某矿区Ⅳ号采空区治理.pdf

第 2 3卷第 1 期 2 0 0 6年 3月 爆破 BLAS TI NG V0 1 ． 2 3 N o ． 1 Ma r ． 2 o 0 6 文章编号 1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 0 6 O l 一 0 1 0 5 0 4 某矿区Ⅳ号采空区治理 丁 金 刚 1 ,2 ， 徐 林 荣 1 ． 中南大学土木建筑学院， 湖南 长沙 4 1 0 0 7 5； 2 ． 长沙有色冶金设计研究院， 湖南 长沙 4 1 0 0 1 1 摘要 为保证该矿区Ⅳ号采空区下部资源的开采安全， 经过多方案比较， 对爆破参数进行详细设计， 采用 的条形药室大爆破方案处理采空区取得了良好的效果， 达到 了安全、 经济和高效的 目的， 为企业后续生产奠 定 了基础 。 关键词 采空区； 硐室爆破； 松动爆破 中图分类号 T D 2 3 5 文献标识码 A Tr e a t m e n t o f M i n e d． o u t Ar e a I V i n M i n e s DI NG fin g a n g 。XU L i n - r o n g 1 ． S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e 。 C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y 。 C h a n g s h a 4 1 0 0 7 5 ， C h i n a ； 2 ． C h a n g s h a E n g i n e e r i n gR e s e a r c h I n s t i t u t e o f N o n f e r r o u s Me t a l l u r g y - C h a n g s h a 4 1 0 0 1 1 ， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o e n s u r e s a f e t y e x p l o i t a t i o n b e l o w t h e m i n e d - o u t a r e a I V， s e v e r a l p r o j e c t s a n d d e s i g n i n g t h e b l a s t i n g p a r a me t e r s a r e c o m p at e d - a n d t h e s a f e t y - e c o n o m y 。 e f fi c i e n c y r e s u l t s w e r e a c h i e v e d w i t h t h e p r o j c c t o f b at- c h a r g e d c h am b e r b l a s t i n g-w h i c h l a y s t h e f o u n d a t i o n f o r l a t e r d e v e l o p me n t o f t h e e n t e r p r i s e ． Ke y wo r d s mi n e d ． o u t a r e a ；c h a mb e r b l a s t i n g；l o o s e b l a s t i n g 1 引 言 某矿区Ⅳ号采空区范围内的矿体， 自1 9 9 5 年以来， 由当地多家民采进行无序开采， 至今已形成1 4 8 0 0 m 2 的地采空区， 严重威胁矿山下部资源开采安全。为消 除开采Ⅳ 号采空区下部的保有储量矿段时作业的安全 隐患， 保证坑内作业人员和设备的安全， 必须对Ⅳ号采 空区进行处理， 以保证坑内作业安全。 2Ⅳ号采空 区现状 该矿于 1 9 9 3年底建成投产， 采用平硐- 斜井开 拓运输方案， 采矿方法为非正规的楼板式房柱法。 