深孔爆破增加覆蓋層厚度的研究與應用

田培江，彭府華（.河源市紫金天鷗礦業有限公司， 廣東河源市 57463；.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南長沙 400）

深孔爆破增加覆蓋層厚度的研究與應用

田培江1，彭府華2
（1.河源市紫金天鷗礦業有限公司， 廣東河源市 517463；2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南長沙 410012）

介紹了無底柱分段崩落法覆蓋層的重要性及形成方法，結合下告鐵礦的采礦背景，設計出覆蓋層厚度補充的實現方法。通過對爆破方案中炮孔的布置、裝藥結構和起爆方式的確定以及爆破安全距離的圈定，成功實現了對覆蓋層厚度的補充。

無底柱分段崩落法；覆蓋層；深孔爆破；爆破方案

0 前 言

無底柱分段崩落法的一個關鍵因素是崩礦過程中覆蓋層的形成。覆蓋層厚度必須滿足：第一，礦石崩落后能夠埋沒在崩落層下，否則不能形成擠壓爆破條件；第二，若發生大量圍巖突然冒落，保證覆蓋層能夠起到緩沖作用。因此，保證覆蓋層厚度是無底柱分段崩落法安全進行的前提條件。覆蓋層形成的方法有多種：礦體上部已采用空場采礦法回采，下部采用無底柱分段崩落法時，可在采空區圍巖中布置深孔或洞室，在回采礦柱的同時，崩落采空區圍巖，形成覆蓋層；由露天轉入地下開采的礦山可以采用藥室或深孔爆破邊坡巖石，形成覆蓋層；圍巖不穩定的盲礦體，隨著礦石的回采，圍巖自然崩落形成覆蓋層；新建礦山開采圍巖穩固的盲礦體，需要人工強制放頂時，按形成覆蓋巖層與回采工作先后不同，可分為集中放頂、邊回采邊放頂和先放頂后回采3種。

1 礦山采礦背景

下告鐵礦隸屬河源市紫金天鷗礦業有限公司，礦區位于河源市的東南部、紫金縣城的西南部。下告礦區地形起伏較大，最低高程159.63m，最高高程為北部的帽子棟531.90m，相對高差372.27m。地形坡度10°～20°，北部地段大于20°，屬低山丘陵地貌。下告鐵礦從2008年底開始投產，開采初期采用空場采礦法，經過前期的采礦后，全礦共有4個采空區即6001，6005，6009和6013，且僅有＋47，＋60，＋75m和＋90m四個水平有采空區存在，空區底板標高最低為＋46.7m，頂板標高為＋107m，凈空區高度25.8～60.3m，凈空區總面積為1891 m2，總體積約為8.28萬m3。為了適應礦山生產的需要，礦山規劃對原采礦方法進行了改造，＋47m以下由原來的分段空場法改為無底柱分段崩落法。近年來，礦山一方面對上部空場法開采中段的礦柱進行了有效的回收開采，同時對采空區進行了必要的處理，為過渡到無底柱分段崩落法開采形成覆蓋擠壓層。但是，隨著采礦的進行，覆蓋層厚度已不能滿足下部安全生產的要求，另外，由于空區上覆巖層比較穩固，暫時不能大范圍自然崩落形成覆蓋層，因此，需強制崩落圍巖以滿足覆蓋層安全厚度的要求。

2 爆破設計與施工

2.1 炮孔布置

本次爆破區域在3401，3402，3404，3406，3408，3410采場的上盤，崩落區面積約1320m2，崩落高程為＋38.6～＋61m，高度約為22.4m，崩落巖石約4萬t。爆破區域巖石為大理巖，f≥7～9，體重2.6 t／m3，巖石松散系數均為1.5。設計在＋34m水平的3402和3406采場上盤圍巖中布置2個鑿巖硐室，布置水平扇形深孔。炮孔布置形式見圖1。

炮孔總數為138個，最大孔深47.3m，孔徑105 mm，每米孔裝藥量7.85kg，爆破總裝藥量約19.92 t。第1～9排孔的裝藥量分別約為0.70，3.5，2.25，2.64，2.53，2.24，2.32，1.95，1.76t。

