德兴铜矿185m采空区硐室爆破的实践.pdf

{ s C 桐秒 ， 圣 硐 缘承 1 8 5 m采空区硐室爆破的实践 ‘ -／ 德 兴 铜 矿 奎 ￡ 【摘要 】本 文介 绍了在复杂 的地质条件 下． 硐室 爆破设计原则， 参数的确定 和计 算方法， 以 殛如何确保地表建筑物和地下构筑物安全等方面的经验。 关键词硐室爆破设计采空区安全评估 空区处理 H CTI CE oF CH A M B ER BL A S T J G M ED oUT AR EA S L0CATE D ON l 8 5 M LI Ⅳ EL DE X G CoP 嘎 R M I E De x l n g Co p p e r Mi n e LI Y o u r e n 【A B 盯 A c T】T h i s p a p e r in t r o d u c e d t h e p r i n c i p l e o f c h a mb e r b l a s t i n g d e s i g n , pa r a me t e r s s e l e c t i o n a n d c a l c u l a t i o n me t h o d， a s we l l a s e x p e ri e n c e o f h o w t o e r l L 1 r e t he s a f e t y o f b u i l d i n g s i n u n d e 檀f D u n d a n d s u rfa c e u n d er c o rnp l i c a t e d g o g l o g Y c o n d i t i o n ＆ KEY W OR I t Ch a m b e r b l a s t i n g d e s i g n Mi n e d o u t a r e a s S a f e t y a l u a ti o n Mi n e d o u t a F c a t r e a t me n t l 引 言 2 爆区概况 德兴铜矿是一个特大型斑岩铜矿床 ，以 大坞河为界把矿区分成南山和北山。1 9 6 0 年 北山开拓了 1 8 5 m和 1 2 5 m两个地下开采中段， 1 9 8 0 年北山坑采闭坑， 1 9 8 6 年 4月转为露 天开采。由于坑采造成地表崩落，空区周围 形成陷坑．空区内部及周边山脊留下许多大 小不一 、形状各异的残留巷道和隐伏空洞， 给露天开采带来很大的危害。根据矿山发展 和采矿工程推进的需要，必须尽快处理 1 8 5 m 中段采空区，以便修筑北山2 开拓公路。经 现场勘察和技术论证，决定采用硐室曝破方 法处理 1 8 5 m中段坑采遗留下来的采空区。 爆区位于北山坑采 1 8 5 m中段上部， 系一 多面临空 “ H” 型孤立山脊。爆区沿东南 一 西北走向， 长 2 2 0 m ， 宽 1 0 0 ～1 5 0 m不等．东 北侧与采空区塌陷坑相连 ，坡度 4 0 --8 0 。； 西北侧临近观音座莲采区，坡度 3 5 --3 8 。， 南侧紧靠大坞河，坡度 I 8 ～3 6 。，爆破水平 为 1 8 5 m中段 ， 最大段高 6 3 I ll 。 爆区地质条件复杂， 1 8 5 m水平遗留下 许多巷道和隐伏空洞，主要是两条北东向的 进车平窿和出车平窿，一条北西向的盘区平 巷及巷道上部的放矿漏斗和电扒道等，还有 一 些与地表相通的老窿 。 进出车平窿有良好 德兴铜矿 l 8 5 m采空区硐室爆破 的实践李友仁f 邮编 3 3 4 2 2 4 维普资讯 的全断面混凝土支护，厚约 3 0 c m ，断面 3 m 3 ． 3 m ， 盘区平巷每隔 1 0 ～1 5 m有一放矿漏 斗，三个漏斗冒落严重，可见上方电扒道 。 爆区岩石大多为花岗闪长斑岩 ，只有北侧小 部分绢云母千枚岩，临近地表岩石多为已风 化或半风化，深部岩石坚硬且新鲜。爆区节 理裂隙较为发育， 6条断层在爆区内纵横交 错，4 条北西向 F 2 6 ． F 2 7 ， F 2 8 ， F ． 2 条北东 向 F 1 ， F 2 ， 其中 F 2 8断层规模最大，延长 4 0 0余米，走向 N W1 0 --2 0。