截止目前形成 I、 Ⅱ、 Ⅲ、 Ⅳ号等4个采空区。本次 设计处理的Ⅳ号采空区位于整个开采范围的东部， 收稿 日期 2 0 0 51 1 2 8 ． 作者简介 丁金刚 1 9 7 5一 ， 男； 长沙 中南大学土木建筑学院研究 生， 长沙有色冶金设计研究院工程师． 分布在 6 2 A～ 6 4勘探线之间。Ⅳ号采空区范围内 的矿体， 于 1 9 9 5年由多家民采开始边探边采， 至今 已形成长2 4 0 in ； 宽 5 0～ 1 2 0 in， 平均宽 6 0 in； 高 2 O ～ 6 0 in， 平均高 3 0 in的地采空 区。采空区面积 1 4 8 0 0 in ， 地采空区与其下方未开采矿体的重迭部 分需进行处理的空区面积 1 3 0 0 0 in ， 需处理的空区 体积为3 9 0 0 0 0 in 。 在Ⅳ号采空区西南方为 I 、 Ⅱ、 Ⅲ号地采空区， 该空区已自 然塌落； 距Ⅳ号采空区西北方 2 0 0 in以 外， 有采矿作业； 距Ⅳ号采空区西南 4 0 0 in为2 8 0 in 平硐口， 平硐内除供水、 供电管线及照明电线外， 没 有其他设施。采空区上方地表为山坡， 覆盖层厚 2 0 0 in以上 ， 没有建筑物 。 Ⅳ号采空区顶板上方的岩石主要由生物灰岩、 大理岩、 泥质灰岩组成。岩石密度2 ． 6 5 2 ． 7 t／ m ， 矿石 3 ． 4 6 4 ． 0 9 t ／ m ， 松散系数 1 ． 4 7， 岩石普 氏硬 度系数， 6～ 1 O ， 矿石， 1 0～ 1 2 。Ⅳ号采空区范围 维普资讯 1 0 6 爆破 2 0 0 6年 3月 内无断层、 裂隙带， 矿岩节理、 裂隙不发育。 3 采空区治理方案选择 通过对Ⅳ号采空区的稳定性分析可知 Ⅳ号采 空区在目前条件下是稳定的， 在对 Ⅳ号采空区进行 施工处理时， 其作业条件是安全的。同时采空区的 长度和宽度都较大， 采空区顶板在长度方向为西高 东低， 南北向剖面顶板较平， 采空区形状较规整。 根据上述Ⅳ号采空区特点， 顶板岩体稳定性较 好及需处理的采空区范围， 本次设计采用条形药室 大爆破方案处理Ⅳ号采空区。即在Ⅳ号采空区上方 距顶板 2 0 m左右开挖条形药室， 一次起爆。 4 条形药室大爆破方案 因本次大爆破是在矿体上方形成一定厚度的安 全垫层， 对爆破后岩石块度没有要求， 加之爆破区位 于采空区顶板上方， 爆破后的岩石靠自重落下， 故本 设计采用松动爆破。 4 ． 1 垫层厚度计算 为保证采矿作业的安全， 在开采作业区的上方 需有一定厚度的覆盖岩缓冲层， 参照伊缅尼托夫 B P 提出的缓冲层厚度计算经验公式 h 0 ． 7 4 k H L 啦 F ／ F 1 式中， k 。 为缓冲层岩石粗糙系数， k 6 ． 6 0 ． 1 d ， d 取 0 ． 5 ； 为缓冲层至顶板高， 取 4 0 m； L为顶板 崩落层厚度， 取 2 0 m； 为顶板崩落层面积， 取 1 3 0 0 0 m ； F为顶板暴露面积取 1 4 8 0 0 m 。 根据式 1 计算得h 1 9 ． 3 m， 为保证地采作业和 大爆破施工安全， 设计中缓冲层厚度应取为1 9 m 左右。 4 ． 2 药包布置 设计的条形药包沿南北向布置， 条形药包底板 标高距采空区顶板 l 8 ～ 2 0 m， 在需爆破的采空区范 围共布置 l 4个条形药包 T 1 ～ T 1 4 ， 药包最小抵抗 线 】 8 ． 5～ 2 0 ． 8 m 。条形药包布置如图 1 所示。 4 ． 3 爆破参数选择 】 4 ． 3 ． 1 松动爆破单位耗药量的选取 根据Ⅳ号采空区顶板岩石致密坚硬， 四周夹制 作用大， 顶板高低不齐等特点， 参照类似岩性工程的 爆破实践， 选定单位标准炸药消耗量为 0 ． 9 k g ／ m 。 4 ． 3 ． 2 药包间距 同一布药高程的条形药包， 药包间距 口0 ． 5 2 式中， 、 分别为 2 个相邻药包的最小抵抗线平 均值， m。 