孔口堵塞。由于4105間柱及4105間柱上方頂柱在4104空區(qū)頂柱回采完畢后進(jìn)行爆破回收,因此須保留間柱中的鑿巖巷道,以方便間柱與間柱上方頂柱回收時(shí)鑿巖爆破工作。因此炮孔裝藥及堵塞遵循兩大原則:①為保證間柱的基本完整,所有炮孔孔口堵塞長(zhǎng)度不小于7m;②在此基礎(chǔ)上通過(guò)控制孔口距進(jìn)行裝藥。炮孔布置及裝藥如圖2所示。

        根據(jù)前期爆破振動(dòng)測(cè)試分析研究,確定雷管兩兩之間延時(shí)時(shí)間為25~50ms為宜,為后續(xù)尋求爆破最佳延時(shí)時(shí)間,此次延時(shí)時(shí)間設(shè)置為25ms、30ms、40ms、50ms,總延時(shí)1000ms。爆破時(shí)以4104采空區(qū)及頂柱中部切割槽為補(bǔ)償空間進(jìn)行爆破。4104空區(qū)對(duì)應(yīng)的頂柱每排孔內(nèi)的炮孔爆破順序?yàn)橛上碌缴稀?/p>

        3 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)與分析

        3.1 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)方案

        爆破振動(dòng)的破壞作用是爆破公害中最為重要的問(wèn)題之一。當(dāng)爆破振動(dòng)達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí),在爆源一定范圍內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生各種破壞現(xiàn)象,如建筑物震裂、邊坡滑坡等,帶來(lái)生命與財(cái)產(chǎn)的重大損失。為了對(duì)礦柱回采方案及電子雷管在大爆破中的應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià),須對(duì)本次爆破進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)。

        監(jiān)測(cè)采用成都泰測(cè)科技有限公司生產(chǎn)的Mini-Blast I型爆破測(cè)振儀,該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由傳感器、振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀和微型計(jì)算機(jī)等組成。按照“近密遠(yuǎn)疏,對(duì)數(shù)布置”的監(jiān)測(cè)布點(diǎn)原則,沿礦區(qū)辦公大樓布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)與爆源相對(duì)位置如圖3所示。

        圖2 炮孔布置及裝藥長(zhǎng)度示意圖

        圖3 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)與爆源相對(duì)位置平面圖

        3.2 爆破振動(dòng)減震分析

        《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2003)由國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局于2003年09月12日發(fā)布,2004年05月01日正式實(shí)施。

        地面建筑物的爆破振動(dòng)判據(jù),采用保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度和主振頻率。安全允許標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

        通過(guò)對(duì)礦區(qū)建筑物進(jìn)行調(diào)研,認(rèn)為受保護(hù)對(duì)象為“一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物”。本次爆破共布置6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),各測(cè)點(diǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)如表2所示。其中1#點(diǎn)距離爆源最近,最大振速為0.7607cm/s。在爆破振動(dòng)安全允許范圍內(nèi)。

        微差爆破中降低爆破振動(dòng)的常用方法是減小單段爆破藥量、錯(cuò)開(kāi)爆破振動(dòng)峰值、爆破振動(dòng)波峰與波谷疊加抵消等措施。以1#測(cè)點(diǎn)波形圖為例,對(duì)爆破振動(dòng)控制效果進(jìn)行分析:①?gòu)膱D4中可以發(fā)現(xiàn),振速大于0.6cm/s的爆破有3次,振速大于0.4cm/s的爆破共14次,這說(shuō)明藥量的分段起爆對(duì)于爆破振動(dòng)控制起著關(guān)鍵作用,也就是說(shuō)增加雷管段數(shù)是控制爆破振動(dòng)的有效途徑;②圖4中0.8~1.1s處,各分段爆破振動(dòng)波形完整,即控制合理延時(shí)時(shí)間錯(cuò)開(kāi)爆破振動(dòng)峰值,無(wú)疊加,從而達(dá)到控制爆破振速;③由于各分段雷管延時(shí)時(shí)間的不同,在不同時(shí)間段里(0~0.8s、),爆破振動(dòng)相互干擾,有減弱也有增強(qiáng)。

        表1 爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)(部分)

        表2 4104空區(qū)頂柱爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總表

        圖4 1#測(cè)點(diǎn)波形圖

        4 結(jié)論

        1)電子雷管延時(shí)精確性和靈活性可為毫秒微差控制爆破降振提供有力支持。

        2)殘礦資源的回收往往面臨著回采技術(shù)復(fù)雜、安全條件差等問(wèn)題,特別是利用崩落法處理采空區(qū)時(shí),礦柱回收往往需要一次崩落大量礦石,這就要求我們必須嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)、提高起爆段間時(shí)差精度并延長(zhǎng)起爆時(shí)長(zhǎng)。電子雷管的延時(shí)精確性和靈活性,為解決復(fù)雜環(huán)境下礦柱回收安全問(wèn)題提供了有效技術(shù)手段。

        [1] 王湖鑫,陳何,吳志安,等.赤峰國(guó)維礦多空區(qū)復(fù)雜條件下殘礦資源回采技術(shù)研究[J].中國(guó)礦業(yè),2011,20(3):69-71.

        [2] 高文學(xué),楊軍,肖鵬飛,等.基于精確延期的深孔控制爆破技術(shù)[J].煤炭學(xué)報(bào),2011,36(2):386-390.

        [3] 劉星,徐棟,顏景龍.幾種典型電子雷管簡(jiǎn)介[J].火工品,2003,(4):35-38.

        [4] 劉超,李東濤,歐仙榮,等.電子雷管在紫金山金銅礦的應(yīng)用[J].爆破器材,2012,41(1):35-37.

        [5] 張樂(lè),顏景龍,李風(fēng)國(guó),等.隆芯1號(hào)數(shù)碼電子雷管在露天采礦中的應(yīng)用[J].工程爆破,2010,(4):73-76.

        [6] 趙勇,傅洪賢,謝晉水,等.電子雷管在隧道鉆爆法開(kāi)挖中降振試驗(yàn)研究[J].工程爆破,2012,18(1).82-85.

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