，倾向 S W，倾 角 8 0 --8 5。．对爆破影响较大。 爆破周围重要的地表建筑物和地下构筑 物较多，西南面约 4 0 0 m处有二期破碎站皮 带走廊支柱， 南侧下部 1 2 0 m处有 1 2 5 m水平 运矿大巷，东南面 2 5 0 m处是桃刀湾修理间， 北东面 4 5 0 m处则是北山调度楼，爆破地形 及环境见图 1 。 图 1 爆区地形及环境 爆区面积为 2 8 1 5 0 m 2 ，爆 破 矿 岩 量 5 2 1 5 0 0 m 3 ，共布置药包 2 5个，其中主药包 1 5个，辅 助 药 包 1 0个，共需混合炸药 2 7 8 ． 8 0【 ，最大药包装药量近 6 4【 ，最小药 包装药量 l 2 5 k g 。 3 爆破设计原则 由于 1 8 5 m采空区地形地质条件复杂 设计难度高于德兴铜矿以往任何一次，必须 确定一套切实可行的设计方法和设计原则。 3 ， 1 爆破类型 的确定 考虑到爆区周围有重要的地表建筑物和 地下构筑物，爆破后爆区内几十万吨矿石必 须采出，同时又要达到空区处理和修筑 2 公 路的需要 。为减少爆破对地表建筑物和地下 构筑物的损害 ，减少矿石的贫化和损失．决 定采用加强松动 一松动型硐室爆破 。 3 ． 2 药包布置原则 1 8 5 m采空区地质条件极其复杂，要取得 较好的爆破效果 ，必须考虑采空区巷道、空 洞及断层对爆破的影响 ，经论证本次硐室爆 破药包布置遵循下列原则 1 遵循常规药包布置原则，先布置重 要的大的药包，再布置次要的小的药包。 2 考虑到空区巷道、空洞及断层的影 响．把巷道、空洞及断层布置在群药包之间， 必要时采用分集药包 。 3 为避免在药包起爆的瞬间爆炸气体 从残留巷道逸出，提高能量利用率，药包要 布置在离巷道、空洞和断层一定距离的位置 上，这个距离不小于该药包的充填长度。 4 对于大药室 W≥2 o m 不以大断 面巷道作为临空面来考虑而确定药包的最小 抵抗线，只考虑起爆瞬问泄气降压对爆破的 影响；对于小药室 w≤1 5 m ， 如辅 7 药室 则以大断面巷道或空洞作临空面来确定最小 抵抗线。典型横断面见图 2 。 近几年，条形药包在露天大爆破中得到 迅速的推广应用，并且取得了很好的爆破效 果。但本次爆破受采空区巷道、空洞和断层 的影响，仍然采用集中药包布置进行硐室爆 破 。 缝． 图 2 典型药包横断面图 标高 1 8 5 m 2一 有乜矿山 I 9 1I F] 增刊 维普资讯 4 爆破参数的确定和计算 针对 1 8 5 m采空区硐室爆破的特点，结 合德兴铜矿历史上的成功 的硐室爆破经验 ， 爆破参数确定和计算如下 4 ． 1 爆破参数的确定 1 单位炸药消耗量 K取 1 ． 0 k g ／ m 2 爆破作用指数 n 依爆破类型和地形 情况选取。加强松动药包 n 0 ． 9 ～1 ． 1 ， 松 动药包 n s 0 ． 6 ～0 ． 8 3 相邻药包间距系数 m 一 般药包 m0 ． 8 ～1 ． 2； 分集药包 m 0 ． 5 ～0 ． 7 ； 4 铵油炸药代用比 D取 9 o 嘶 5 铵油炸药换算系数 自加工炸药 做漏斗试验 e 取 1 ． 1 ； 6 装药密度△ 硝铵炸药拆箱袋装 △ 8 5 0 k g ／ m ； 铵油炸药袋装 △ 8 0 0 k g ／ m ； 当 D9 0 ％时混装 △ 8 0 5 k g ／ 。 4 ． 2 爆破参数的计算 1 爆破作用指数函数 f c n0 ．4十0 ．6 n3 2 爆破作用指数换算 W c 3 ／ n s 而 式中 wr一 加强松动倒最小抵抗线，m； w。 松动侧最小抵抗线， 。 3 药包间距 a 一 般药包a m WI wl W2 ／ 2 分集药包a m W o 式中 w。 集中药包最小抵抗线，m； w． ， w 相邻两药包最小抵抗线 w相邻两药包最小抵抗线平均值 I 4 药量的计算 1 8 5 m中段采空区硐室爆破采用自制的多 孔粒状铵油炸药， 以 9 5 ％的多孔粒状硝铵与 5 ％的0 柴油混合而成， 因此要进行炸药换算。 药室标准炸药量的计算Qo 当w 2 5 m时Q o ⋯ n w 当 w 2 5时 Q 0 k f n W 分集药包Q。 