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        深孔爆破技術(shù)在巖巷硬巖弱化中的應(yīng)用及效果

        2022-10-21 04:44:48
        世界有色金屬 2022年15期
        關(guān)鍵詞:炮泥封孔弱化

        方 義

        (安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局327地質(zhì)隊,安徽 合肥 230011)

        我國地下礦山開采最早采用爆破的方式進行開,施工中常見亂打眼、少打眼、多裝藥、亂放炮等現(xiàn)象,造成炮眼利用率低,巖石拋擲遠,爆堆不集中,周邊超挖量大,圍巖松動破壞嚴重等問題,不僅影響了巷道掘進的速度,增加了出矸量和支護材料消耗,也降低了巷道穩(wěn)定性和安全性。

        目前常用綜合機械化掘進,主要是以掘進機械代替炮采進行開挖。但煤層在漫長的地質(zhì)演變后,含有很多巖石斷層。當(dāng)巖石強度較低時,掘進機械可以直接破碎,但是對于堅硬巖石,掘進機械效率低,甚至對切割端磨損嚴重。

        因此在掘進中采用掘進機械掘進與深孔爆破相結(jié)合,可以大大減小對圍巖的破壞、增加安全性,并且提高掘進速度、降低成本??梢哉f是一種高效、安全、成本低、作業(yè)環(huán)境好、勞動強度低的巖巷掘進方法。該方法適用于各種巖巷掘進,尤其適用于具有較高硬度的巖石巷道的掘進。經(jīng)實踐表明,當(dāng)巖石硬度大于8時,掘進機掘進速度慢,且磨損嚴重。當(dāng)采用深孔松動爆破后,巖石弱化程度良好,機械掘進速度加快。本文結(jié)合某次爆破施工,采用深孔松動爆破,通過合理設(shè)置爆破參數(shù),使爆破對象成為裂隙發(fā)育體,達到巷道工作面巖體弱化松動的目的。該方法通過裝藥結(jié)構(gòu)、裝藥量的設(shè)計使得爆破能量比較合理的分布在整個孔深范圍內(nèi),減少爆破對圍巖的破壞作用,確保支護設(shè)備不受爆破拋擲巖石的擊打而損壞。通過窺視孔窺視以及現(xiàn)場觀察,弱化效果良好,大大提高了掘進機械的施工速度,達到預(yù)期爆破的效果,為同類施工提供參考。

        1 深孔爆破弱化硬巖機理

        爆破理論認為,埋入無限巖石的炸藥爆炸后,在巖石中形成以裝藥為中心的由近及遠的不同破壞區(qū)域,依次稱為壓裂區(qū)、裂隙區(qū)和彈性振動區(qū)[1]。炸藥在炮孔中爆炸時,產(chǎn)生的沖擊波作用于周圍介質(zhì)上,其產(chǎn)生的壓應(yīng)力強度遠遠高于周圍介質(zhì)的極限抗壓強度,造成周圍介質(zhì)過度粉碎,形成壓裂區(qū)。沖擊波在介質(zhì)內(nèi)部以應(yīng)力波形式傳播,產(chǎn)生徑向壓塑和切向拉伸,形成裂隙區(qū)。當(dāng)應(yīng)力波繼續(xù)向前傳播,衰減到不足以使介質(zhì)產(chǎn)生破壞,只能產(chǎn)生震動,則形成彈性振動區(qū)。

        圖1 炮孔周圍裂隙擴展圖

        深孔爆破的目的是增加巖體中的裂隙長度和范圍,以降低巖體的強度。因此,不僅要求在相鄰的孔間連線方向上形成貫通裂縫,而且要求在其他方向盡可能多的產(chǎn)生裂隙,使巖體形成以炮孔為中心相互連通的裂隙網(wǎng)。

        深孔爆破在巖巷硬巖中產(chǎn)生的壓裂區(qū)和裂紋貫穿的裂隙區(qū),有效降低巖體強度,保證掘進機械能夠高效的作業(yè)。

        2 工程實踐

        2.1 爆破方案的設(shè)計與工藝

        2.1.1 爆破參數(shù)

        在某水平軌道大巷中,巖石為細砂巖,硬度f=8~9,斷面底寬5500mm,高4150mm,上部為半圓形。

        由理論分析可知,爆破孔徑越大,裝藥量越多,爆破能量越大,越有利于裂隙的形成和發(fā)展。但根據(jù)類似礦井的經(jīng)驗,隨著爆破孔徑的增大,裂隙的增長幅度隨著爆破孔孔徑的增大而減小,說明單純增大爆破孔徑來增加弱化效果是有限的,故本次采用直徑90的孔,采用全斷面爆破,布置5個孔,鉆孔深度25m,直徑90mm,封孔9m,裝藥16m。5個鉆孔均作為爆破孔,平行巷道軸線方向鉆進。