4 ． 3 ． 3 装药量计算 条形药包装药量 Q e K W2 L q L 3 式中， e为 炸药换 算 系数， 对 2 岩石硝 铵炸药 e 1 ． 0 ， 精加工铵油炸药 e 1 ． 0 5 ； K为松动爆破单 耗， k g ／ m ； 为药包最小抵抗线， m； L为条形药包 长度， m； g为条形药包每米装药量， k g ／ m 。 根据上述药量计算公式及各药包爆破参数的不 同， 本次计算的爆破 2 岩石硝铵炸药量为 1 5 5 ． 1 2 2 t ； 换算成混合装药量为 1 6 2 ． 5 4 t ， 其中2 岩石硝铵 炸药 7 ． 7 3 t ， 铵油炸药 1 5 4 ． 7 7 t ， 铵油炸药代用 比 9 5 ． 0 2 ％。各药室装药量详见表 1 所示。 表 1 大爆破药量计算表 维普资讯 第 2 3 卷第 1 期 丁金刚等某矿区Ⅳ号采空区治理 4 ． 4 药室及导硐开挖设计 为使爆破后岩石块度均匀， 设计采用条形药包不 耦合装药。由于各条形药室装药量均较大， 设计断面 均为高 1 ． 7 n l ， 宽 1 ． 3 n l ， 不耦合系数为4 ． 8 6 。 采空区顶板内共布置 3条平巷， 每条平巷与 3 ～ 7 个条形药室相连。平巷总长度 2 4 2 m， 条形药包 间距2 0 m， 共布置 l 4个条形药包， 条形药室总长度 为4 7 8 ． 5 m， 平巷与条形药室断面相同， 宽度 1 ． 3 m， 高度 1 ． 7 m， 总掘进量 1 5 9 2 ． 3 3 m 。 4 ． 5 装药设计 4 ． 5 ． 1 起爆体加工 主起爆体一般用长方形木箱或纸箱， 内装 2 4 k g 的2 岩石硝铵炸药， 每个起爆体内装 4发微差导爆 管雷管。本次设计需加工 2 O个起爆体。在条形药 室中， 除起爆体外， 每隔4 m装入一个副起爆体， 副 起爆体用 1 个导爆索节与导爆索网路相连。 4 ． 5 ． 2 装药设计 装药时应作好记录， 按设计的药量进行装药。 用铵油炸药 2 5 k g ／ 袋 密集均匀堆放， 副起爆体及 起爆体放在炸药的中间位置， 四周装 2 岩石硝铵炸 药和铵油炸药。起爆体装入靠近充填料处的炸药中 心位置。 4 ． 6 充填 当药室装完药并经验收后， 用毛竹或塑料管铺好 线槽。当平巷与条形药室成 T形交叉时， 条形药室充 填5 m， 当条形药室与平巷十字交叉时， 平巷与条形 药室各充填5 m。本次设计的充填长度9 4 ． 3 m， 充填 量 2 0 9 m 。具体充填长度如图1 所示。 图 1 条形药包布置及充填示意图 单位 m 4 ． 7 起爆网路设计 设计选用矿山掘进用的微差导爆管雷管 导爆 管长度3 m 、 双导爆索起爆网路进行起爆。为保证 起爆的可靠性， 起爆站设在距平硐 口3 0 0 m外的安 全地点。采用 3 8 0 V电压作电源， 导线为2 ． 5 m m 塑料铜线， 用瞬发电雷管起爆导爆索网路。起爆网 路如图 2所示 。 5 爆破安全距离计算 5 ． 1 爆破振动安全距离计算 爆破振动速度 的计算式如下 图2 起爆网路图 K 警 4 式中， Q为微差爆破最大一段药量， k g ； R为爆源中 心至被保护物的距离 ， m； K、 为与岩石性质、 爆破 维普资讯 1 0 8 爆破 2 0 0 6年 3月 条件及距离等有关的系数。 根据有关工程实际经验_4 J ， 本设计选取 为 5 0 ， a为 1 ． 3 ， 最大一段装药量为3 3 ． 8 1 t 。最大段药 量爆源中心距 2 8 0 m， 平巷最近距离 6 5 m， 距 2 8 0 m 平硐口8 0 7 m 。经计算， 最近的 2 8 0 m平巷处的振 速 V 2 0 e n Vs ， 平硐 口处 的振速 V 0 ． 7 6 e m ／ s 。按 照 爆破安全规程 ， 并结合该矿山实测资料表明， 当巷道振速为 2 5 e m ／ s 以下时， 爆破对巷道安全影 响不大， 仅可能出现巷道顶板发生局部掉块现象， 大 爆破是安全的。 