t _ 一 药室硝铵炸药量 Q Q1 1 一D Q o 药室铵油炸药量 Qg , Q2 I Q 0 5 药室体积 V ’ △ 式中 K v 药室扩大系数取 1 ． 3； Q 药室混合装药量，k g ； 4 ． 3平硐与药室 根据药包分布及地形情况，共设计主平 硐8 个，利用采空区残留巷道作主平硐 4 个。 开挖最长平硐6 0 ． 5 m。最短的6 ． 0 m。平硐断 面 I _ 8 m1 ． 5 m ，总计开挖平硐 6 6 2 m， 开挖 药室体积 4 5 6 m 3 。 药室形状设计以长方形或正方形为主， 最小抵抗线大于 3 2 m的大药包，药室形状设 计成十字型。药室宽度不超过 3 m ， 高度不超 过 2 m。 5 起爆网路及起爆体的设计 5 ． 1 起爆体的设计 不同形状的药室，采用不同的起爆体 。 对于十字型药室设计放置～个主起爆体和三 个副起爆体，其他形状药室放置一个主起爆 德兴铜矿 1 8 5 m采空区硐室爆破的宴践李友仁 由 编3 3 4 2 2 4 J 2 一 l 1 维普资讯 体 。 主起爆体是由两套电爆网路和一套导爆 索网路组成的，电曝网路由两发并联雷管分 别插入 M一卜 5 A起爆具两个孔内并与不小 于充填长度的Ol _ 7 6 mm铜芯线相连而成 。 而导爆索网路则由串接 M I 一 5 A起爆具的 导爆索组成。电爆网路和导爆索网路统一装 在一个木箱或纸箱内并周围放适量的硝铵炸 药结实盖好 ，便形成主起爆体 。 副起爆体 由 2发 M I 一5 A起爆具连接 导爆索组成 。 主 、 副起爆体放置见图s 。 口圆 饿曲炸药 硝饿炸药主起爆体蹦起爆蚌 囤3 起爆体放置图 5 ． 2 起爆网路的设计 每个药室采用两套电雷管网路和一套导 爆索网路所组成的复式起爆网路，采取并 一 串 一并起墚方式，即主线上并联东西两大并 联组，进车平窿以西为西大组，共 l 1 个药室， 进车平窿以东为东大组，共 1 4个药室；每个 并联大组则由三个并联小组组成，两个电爆 网路小组和一个导爆索网路小组；而每个并 联小组由其所在区药室串联而成；每套网路 上的每个药室又是由两个电雷管并 联 组 成 的 。 由于东西两大组药室数目不同，线路长 短不一，为使每个电雷管通过的电流相同且 不小于 4 A ， 确保准爆，必须进行电阻平衡， 即用两个并联的雷管在电阻小的网路中串接 ． 使东西两大组电阻相同。起爆电源不采用脉 冲起爆器 ，而是采用 3 8 0 V交流电 。主线采 用截面 1 6 c m 七芯铝线。 5 ． 3 起爆顺序 的设计 爆区内存在许多残留巷道 空洞和断层， 在药包布置时也采取了措施，但为保证较好 的爆破效果和地表建筑物和地下构筑物的安 全，减少爆炸气体的逸出，我们采用华丰产 高精度毫秒电雷管进行微差起爆，控制每段 药量不超过最大药包药量，时问间隔为4 o ～ l 2 0 m s 不等。先起爆临近残留巷道、空洞及 断层附近的药室，待这些空区被岩石堵塞后， 再起爆主药包和远离空区的药室。各段起爆 延时见表 l 。 表 i 起爆延时表 垦 型 竺 竺 延时 ． ms 2 5 I 4 5】 8 5 2 5 0 3 0 0 3 6 0 4 7 0 5 5 0 6 安全评估 为了全面了解硐室爆破对爆区周围重要 的地表建筑物和地下构筑物的危害程度，我 们从爆破地震波对地面建筑物的影响，爆破 空气冲击波对地表建筑物的影响及爆破对 1 2 5 m水平运矿大巷的影响三个方面进行安全 评估 。 6 ． 1 爆破地震波对地表建筑物的影响 根据地震波计算公式 v x 式中口 岩石衰减系数， 德兴铜矿为 I - 3 2 K ． 一 系数，德兴铜矿取 8 9 5； R 一药包几何中心至建筑物的距离， m； Q同段起爆炸药量 ， V 唾 直振动速度，c m ／ s 计算结果见表 2 4 有色矿山 g 8增刊 维普资讯 表 2 地面建筑地震振速表 从表中得知 ，硐室爆破对地表建筑物产 生最大垂直振速；二期支柱为 3 ． 7 2 c m ／ s , 调 度楼 2 ． 9 9 o ra l s , 桃刀湾修理问 8 ． 1 8 cm ／ s 。 根据建筑物稳固判定标准； M ． A萨道斯基 V 1 0 c m ／ s 时， 一般建筑物 安全 ； JD诺思伍德 V 5 ． 