        當(dāng)巖體條件一定時,孔間距的大小應(yīng)與孔徑相匹配,在一個合適的范圍內(nèi),有利于裂隙的形成和發(fā)展,根據(jù)經(jīng)驗,設(shè)計孔距為1.3m,上部兩個孔,下部三個孔,編號分別為1#至5#[2]。

        使用炸藥為水膠炸藥,爆速3800m/s,裝藥密度為1100kg/m3。

        5個孔一次性起爆,為減小爆破對圍巖的震動,孔間分別用1、2、3三個段別起爆。封孔長度大于9m。具體見表1。

        表1 裝藥參數(shù)表

        2.1.2 爆破操作的注意事項[3]

        (1)打鉆:準確確定鉆孔的位置,鉆孔確保直、齊、平??状蚝煤?,要求孔內(nèi)粉渣必須完全排出;避免出現(xiàn)下山孔及孔內(nèi)出現(xiàn)臺階,致使無法裝藥。當(dāng)鉆桿撥后,用探孔管探孔驗正孔深,以確定裝藥的長度。

        (2)裝藥方式:每個炮孔裝藥用兩發(fā)電雷管分別用放炮母線引出孔外。裝藥采用正向裝藥方式。炮頭的加工是將雷管腳線剪掉只留15cm長接膠質(zhì)線,其接頭用絕緣膠布裹緊,防止斷路和短路。

        (3)裝藥注意事項:在裝藥最前端用11號鐵絲把藥管固定住,以便卡藥時能順利拉出。裝藥前要對雷管進行導(dǎo)通檢查,保證導(dǎo)通電阻符合要求,封孔后再對雷管進行導(dǎo)通檢查。

        (4)封孔方式:一遍裝藥完畢,隨即采用專用封孔器封孔,封堵要緊,防止穿孔。采用專用炮泥和專用封孔器封孔。封孔時,先對每個炮孔進行潤濕,以提高炮泥與孔內(nèi)壁之間的粘結(jié)力。炮泥用人工加適量的水以提高炮泥的粘性。用封孔管送入炮孔進行封泥,人工退封孔管要把握住退管的速度,以便封炮泥的牢固性。

        (5)起爆方式:為確保每個起爆點可靠起爆,防止孔內(nèi)雷管的短路或斷路,孔內(nèi)的起爆藥包各用兩發(fā)同段雷管分別用膠質(zhì)線引出孔外,在檢杳各起爆網(wǎng)路導(dǎo)通時,孔外全部采用串聯(lián)電起爆網(wǎng)路。

        (6)放炮方法:按地下礦井深孔爆破有關(guān)安全規(guī)程放炮。

        (7)放炮20分鐘后,進行安全檢查。

        2.2 窺視孔設(shè)計與實施

        為觀察本次爆破對硬巖的弱化程度及范圍,從旁邊巷道鉆6#孔穿過1#孔上方,作為觀察1#孔的窺視孔。窺視孔位置如圖2。

        圖2 水平巷道深孔爆破鉆孔布置圖

        圖3 窺視孔鉆孔位置圖

        爆破前對6號孔通過巖層窺視儀進行了觀測。6#孔11米位置圖片如下:

        圖4 爆破前6號孔窺視圖

        爆破后,現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)有炮煙從6號孔溢出,說明1號孔爆破所產(chǎn)生的裂隙已與6號孔相連通。通過巖層窺視儀對6號孔進行窺視,當(dāng)鏡頭深入11.5m時,孔壁破碎,并有大量矸石,無法再進一步測量。

        圖5 爆破后6號孔窺視圖

        3 施工結(jié)果

        通過現(xiàn)場觀察,爆破鉆孔周邊0.5m~0.7m范圍內(nèi)巖石均已破碎,人工即可使巖石脫落。炮孔周邊巖石被震酥,遇水后呈泥砂混合狀。

        通過對窺視孔6#孔進行窺視,孔口前段孔壁保持完整狀態(tài)。從10.5米開始,發(fā)現(xiàn)碎屑及裂痕,到11.5米位置,孔內(nèi)塌落巖塊過多,鏡頭無法進入。通過現(xiàn)場6#鉆孔位置關(guān)系判斷,6#孔11.5m位置其下部正對應(yīng)1號鉆孔,距1#孔約1.7m,故判斷1號孔爆破松動范圍達1.7m。

        通過在大巷掘進期間對其進行現(xiàn)場觀測,巷道出現(xiàn)卡釬現(xiàn)象,推測1#孔爆破松動半徑在1.5m~2.5m之間。

        4 結(jié)論

        深孔爆破參數(shù)合理時,其單孔裝藥直徑大,單位長度的裝藥量大,爆炸產(chǎn)生沖擊波和爆生氣體共同作用的巖石上,巖石的裂紋迅速擴展,部分巖石松動破碎,使巖石的整體性降低,大大提高掘進機械的破巖速度。

        通過該次深孔爆破,對于f=8的巖石,爆破松動半徑為1.5m~2.5m之間,在該范圍內(nèi)巖石弱化效果較好。

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