井下硐室爆破在铅锌矿山的实践.pdf

第2 7 卷第4 期 2 0 1 0 年1 2 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 7N o ．4 D e c ．2 0 l O D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 0 ．0 4 ．0 1 3 井下硐室爆破在铅锌矿山的实践 张亭，刘武团 西北矿冶研究院矿山所，白银7 3 0 9 0 0 摘要东矿公司铅锌矿运用硐室爆破处理9 0 0m 中段以上的采空区，以便为2 ’矿体的开采形成良好的覆 盖层，并为矿柱回收、空区处理和安全采矿和谐统一创造条件。由于硐室爆破设计合理，工程施工质量较好， 达到了预期的爆破效果。 关键词硐室爆破；铅锌矿；覆盖层 中图分类号T D 2 3 5 ．3 4文献标识码B文章编号1 0 0 1 - 4 8 7 X 2 0 1 0 0 4 - 0 0 5 2 一0 3 P r a c t i c e so fU n d e r g r o u n dC h a m b e rB l a s t i n go nL e a d - Z i n cM i n e Z H A N G 死，l g ，L I UW u t u a n N o r t h w e s tI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B a i y i n7 3 0 9 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ec h a m b e rb l a s t i n gt e c h n i q u eW a su s e di nt h eL e a d - Z i n cm i n eo fD o n g k u a n gc o m p a n yt od i s p o s e g o b sa b o v et h em i d d l eo ft h e9 0 0m e t e r ss e g m e n ti no r d e rt of o r mg o e do v e r b u r d e nf o r2 。o r eb o d y ，a n dc r e a t i n gg o o d c o n d i t i o n sf o ro r ep i H a rr e c o v e r i n g ，g o b sd i s p o s i n ga n ds a f e t ym i n i n g ．O w i n gt ot h er e a s o n a b l ed e s i g n so fc h a m b e r b l a s t i n ga n dg o o dq u a l i t yo fp r o j e c t s ，t h i sb l a s tg o tt h ed e s i r e db l a s te f f e c t ． K e yw o r d s c h a m b e rb l a s t i n g ；k a d - Z i n cm i n e ；o v e r b u r d e n 1概述 内蒙古东升庙铅锌矿是我国资源条件较好的矿 山，矿山采用主平硐- 盲斜 竖 井联合开拓，主要采 矿方法为分段凿岩阶段空场法和浅孔留矿法，设计 生产能力为5 0 1 0 4t ／y ，后经开拓运输系统扩建改 造和采矿方法试验研究，矿山各项技术经济指标得 到了显著提高，矿山现已形成了8 0 1 0 4t ／y 生产能 力的中型矿山。 由于开采深度的不断下延，矿体赋存状况复杂 多变，再加上上部老采空区没有即时处理，与新采空 区相连互通，空场面积较大、暴露时间较长，导致下 中段采矿存在安全隐患。经多方专家论证研究，最 终确定在2 。矿体9 8 0m 水平采空区上盘2 0m 处布 收稿日期2 0 1 0 0 3 2 2 作者简介张亭 1 9 7 7 一 ，男，采矿助理工程师，从事矿山工程爆 破及开采设计，E - m a i l b y z t 2 1 c n ．c o m 。 置药包硐室，用横巷与平巷相连，矿柱回收后采用硐 室爆破法，利用采空场边界作为爆破补偿空间，崩落 上盘围岩，使其形成一定高度的覆盖层。为了预防 顶板及上盘围岩突然大面积崩落造成空气冲击波对 井下周围巷道工程及辅助设施造成破坏，在0 1 号矿 柱内开凿4 ．0m 4 ．