0 8 c m ／ s 时， 重要建筑 物安全 ； 韦斯特伯格 V 1 0 ． 9 2 c m ／ s 时 ， 普通砖式 建筑物将开始产生轻微破坏。 我们认为二期支柱和北山调度楼是安全 的。而桃刀湾修理间尽管最大振速达 8 ． I 8 c m ／ s , 但由于处在爆区下方又没有超过 1 0 ． 9 2 c m ／ s 振速，不会对其造成较大的损害。 6 2 空气冲击波对地表建筑物的影响 根据冲击波超压安全距离的计算公式 R k 2 f l 十 n JQ √△P k r r 一 爆破作用指数 ， 取是大值 I ． 0 5； Q 炸药总量 ， k g ； △P k 对建筑物超压为 4 9 0 3 P a，得 出 Rk 3 0 3 ． 8 m 。 参照表 2 各建筑物距离，可以发现除了 桃刀湾修理间处于极限超压的危险半径内， 其他建筑物均安全。但桃刀湾修理间标高比 爆区低 3 5 m ， 爆区内又有空区和断层，有利 于冲击波的衰减，不会造成较大的破坏作用。 6 ． 3 硐室爆破对地下构筑物 I 2 5 m运矿大巷 的影响 1 2 5 m运矿大巷是采矿场运往泗洲选矿厂 唯一通道，是一个极为重要的地下构筑物， 应确保其安全和完好 。 下面从两个方面论证 其安全性。 f 1 垂直振速对 1 2 5 m运矿大巷的影响 同 样 根 据 v K “ 计 算 出 各 段 炸 式中 R 空气冲击波超压安全距离， m 药起爆对运矿大巷的振速，见表 3 。 表 3 I 2 5 m运矿大巷振速表 德 铜矿 1 8 5 m采空区硐室爆破的实践李友仁 邮编 3 4 2 2 4 维普资讯 中等稳固岩石巷道V 3 0 c m ／ s 安全； 不稳固岩石巷道 V 2 0 c m ／ s 安全； 1 2 5 m运矿大巷穿过稳固的斑岩， 且又有 良好的全断面的混凝土支护， 可见运矿大巷安 全。 f 2 从爆破安全半径验证 1 S tlt 运矿大 巷的安全性 根据 R d 2 5 ／ 公式计算 式中R 同段起爆炸药的安全半径，m Q 同段炸药量，k g； 安全半径计算结果见表 4 。 表 4 安全半径表m 从上表得知任何一段药包几何中心至 运矿大巷的距离均大于爆破安全半径，因此 认为大巷安全。 综上所述，我们认为硐室爆破对周围的 地表建筑物和地下构筑物危害程度不大，处 于安全状态 。 实施爆破后，我们检查所有地表建筑物 和地下构筑物，除桃刀湾修理间砖式房子出 现窗子玻璃震碎外，其它均完好，这些设施 在生产和维修中继续发挥着重大的作用。 7 爆破效果及经济效益 7 ． 1 爆破效果 这次硐室爆破起爆后，通过录相和现场 清楚地看到，没有爆炸气体从进车平窿和出 车平窿冲出现象，爆堆较为集中，飞石被控 制在 3 0 --5 0 ra 范围内．爆堆块度均匀，形状 达到预期的要求 跟踪后来的 2 开拓公路修 筑和电铲作业过程，没有发现根底和盲炮现 象，只有少量大块，作业效率很高。 这次硐室爆破也取得了较好的安全效果． 爆破后，检查所有邻近爆区的地表建筑物和 地下构筑物受损情况，除桃刀湾修理间砖式 瓦房门窗玻璃震碎外，二期支柱、北山调度 楼、桃刀湾修理间主厂房及 1 2 5 m运矿大巷 均丝毫无损。 7 ． 2 经济效 益 I 8 5 m采空区采用硐室爆破方法处理，取 得较好的经济效益，比台阶穿孔爆破方法降 低穿爆成本 1 8 ． 1 ． 5 8 4 元／ m ，提高经济 效益 I 5 ． 2 I 万元。 8 结 语 I 对于地形地势陡峭、大型穿孔设备 难于作业且地质条件极其复杂的采空区的孤 立山脊，可以采用硐室爆破方法处理。 f 2 露天硐室爆破的平硐断面一般为 I ． 5 mI ． 8 m ， 这样小断面的巷道在药包起爆 时很快会闭合，不会对爆破效果产生影响。 然而本次硐室爆破的药包是布置在进车平窿 和出车平窿之间或其两侧，进 出车平窿巷 疲乏断面近 1 0 m ， 在交汇处空间更大，在布 置药包确定药室最小抵抗线时，必须考虑其 对爆破效果的影响。 3 1 8 5 m采空区硐室爆破采用微差控 制爆破，其方案选择、药包布置、参数确定、 药量计算 安全评估工作等都是正确的，取 得了满意的效果。为国内同类矿山处理相似 采空区提供了有价值可借签的经验，可推广 应用。 6 有色矿山l g * 8 增刊 f 维普资讯