2.2 裝藥結構和起爆方式

該工程深孔爆破采用以硝銨粉狀炸藥為主，硝銨卷筒炸藥為輔的裝藥方式。粉狀炸藥通過BQF－100裝藥器裝入孔內，孔口一般留2～15m不裝藥，個別密集孔的孔口不裝藥長度適當增加。起爆藥卷用帶木塞的輸藥管或頂端帶木塞的塑料管推入孔內。穿孔的必須在孔底堵塞。所有孔口都要用炮泥堵塞，堵塞長度0.5～0.8m。

圖1 炮孔布置

孔內采用2根導爆索傳爆，2根導爆索在粉藥裝填時隨炸藥一起送入孔底，并伸出孔口0.5m，導爆索引爆采用2發非電毫秒雷管，分別接入主網絡，即每2發非電雷管為一組接入主網絡共同引爆孔內導爆索。孔外采用2根塑料導爆管起爆傳爆，2發非電雷管引爆導爆管。本次爆破以一次分段爆破的方式實現，共分20段進行爆破，在地表警戒區外用起爆器起爆。

2.3 安全距離與警戒范圍確定

2.3.1 地震波安全距離計算

式中：R——測點至爆源的中心距離，m；

K、α——與介質、場區條件等有關的常數，參考類似礦山，K取200，α取1.5；

V——質點最大允許速度，中等穩固巷道取20 cm／s、地表建筑，一般磚房取2.3cm／s，鋼混房屋取3.5cm／s；

Q——同段起爆的最大藥量，本次爆破Q＝1400kg。

計算結果為：民房R＝221m；井巷R＝52m。

2.3.2 空氣沖擊波安全距離計算

由于空間的限制，用相同的藥量爆炸時，井下的沖擊波要比露天嚴重得多，而且傳播相當復雜，但目前僅露天爆破有相應的參考公式，而井下爆破沒有可依據的公式，因此本次井下爆破沖擊波安全距離R按以下3個公式分別進行計算，最后根據本次爆破情況確定較為合理的安全距離。

根據對被保護對象允許超壓值計算：

式中：Ka——安全系數，取Ka＝1.48；

Pm——允許的安全超壓峰值，根據爆破安全規程中空氣沖擊波超壓對人員的安全允許標準，取Pm＝0.2×105Pa；

a——經驗系數，取a＝1.55；

Q——一次爆破最大裝藥量。

式中：K——系數，按爆破作用指數和被保護對象的允許超壓值選取，對人取7；

Q——毫秒延期時，為本次爆破總藥量，kg。

各參數意義同式（2）。

按上面3個不同公式分別進行計算得到：

根據爆破區環境條件，結合歷次爆破情況，本次爆破地震波安全距離選取300m，爆破空氣沖擊波安全距離選取800m。

本次爆破后覆蓋層厚度和巖石塊度都基本符合設計要求，同時采空區上覆巖層也在本次爆破的誘導下開始冒落，為采空區上覆巖層以后的自然冒落打下基礎，減輕了給井下生產帶來的安全隱患。圖2為爆破后采空區上覆巖層冒落。

圖2 地表冒落

3 結 語

無底柱分段崩落法在地下采礦中應用廣泛，其中覆蓋層厚度是一個關鍵因素。結合下告鐵礦實際采礦背景，設計了利用水平扇形中深孔爆破上盤圍巖來補充覆蓋層厚度。通過對炮孔布置方式、炮孔裝藥結構、起爆方式和爆破安全距離圈定的設計，成功實現了爆破圍巖對覆蓋層厚度的補充，爆破后覆蓋層的厚度補充和巖石塊度都能滿足設計要求。本次爆破上盤圍巖補充覆蓋層厚度不僅為井下生產提供了安全保證，還帶來了很好的經濟效益。

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2012－01－16）

田培江（1983－），男，貴州畢節人，助理工程師，主要從事采礦技術研究，Email：Tianpeijiang198307＠163.com。