深部开采光面爆破技术的试验与应用.pdf

Va l u e En g i ne e r i n g 2 0 5 深部开采光面爆破技术的试验与应用 Expe r i me nt a nd Ap pl i c a t i o n o f Smoo t h Bl a s t i n g i n De e p M i ni ng Te c hno l og y 陆正来 L u Z h e n g l a i 铜陵有色金属集团股份有限公司冬瓜山铜矿，安徽 2 4 4 0 3 1 T o n g l i n g N o n f e r r o u s Me t a l s Gr o u p C o ．，L t d ． D o n g g u a s h a n C o p p e r Mi n e ， An h u i 2 4 4 0 3 1 ， C h i n a 摘要针对冬瓜山铜矿千米深井矿床矿体和围岩的力学特性和地质特征，对深部开采光面爆破技术进行了现场试验研究。详细介绍了开拓中光面爆破的参数选择、施工方法及工艺试验表明，本文的爆破技术能够起到良好的爆破效果，对控制巷道的稳定性和超欠挖能够起到积极的作用。 Abs t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d g e o l o g i c al f e a t u r e s o f t h e 1 0 0 0- me t e r d e e p d e p o s i t a n d s u rro u nd i n g r o c k i n Do n g g ua s h a n Co p pe r Mi n e， s mo o t h b l a s t i ng t e c hn o l o g y i n d e e p mi ni n g i s s t ud i e d b y fie l d t e s t ．S mo o t h b l a s t i n g pa r a me t e r s e l e c t i o n， c o n s t r u c t i o n me t h o d a n d t e c h no l o gy i n t he d e v e l o p me n t a r e i n t r o d u c e d i n d e t a i l s ．Th e t e s t s h o we d t h a t s mo o t h b l a s t i n g t e c h n o l o g y h a d a g o o d b l a s t i n g e f f e c t a n d c o u l d p l a y a n a c t i v e r o l e i n t h e c o n t r o l s o f r o a d wa y s t a bi l i t y a n d o v e r b r e a k u nd e r b r e a k ．关键词深部开拓；光面爆破；参数选择；施工技术 Ke y wor ds d e e p de v e l o pme n t ； s mo o t h b l a s t i n g； p a r a me t e r s e l e c t i o n； c o n s t ruc t i o n t e c h n o l o g y ．中图分类号 T U 7 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 4 3 1 1 2 0 1 0 0 2 0 2 0 5 0 2 1 工程概述冬瓜山铜矿是我国首次开采千米 9 5 m ～ 1 0 2 5 m 、日产万吨的特大型金属矿山。