小井藥室強制放頂空區處理技術的實踐?

王衛東，盛 佳，李向東，江飛飛，王滿堂

(1.嵩縣金牛有限責任公司， 河南嵩縣 4714351；2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南長沙 410012；3.國家金屬采礦工程技術研究中心， 湖南長沙 410012)

小井藥室強制放頂空區處理技術的實踐?

王衛東1，盛 佳2，3，李向東2，3，江飛飛2，3，王滿堂1

(1.嵩縣金牛有限責任公司， 河南嵩縣 4714351；2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南長沙 410012；3.國家金屬采礦工程技術研究中心， 湖南長沙 410012)

某大型金礦對厚礦體采用兩步驟空場回采嗣后崩落采礦法開采，其中一步驟采場采用中深孔回采，二步驟采場采用分段扇形中深孔側向崩礦嗣后放頂。結合一步驟采場回采工程，開展了小井藥室強制放頂爆破設計，并計算與評估爆破振動與爆破沖擊波的安全允許距離，及對地表建筑物的影響，通過強制放頂，為二步驟采場的安全回采提供了保障。

側向崩礦；小井藥室；嗣后強制放頂；空區處理；爆破安全

0 引 言

某大型巖金礦山70號脈1304中段以上采用兩步驟空場回采方案，即沿礦體走向每隔100m劃分為一個盤區，由4個寬10m的一步驟采場，3個寬20m的二步驟采場構成。一步驟采場采用中深孔回采完畢后，隨著一步驟采空區暴露面積的增加，二步驟采場回采中須進行采空區處理，根據國內外現有的采空區處理方法與礦山生產現狀，提出了采用中深孔放頂、硐室條狀藥包放頂、小井藥室放頂3種強制放頂方案。通過多方案技術經濟及優缺點比較，最終選用小井藥室放頂崩落圍巖形成20m以上厚度的緩沖層，從而避免或降低頂板冒落造成的空氣沖擊波危害。

1 小井藥室強制放頂爆破設計

二步驟采場各分段回采完隨即進行小井藥室放頂工程施工，根據驗收后的數據，繪出各小井藥室間的剖面圖，確定爆破最小抵抗線、裝藥量、起爆順序、爆破網絡、堵塞工程量等爆破參數。各小井藥室驗收數據見表1。

1.1 最小抵抗線、裝藥量及起爆順序

根據小井藥室施工情況確定最小抵抗線和各藥室的起爆順序。測量小井藥室的實際深度，依據各小井藥室相互之間的距離及空區位置作出剖面圖，得到各藥室的最小抵抗線。由于采用分段微差爆破，各藥室以前爆破面小井硐室的爆破漏斗和向下的空間為自由面，各小井爆破的最小抵抗線是動態的，并且硐室處于多面臨空狀態。根據施工的硐室狀態，調整硐室的起爆順序，為后面的藥室創造多個自由面。根據起爆的先后順序，作出各相鄰硐室的沿走向和傾向的剖面圖，計算各硐室的最小抵抗線，強制崩落空區頂板，處理空區，釋放頂板應力，保證采場回采的安全。頂板爆破對塊度要求不高，采用加強松動或松動爆破。爆破作用指數n＝0.7～0.8，根據公式(1)計算各放頂硐室裝藥量，各藥室最小抵抗線、裝藥量、起爆順序見表2。

表1 藥室施工后坐標及深度參數

式中:Q——計算藥量，Kg；

e——炸藥換算系數，對2號巖石炸藥e＝1.0，此處取值1.0；

K′——松動爆破藥量系數，對多臨空面或崩塌爆破K′＝(0.125～0.4)K，此處取值0.3K；

K——標準單耗，kg/m3，正長巖為1.4；

l——條形藥室長度，m；

W——最小抵抗線，m。

表2 各小井藥室爆破參數及起爆順序

1.2 藥室裝藥結構及堵塞

裝藥之前，觀察并排干藥室的積水，輔設防潮塑料布，然后按設計進行裝藥，散裝炸藥用麻繩吊裝下放到工作面，分層一袋一袋地碼好，并預留安裝起爆藥的位置，每個藥室安裝2個起爆藥包，炸藥和起爆藥包安好后，用塑料布包好防潮，引出雷管腳線，雷管腳線用20mm的塑料管保護好，并可用線卡固定在井壁上，先填塞2m厚的砂或粘土，然后填塞小顆的廢渣，雷管腳線盡可能引出藥室，雷管腳線長度不夠時，可用導爆索連接，但導爆索必須距炸藥位置7 ～8m，保證導爆索不引爆炸藥。放頂藥室裝藥結構見圖1，小井藥室強制放頂平面布置見圖2。