5 ． 2 爆破有害气体的影响范围 爆破有害气体危害范围按下式计算_ 6 R 5 式中， c为爆破总炸药量， t ； K 为系数， 取 1 6 0 。 按式 5 计算， 爆破有害气体的影响范围j rj 8 7 3 m 。 根据上述安全距离计算 ， 为确保人员安全， 大爆 破 的警戒范围为 1 0 0 0 m。 6 结语 本次设计大爆破的顶板面积为 1 1 9 1 0 m ， 大爆 破后形成的岩石缓冲层堆积面积为 1 3 o o o m ， 堆积 厚度为 2 5 ． 7 m； 采用大爆破处理地采空区， 比用扇 形深孔爆破处理地采空区可节省投资， 施工简单方 便， 投资省， 见效快， 爆破成本低 ， 形成岩石缓冲层厚 度较厚 ， 是一种简单快速的处理方法； 采用硐室爆破 处理采空区， 改善了生产作业条件， 避免了大型生产 设备陷落采空区的不安全隐患， 为企业带来了良好 的经济效益； 采用硐室爆破处理露天矿采空区或塌 陷地带的方法是可行的和有效的。 参考文献 [ 1 ] 伊缅尼托夫 B P ． 坚硬矿石的高效率采矿法[ M] ． 北 京 中国工业出版社， 1 9 6 4 ． [ 2 ] 高尔新 ， 杨仁树． 爆破工程[ M] ． 徐洲 中国矿业大学 出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 3 ] G B 6 7 2 2 --2 0 0 3 ， 爆破安全规程[ S ] ． [ 4 ] 李继良． 利用硐室爆破排除滑坡险情[ J ] ． 爆破， 2 0 0 4 ， 2 1 4 7 4 7 6 ． [ 5 ] 花 刚． 爆破 振动安全判据浅析 [ J ] ． 爆破 ， 2 0 0 4 ， 2 1 2 9 8一1 0 0 ． [ 6 ] 于亚伦． 工程爆破理论与技术[ M] ． 北京 冶金工业出 版社 ， 2 0 0 4 ． 上接 第9 7页 在上述工程应用中， 导爆管簇中的导爆管根数 一 般少于2 5 根， 孔外的起爆电雷管均采用 l 段电雷 管， 孔外的非电循环起爆雷管均采用 1段非电导爆 管雷管， 导爆管簇数控制在 2一 l 0 个， 孔内非电导爆 管雷管大多为2段以上。在这些拆除爆破工程中， 爆破网路均可靠起爆 ， 爆破效果理想， 均达到设计要 求， 并且在清渣的过程当中未发现拒爆的非电导爆 管雷管。 4 结语 在每个导爆管簇先被电雷管或其它方式起爆 后， 每个导爆管簇中联结出一根非电导爆管雷管补 充起爆下一个导爆管簇， 依此形成闭合爆破网路， 即 为循环起爆非电导爆管雷管爆破网路。该网路中的 入孔非电导爆管的起爆概率为[ 1 一 1 一 ， ” ] ， 由 此大大提高了爆破网路的可靠性。应用中， 孔外起 爆电雷管和非电导爆管雷管应分别采用低段的同段 雷管， 导爆管簇数也不宜太多。该循环爆破网路可 应用于入孔雷管为非电导爆管雷管的各类爆破工程 中， 具有可靠、 安全、 简单及经济等优点， 易于操作和 推广应用。 参考文献 [ 1 ] 余风华． 提高非电导爆管孔外延期起爆网路可靠性的 研究[ J ] ． 爆破， 1 9 9 5 ， 1 2 4 4 4 4 7 ． [ 2 ] 张立群． 露天矿导爆管起爆系统可靠性分析[ A ] ． 工程 爆破文集 全 国工程爆破学术会议论文选 ， 第五集 [ C ] ． 武汉 中国地质大学出版社， 1 9 9 3 ． 3 2 4～ 3 2 9 ． [ 3 ] 张敢生． 南芬露天铁矿非电起爆 网路系统可靠性研究 [ J ] ． 工程爆破， 2 0 0 4 ， 1 0 1 7 7 8 1 ． [ 4 ] 张立国， 于亚伦 ， 费鸿禄． 导爆管复式交文网路可靠性 分析及应用[ J ] ． 爆破， 2 0 0 3 ， 2 0 3 5 ～ 7 ． [ 5 ] 张建华， 王幸荣 ， 赵泉． 路堑爆破非电起爆网路可靠 性分析与设计[ J ] ． 爆破， 2 0 0 5 ， 2 2 3 1 1 5～ 1 1 9 ． 维普资讯