0m 方型高2 0 8m 的天窗井通 达地表，其目的是硐室爆破时起到泄压作用。此项 爆破工程从设计、施工到爆破历时1 8 个月，硐室爆 破总装药量为3 6 ．6t ，属于地下D 级硐室爆破。 2 矿山地质 矿山主要开采2 ’富锌硫矿体和1 1 。铜锌矿体， 矿体直接围岩为白云大理岩及绢云石墨片岩，其次 为含砂粘土及砂砾岩、片岩，间接围岩为石英岩、岩 浆岩。矿岩属稳固类型，允许有一定的暴露空间和 时间，矿块无结块、自燃现象，地表允许塌陷。矿区 无大的断裂构造，岩石节理较发育。矿石及岩石物 万方数据 第”卷第4 期张亭，刘武团井下硐室爆破在铅锌矿山的实践 5 3 理性质如表1 如示。 袭1 矿石及岩石物理性质表 3 硐室爆破机理 经过多方经验交流和学术讨论，根据单排成组 药包的齐发爆破岩石破坏的特性，采用爆轰气体产 物膨胀推力破坏岩石理论和气体推力及反射应力波 共同作用爆破理论对采空区围岩进行分析。 建立数学模型，将硐室模拟成2 个药包，对于相 邻较近的2 个药包爆破后，沿药包联心线的应力得 到加强，两股爆轰波所引起的应力波波阵面相遇并 发生叠加的结果，在切线方向上产生合成拉应力，而 药包联心线中部两侧附近由于应力波的叠加作用， 在两药包的辐射状应力波作用线成直角相交处则产 生应力降低区。由于多药包同时作用，应力波的相 互作用，致使岩石破坏并按一定的方向抛掷，达到处 理采空区的目的。两相近相邻爆破药包爆破时应力 加强和拉伸应力集中如图1 所示【lJ 。 } * 景 拉伸应力集中 图l2 药包应力加强、拉伸应力图 3 ．1 爆破工程布置 根据采矿后形成的空区赋存状态，在9 8 0m 水 平，采空区上盘约2 01 1 1 处开挖l O 个爆破硐室 2 ．0m 2 ．0m 正方体 ，间距约为2 0m ，呈“一”字 型沿采空区走向东西分布，然后由横巷 1 ．2n l 1 ．5n l 三心拱 与长6 4 5m 的平巷 2 ．0I T Ix 2 ．01 ／1 三 心拱 相连，形成单层单排成组硐室布置。本次爆 破工程共开挖岩石量为26 1 4o 。 3 ．2 爆破硐室装药量计算 装药量是爆破工程中非常重要的一个指标，它 的大小直接关系到爆破效果的好坏和成本的高低。 依据井下多面临空陡坡型模型，采用抛掷和加强松 动爆破集中药包装药量计算公式，计算公式为心】 q e q W 3 0 ．4 0 ．6 n 3 式中q 为装药量，k g ；e 为炸药换算系数，使用采购 的铵油炸药，按炸药性能，取1 ．1 ；q 为松动爆破时的 单位炸药消耗量，取0 ．7k g ／m 3 ，W 为最小抵抗线， 根据围岩性质及试验结果，取1 5 ．0 1 8 ．0I T I ；n 是 药包爆破作用指数，取1 ．O 。据此计算最大药包装药 量为44 9 1k g ，最小为25 9 9k g ，总装药量为3 6 ．6 3t 。 各硐室装药量及段别分配如表2 所示。 表2 各硐室装药量及段别分配表 3 ．3 起爆网路及联线 硐室爆破采用导爆索一非电导爆管雷管复式微 差起爆网路。起爆顺序为先中部后两侧。联线时， 首先将各硐窒内的加工好的起爆体内6 发同段导爆 管装入3 枚起爆弹壳内，每枚2 发导爆管，将6 根导 爆管脚线分成2 组，每组3 根，各组与相应横巷内的 支线导爆索相连，并用导爆索缠绕绑扎，然后用黑胶 布按要求包扎。支路联接好后敷设平巷内的主干 线，然后将横巷内的支线导爆索与平巷内的主干线 顺向搭接，联搭接时要求搭接角小于9 0 。，按要求捆 掷，以保证传爆可靠。2 条主干线之间相距1 ．2m ， 在引爆处与起爆器用导电线相连，将导电线引至井 外安全地点，用起爆器引爆。 4 安全距离设计及评估 4 ．1 地震波安全距离 爆破的地震效应采用质点振动速度来表示，按 一般工程类比质点振动速度采用萨道夫公式进行计 算，计算公式为b 1 移’ I | } q 1 力／R 。 式中Q 为同段起爆的最大药量，44 9 1k g ；R 为爆源 中心至保护点之间的距离，8 8m ；k 、a 为爆破系数与 衰减指数。将公式变形得I n 秽 I nk aI n Q ∽／R ， 万方数据 爆破 2 0 1 0 年1 2 月 令Y I n 移，a 0 I nk ，口l o f ，髫 I n Q 1 ／3 ／R ，得 Y a 。 口，x ；通过3 次试爆与测试所得数据，用最小 二乘法原理进行线性回归后，计算得出口。，a 0 的数值， 求得k 1 0 0 ，a 1 ．5 。 根据井下实际情况，距爆源中心最近的保护井 巷工程为盲竖井，经计算t ， 1 2e m ／s ，小于围岩稳定 无支护时允许的质点振动速度3 0c m ／s 。