1.3 起爆網路

1～6號藥室的導爆索連在1337巷的主導爆索上，7、8號藥室的導爆索連在1344北部巷道的支導爆索上，10～12號藥室的導爆索連在1344南部放頂巷的支導爆索上，9號藥室的導爆索連在21線穿脈的主導爆索上，上山的主導爆索分別與1337巷的支導爆索和21穿脈主導爆索連接，23線穿脈的主導爆索分別連接1344南部放頂巷的支導爆索和21線穿的主導爆索連接，1344北部放頂巷的支導爆索與21線穿脈的主導爆索連接，21線的主導爆索與起爆雷管連接，起爆雷管腳線與4000m長的導爆管連接到地表，并聯接到電子激發起爆器上，各分支主導爆索都采用雙線，組成復式起爆網絡。起爆網絡連接搭接長度不能小于10 cm，連接角度大于90°。

圖1 藥室裝藥及堵塞結構

圖2 小井藥室強制放頂平面布置

導管爆速1500～2000m/s(網絡計算取2000)，導爆索爆速＜6500m/s(網絡計算取5000)，計算各段起爆雷管起爆時間(傳爆延時＋雷管延時)見表3。

2 強制放頂爆破安全評估

2.1 爆破振動安全允許距離

爆破振動安全允許距離，可按式(2)計算。

式中:R——爆破振動安全允許距離，m；

Q——炸藥量，延時爆破為最大一段藥量，單段最大藥量為2800 kg；

V——保護對象所在地質點振動安全允許速度，東坪村土坯房，安全規程允許的質點振動速度為0.7～1.2 cm/s；

K——與爆破點至計算保護對象間的地形、地質條件有關的系數，通過現場地震波回歸分析得479；

a——與爆破點至計算保護對象間的地形、地質條件有關的衰減指數，通過現場地震波回歸分析得1.94。

計算可得R為406m，考慮一定的安全系數，放頂爆破時東坪村及礦辦公區的建筑物內人員必須撤離建筑物。放頂爆破后經檢查建筑物沒有開裂、破壞，才允許人員進入建筑物內工作。放頂爆破時在地表劃定危險區域。

表3 各段雷管的起爆時間與網絡傳爆時間

2.2 爆破振速對地表建筑物及村莊的影響

放頂硐室最大一段藥量是10號硐室，藥量為2800 kg，最大單段藥量爆破中心點離東坪村的水平距離L為393m，垂直高度為117m，爆破中心點離東坪村直線距離為408m。根據薩道夫斯基公式和擬合公式計算最大單段藥量下爆破振速，見表4。

計算結果與《爆破安全規程》(GB 6722－2003)爆破振動安全允許標準值進行比較可知，東坪村、服務公司的房屋是屬于土坯房結構，爆破振速超過最大安全允許值，可能會對房屋產生破壞，充填站、技術樓、辦公樓等建筑屬于大型砌塊建筑或鋼筋混凝土結構，爆破振動值小于或接近允許值。

2.3 爆破沖擊波安全允許距離

爆破沖擊波安全距離的計算:

式中:R——沖擊波的安全距離，m；

K——系數，有掩體取15，無掩體取30；

Q——最大一段起爆藥量，2790 kg。

計算得爆破沖擊波的安全距離為211m、422m。因此放頂爆破時，井下作業人員必須撤離到地面，起爆人員在地表安全地方進行起爆。

表4 放頂爆破時預測地表重要構筑物地點爆破振速

2.4 爆破崩落頂板巖塊冒落氣浪分析

根據繞流模型沖擊氣浪的估算，計算得到崩落巖石氣流速度達v＝u＋0.8vmax＝88.5m/s；這一速度遠超出了安全規程規定的數值(12～15m/s)。因此，須采取相應的措施防護冒落沖擊波危害。在崩落頂板之前對各中段通向主副井的通道和壓縮機硐室和變電硐室要用沙袋堆砌阻波墻，墻體厚度大于2～3m。

3 強制放頂處理空區實施效果

一步驟采場內礦石大部分出完，在采場底板留有部分礦石墊層，以保證后續工序的安全性。盤區采場回采后要求進行強制放頂工作，由于強制放頂炸藥量大，地表建筑物多，放頂爆破地點離東坪村較近，雖然考慮了爆破振速對地表建筑物及村莊影響及爆破沖擊波安全允許距離，但東坪村民房屬土坯房結構，大爆破仍可能對東坪民房造成破壞性影響，爆破前公司委托地方政府實施搬遷工作。盤區采場強制放頂爆破后，對現場進行實地勘測，估算崩落實體18000m3，形成散體28800m3，回填近30%的采空區，炸藥單耗為1.0 kg/m3，強制放頂消除了空區隱患，達到預期的空區處理效果，為后續采場安全、高效回采提供了保障。

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2015-06-02)

王衛東(1975－)，男，河南汝南縣人，工程師，主要從事采礦工藝研究及現場管理工作，Email:shengjia001＠163.com。

國家科技部科研院所專項基金項目(2014EG215027)；“十二五”國家科技支撐計劃項目(2013BAB02B00).