采用竖井斜坡道开拓，堑沟式底部结构，其开拓、采准工程量大，巷道布置在⋯ 6 7 0 m 8 7 5 m之间；巷道断面和跨度较大，由于地压大；普通方法爆破，增加巷道轮廊外裂隙区范围，围岩强度减小，巷道的稳定性差同时，造成巷道开挖面凸凹不平，由于受地压活动或采矿爆破震动影响，频繁发生冒顶片帮现象严重，项帮板管理困难，并带来了严重的安全隐患。钢筋混凝土喷、锚、网支护率达 1 0 0 ％。不仅使生产成本大幅提高，还严重滞后了后续采矿作业。 2 地质状况大理岩为矿体的直接顶板，细粒、薄～中厚层状，岩石 f 系数平均为 6 I 3 9 ，属坚硬岩石，该岩体的主要危害在裂隙发育地段力学强度相对较低、易垮落、片帮。石英闪长岩主要在矿体的底板沿脉，块状及整块状结构，由闪长岩类和脉岩组成， f 系数平均 1 3 ． 0 ，属坚硬岩石，主要危害是在含水裂隙附近遇水易风化。石英砂岩为矿体的直接底板，层状结构，岩性为砂岩、石英砂岩、局部为粘土岩， f 系数平均 1 5 ． 0 ，属坚硬岩石，主要危害为局部的层状粘土岩，易形成层间滑脱而造成片帮冒顶。主矿体上部为含铜磁黄铁矿， f 系数 1 5 ～ 2 O ，较稳固，下部为含铜蛇纹岩， f 系数 3 ～ 1 0 ，因其中所含的蛇纹岩、绿泥石、作者简介陆正来 1 9 6 3 一，男，安徽省东至县，采矿工程师，铜陵有色金属集团股份有限公司冬瓜山铜矿。滑石、石膏等强度低的矿物，造成该地段易风化、垮落、岩体极不稳定，是冬瓜山矿段垮帮冒顶现象最严重地段。 3 爆破方案设计 3 ． 1爆破参数的选择光面爆破参数选择主要与地质条件有关，其次是炸药的品种与性能，巷道开挖断面的形状与尺寸，装药结构与起爆方法。冬瓜山铜矿深部矿床开拓巷道主要为角岩化粉砂岩或石英岩，开拓和采准均采用先进的 R o c k e t 2 8 1无轨凿岩台车，孔径为 4 2 m m，孔深为 3 0 0 m m；全断面法开挖断面的面积为 1 6 ． 5 0 7 m z ，采用火雷管和塑料导爆管孔内秒差雷管起爆。 3 ． 1 ． 1周边眼间距 E 周边眼间距取值范围应为 E 1 2 ～ 1 6 d 4 2 x 1 2 1 6 5 0 6 7 c m 之间，通过现场试验和施工经验数据， E 6 0 c m。 3 ． 1 ． 2最小抵抗线 W 周边眼最小抵抗线与开挖的巷道断面大小有关。在断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落，最小抵抗线可以大些；断面小，光爆眼所受到的夹制作用大，最小抵抗线可以小些。最小抵抗线与岩石的性质和地质构造也有关，坚硬岩石最小抵抗线可小些，松软破碎的岩石最小抵抗线可大些。皋瓜山矿体底部 f 系数平均 1 5 ． O ，属坚硬岩石。确定最小抵抗线。v ， - 1 ～ 1 ． 2 5 E 6 0 x 1 1 ． 2 5 6 0 ～ 7 5 c m。由于断面较大，通过现场试验和施工经验数据， w 6 0 c m 。 3 ． 1 ． 3周边眼装药量在坚硬岩石施工，满足光面爆破要求，通常炮眼装药集中度应采大家参考使用。 1 修饰新用的原材料月亮神胶、滑石粉、汽油、水泥、水和外掺剂。 2 原材料的质量要求 ①采用的水泥标号、出厂日期和生产厂家，最好与防撞墙混凝土施工时采用的相一致。 ②对于外掺剂的使用，若施工时采用了某种外掺剂，那么修饰时也应使用同种外加剂，按照同比例掺加。 ③用水要求洁净无杂质。 3 重量配合比月亮神胶滑石粉汽油水 1 1 ． 3 0 ． 1 5 0 ． 4 水泥用量根据当初施工时的水灰比来确定。 4 拌和方法先将滑石粉、水泥、外掺剂拌匀，再加入汽油、胶、水拌至均匀乳状为止，要求颜色必须与防撞墙混凝土的颜色一致。 5 刮抹此项工作最好由专业粉刷人员使用专业工具来完成，刮抹时应注意不要来回反复涂抹，应朝一个方向一次刮平即可。本修饰方法具有以下优点 ①颜色一致，外表光滑，这主要是掺加滑石粉的结果。