符合安全 规程要求。 4 ．2 冲击波安全距离 爆破时空气冲击波的安全距离按下式计算旧】 R k Q 3 ，式中尺为爆破空气冲击波的最小安全距 离，m ；K 为允许的超压系数，取1 0 ；Q 为同段起爆的 最大药量，44 9 1k g 。经计算，R 1 6 5m 。将井下 2 0 0i n 范围内的所有设施撤离至安全地点，人员全部 撤离出井，爆破空气冲击波对设施、设备等影响很小。 4 ．3 安全评估 爆区位于阴山山脉狼山段地表以下3 0 0m 左右 处，地表工业场区及生活、办公区均位于安全范围之 外，再加上有严格的硐室爆破安全管理制度和多年的 安全管理经验，有准确的地质勘探资料，严谨科学的 设计，可以确定此次爆破是安全可靠的，爆破设计得 到了巴盟市安监局组织的相关专家的审查和验收。 5 爆破效果与结论 爆破工程施工历时1 8 个月，设计及施工的全过 程严格遵守爆破安全规程 G B 6 7 2 2 - - 2 0 0 3 和 爆破工程 冶金工业出版的社 的有关规定。 2 0 0 7 年5 月3 0 下午3 3 0 分随着爆破总指挥的 起爆命令的下达，硐室爆破准时起爆，第二天经爆破 小组全体技术人员现场勘察，爆破达到预期效果，块 度在合理范围之内，使得采空区形成1 8 ．5m 的废石 覆盖层。 实践证明，在有色金属矿山，运用硐室爆破技 术，崩塌上盘围岩，形成覆盖层，处理采空区，既节约 成本，又简单易于操作，为国内同类矿山处理采空区 提供了重要依据。 参考文献 [ 1 ] 陶颂霖．爆破工程[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 5 ． [ 2 ] 郭进平，聂兴信．新编爆破工程实用技术大全[ M ] ．北 京光明日报出版社，2 0 0 2 ． [ 3 ] 王廷武，刘清泉．地面与地下工程控制爆破[ M ] ．北 京煤炭工业出版社，1 9 9 0 ． 上接第5 l 页 3 结论 通过以上的试验和理论分析，得到以下结论 1 试验结果表明拱顶径向振动加速度是4 个测 量数据中最大的，比侧墙和底板径向振动加速度大得 多，是振动最激烈的地方；在洞室没有发生严重破坏 时，侧墙径向振动加速度稍小拱底径向振动加速；侧 墙切向振动加速度稍大于侧墙径向振动加速度。 2 从4 个不同的入射角径向加速度分布来看， 迎爆侧的径向加速度都比背爆侧的径向加速度大， 当入射方向在拱顶时，切向振动加速度从拱顶至侧 墙是先增加后减小，当入射方向在拱腰处，拐角的切 向振动加速度应该注意。 3 在实际工程中，洞室的振动加速度允许峰值 可由径向加速度控制。 参考文献 [ 1 ]田娟，石全．爆炸振动环境中电子装备的损伤模 拟[ J ] ．装备环境工程，2 0 0 7 ，4 6 4 4 4 6 ． 【2 ] 孙杰，朱立新，王飞，等．爆炸荷载作用下浅埋结构 内振动实验研究与计算[ J ] ．爆破，2 0 0 3 ，2 0 4 7 一1 0 ． [ 3 ] 毕佳，王源，谭跃虎，等．九华山隧道施工中爆破 振动对明城墙影响的测试与评定[ J ] ．岩土力学， 2 0 0 6 。2 7 S 1 1 2 6 5 - 1 2 6 7 ． [ 4 ] 李洪涛，卢文波，舒大强，等．隧洞开挖爆破地震反应 谱特征研究[ J ] ．爆炸与冲击，2 0 0 8 ，2 8 4 3 3 1 - 3 3 5 ． [ 5 ] 陈明，卢文波，舒大强，等．爆破振动作用下边坡极 限平衡分析的等效加速度计算方法[ J ] ．岩石力学与 工程学报，2 0 0 9 ，2 8 4 7 8 4 - 7 9 0 ． [ 6 ]王光勇，顾金才，陈安敏，等．拱顶端部加密锚杆支护 洞室抗爆加固效果模型试验研究[ J ] ．岩土工程学报， 2 0 0 9 ，3 1 3 3 7 8 - 3 8 3 ． [ 7 ] 杨自友，顾金才，陈安敏，等．爆炸波作用下锚杆间距 对围岩加固效果影响的模型试验研究[ J ] ．岩石力学 与工程学报，2 0 0 8 ，2 7 4 7 5 7 - 7 6 4 ． [ 8 ]王光勇，顾金才，陈安敏，等．端部消波和加密锚杆支 护洞室抗爆能力模型试验研究[ J ] ．岩石力学与工程 学报，2 0 l O ，2 9 1 5 1 - 5 8 ． [ 9 ] 朱传云，许桂生．爆炸应力波近似处理的分析与研究 [ J ] ．岩土力学，2 0 0 2 ，2 3 4 4 5 5 - 4 5 8 ． [ 1 0 ] 黎在良，刘殿魁．固体中的波[ M ] ．北京科学出版 社，1 9 9 5 ． 万方数据