②修饰不受时间限制，它可以在拆模以后的任何时期来进行。 ③硬化凝结时间短。一般修饰结束后 5 ～ 1 O分钟即可硬化凝结，这主要是掺加汽油的结果。④固结性好，这主要缘于掺加月亮神胶的结果。 2 0 0 7年沈彰高速公路施工时，笔者与施工单位的质量技术负责人，共同对 K 5 5 4 4 5 ． 5分离式立交桥， K 3 2 8 8 9右侧防撞墙进行了混凝土表面的修饰，效果相当理想。综上所述，混凝土配合比及混凝土的浇筑与振捣决定防撞墙混凝土强度等内在质量的同时，为防撞墙混凝土外观质量提供了可靠的必要保证；而模板安装及缺陷修饰与处理则决定防撞墙混凝土外观质量。此四点相辅相成，缺一则漏万，须环环紧扣，方可保证防撞墙内在与外观质量。参考文献『 1 1 公路桥涵设计通用规范 J T G D 6 0 2 0 0 4 i s ] ．『 2 ] g b 路桥涵施工技术规范 J T J 0 4 1 2 0 0 0 『 s 1 ．『 3 ] 沈阳至彰武高速公路施工图设计． 2 0 6 价值工程量 8 奏 8 ＼ _ 9 - r 。 6 } 9 9 I I l ； 9 7 ．．；．．． 8 l 0 l O l 0 l 0 I l 0 l 0 1 0 1 I 4 70 0 光面暴破试验及雷管分会面图 S掘 l 6 ． 5 O 7 5 m 用 0 ． 1 5 ～ 0 ． 2 5 k g ／ mi q Q E B式中 q 装药集中度， k g ／ m Q 单位体积耗药量， k g ／ m 3 E 周边眼间距， 1／ 1 ， w最小抵抗线， m。 3 ． 1 ．4不耦合系数不耦合系数与装药集中度成反比关系，根据不耦合装药理论，爆炸压力随着不耦合系数值的减小而增大，而破坏周边岩壁。采用不耦合装药结构，装药与孔壁之间的空隙中一般为空气，由于空气的可压缩性大，炸药爆炸产生的冲击波峰值压力传到孔壁时已发生了很大的衰减，对开挖轮廓处围岩起缓冲作用。根据施工经验数据，坚硬光面爆破不耦合系数应控制 1 ． 5 - 2 ． 5范围内。不耦合系数炮孔直径／药包直径。 3 _ 2炸药及填塞方式对光面爆破作用影响的炸药性能参数主要有炸药密度、爆速、锰度、爆轰压力和爆炸压力等，而冬瓜山矿主要使用的炸药有两种，硝铵炸药和乳化炸药，其性能参数有较大差距，对光面爆破效果影响很大；所以在装药量、爆破参数和装药结构上通过现场试验和施工经验数据，不断调整，以确保光面爆破效果。 3 ． 2 ． 1炸药 1 采用硝铵炸药，周边眼药卷直径 2 5 ra m，重 8 O g ，周边眼采用空气问隔装药；辅助眼药卷直径 3 2 ra m，重 1 5 0 g ，辅助眼采用连续柱状装药； 3个直径为 8 9 m m的槽孔不装炸药，作为爆破自由面。采用黄泥堵塞，堵塞长度 1 0 2 O c m。 2 采用乳化炸药，周边眼药卷直径 3 2 ra m，重 1 5 0 g ，周边眼采用眼底集中空气柱装药；辅助眼药卷直径 3 5 mm，重 2 0 0 g ，辅助眼采用连续柱状装药； 3个直径为 8 9 ram的槽孔不装炸药，作为爆破自由面。采用黄泥堵塞，周边眼堵塞长度 3 0 c m。全断面开挖爆破装药量对比表序炮眼列名称炮眼／药卷 l h i m J 硝铵乳化炸药炸药熊夏曩 1 掏槽眼直径 8 9 m m 3 3 ． 2 2 5 0 x 2 5 0 2辅助掏槽眼 4 2 ／ 3 2 4 2 ／ 3 5 3 3 辅助眼4 2 ／ 3 2 4 2 ／ 3 5 2 6 4 周边眼4 2 ／ 2 5 4 2 ／ 3 2 2 5 周边眼4 2 ／ 2 5 4 2 ／ 3 2 1 5 6 底板眼4 2 ／ 3 2 4 2 ／ 3 5 8 2 5 0 x 2 5 0 2l 2 - 8 6 0 0 6 0 0 1 ． 9 5 2 ． 6 55 0 x 55 0 0． 64 l 2 6 0 0 x 6 0 0 0 ． 6 4 l 2 6 4 3 x 6 4 3 1 ． 9 5 2 6 全断面开挖断面面积 1 6 ． 5 0 7 m 2 ，掘进长度按 3 ．O r ,考虑。掏槽孔直径 8 9 m m 。光面爆破参数对比名称炮距最，J 、抵 }亢线 l C m 』 l C m 』装药集中度 k d m 0 ． 1 5 ～ O．2 5 不耦合系数～般参考值 5 O ～ 6 7 6 0 ～ 7 5 m m 1 ． 5 - 2 ．5 冬瓜山硝铵炸药 6 0 { 6 0 O ． 2 1 1 ．7 乳化炸药 6 O 6 0 04 1 ． 3 1 3 - 2 - 2装药结构与秒差时间 ’ 1 硝铵炸药起爆顺序由内到外，辅助掏槽眼辅助眼周边眼底板眼；采用多段秒差起爆由内向外 1 ～ 1 0段；周边眼装药结构，小直径药卷 q b 2 5 空气间隔装药，每卷一个间隔，捆绑在导爆索上，克服底部炮眼的阻力，在炮眼底部增加药量。空气间隔装药示意图 2 乳化炸药起爆顺序由内到外，辅助掏槽眼辅助眼周边眼底板眼j 采用多段秒差起爆由内向外 1 ～ 1 0段；周边眼装药结构，直径药卷 3 2 眼底集中空气柱装。堵塞长度空气柱长度炸药长度眼底集中空气柱装药示意图采用这种装药结构，由于炮眼孔内全长均有空气，孔口用炮泥堵塞，爆炸气体有足够的膨胀空间。采用乳化炸药的不耦合系数炮孔直径／药包直径 4 2 ／ 3 2 1 ． 3 1 但对于整体性较好，较坚硬的岩石，光面爆破效果好，半子 L 率高。 4 体会本次光面爆破的试验与应用，半孔率均达 8 0 ％以上，超挖量 6 ％，无欠挖现象，取得了良好的光面爆破效果，达到了预期的试验效果，保证了施工质量与进度要求。可供类似工程参考的主要经验有 1 理论上小直径药卷有利于光面爆破，且效果良好；但实践证明使用普通药卷，只要合理地选用炸药品种，选择合理的爆破参数，优化装药结构，就能取得较好的光面爆破效果。 2 根据不同的岩石的结构构造，坚硬和破碎程度．应选取不同的光爆参数。 3 严格控制施工精度，将周边眼的外插角控制 3 5 。范围内，开眼位置误差≤5 e rai 槽孔深度应超辅助眼 2 0 c m。并按炮眼布置图进行检查，力求所有炮眼、眼底在同一平面上。 4 按炮眼设计图要求的长度进行堵塞，所用黄泥粘性要好。对于实际工程来说，由于具体条件和影响因素的千差万别，理论、试验和应用一定要与实际情况相结合，掌握各掘进段的地质构造，根据不同地段围岩的性质，随时调整光面爆破的各种设计参数，只有通过现场不断地试验和改进，才能获得比较符合现场条件的光爆参数。最终取得预期的光面爆破效果。参考文献【 t 】姚奎．新白岩寨隧道光面爆破施工技术l J Il 中／ J 、企业管理与科技上旬刊， 2 0 0 9， 6 ． [ 2 ] 代小明．隧道光面爆破旄工技术研究l J 1 ．中国科技信息， 2 0 0 9 ， 1 2 l 8 2 8 3 ． I 3 1徐振红，盖英志．光面爆破技术任硬质围岩隧道中的应用『 J 1 ．今日科苑， 2 0 0 9 ， 5 ． I 4 l 王公新，李峰，倪庆均岩巷快速掘进爆破技术研究『 J 1 ．山东煤炭科技 2 0 0 9 ， 2 ． [ 5 ] 温润国，周永辉，于鲁海．中深孔光面爆破在煤矿掘进中的应用I J 1 ．煤炭技术， 2 0 0 9 ， 1 ．【 6 1 ％j 卫．隧道工程光面爆破施工改进l J 1 l 中华建设， 2 0 0 8 ， 1 1 ． f 7 1 杨承祥，罗周全，孙忠铭，陈何．束状孔爆破新技术在深井高应力矿床的应用_ J 1 l 中国矿业， 2 0 0 6 ， 1 1 6 6 6 7 ． [ 8 】宋波，李虎，单宏兰．穆太升爆破作用对地下金属矿山围岩稳定性的影响I J 1 ．岩石力学与工程学报， 2 0 0 7 ， 73 4 6 1 3 4 6 7 ． 9 9 m 4 蜡 ∞ ％