光面爆破在吳集鐵礦大斷面巷道掘進中的應用
朱國濤 王曉飛 詹進 (五礦邯邢礦業(yè)安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司，安徽六安，237462) 摘要：吳集鐵礦在大斷面硬巖巷道掘進中應用Boomer 281型鑿巖臺車，鉆鑿孔深為3．3m的炮孔。為了提高巷道成型平整度，通過對光面爆破孔間距、裝藥結構等爆破參數(shù)進行多次現(xiàn)場試驗，獲得了合理的爆破參數(shù)，提高了掘進循環(huán)進尺，降低了爆破成本。 關鍵詞：深孔光面爆破技術；爆破參數(shù)；裝藥結構；爆破評價 1工程概況 吳集鐵礦(北段)為大型隱伏性變質磁鐵礦床，F(xiàn)e2礦體為主礦體，走向長3．2km，賦存標高-663 ～ 33m，厚度2．0～58．7m，平均厚度22．23m。礦石主要為磁鐵礦，赤鐵礦、褐鐵礦次之，礦石結構主要為他形～半自形晶結構、粒柱狀變晶結構、篩狀變晶結構，礦石構造簡單，呈條帶狀或條紋狀構造。礦石平均密度為3．33t／m3，f系數(shù)為12～18。圍巖為混合巖、片麻巖，巖石平均密度為2．9t／m3，f系數(shù)為8～12，礦石抗拉強度為3．38MPa，抗壓強度為227MPa，泊松比為0．27，圍巖抗拉強度為3．34MPa，抗壓強度為96MPa，泊松比為0．23。礦巖整體穩(wěn)定性較好。 吳集鐵礦(北段)首采段確定為-400m以上的水平礦體，主要采礦方法為階段空場嗣后充填法回采，階段高度為100m，分段高度為25m，冀度為20m，采場垂直礦體走向布置，厚度為礦體的水平厚度。采礦主體裝備水平國內領先，主體出礦設備采用斗容為6m3的TO-R01400E電動鏟運機；主體鑿巖設備采用Simbal354電動液壓鑿巖臺車鑿巖扇形向上中孔；巷道掘進采用Boomer281液壓鑿巖臺車，其釬桿長度為3．5m，施工最大深孔為3．3m，鉆頭直徑45mm，鉆孔直徑48mm，掘進巷道類型主要為沿脈平巷、鑿巖平巷以及切割巷等平巷，斷面規(guī)格為4．2m×4．1m(寬×高)。 由于吳集鐵礦(北段)圍巖的強度屬于堅硬以上的I、Ⅱ級巖石，因此為了加快掘進施工進度，縮短工期，有必要開展深孔大斷面一次簡易光面爆破技術的研究[1,2]，及時優(yōu)化和調整爆破相關參數(shù)和爆破工藝。 2爆破參數(shù)的確定 2．1 孔間距 周邊孔孔間距是影響巷道斷面輪廓成型的主要因素。具體選取時應結合巖石分級等條件分別對待。對于發(fā)育較弱、節(jié)理面較少、整體性較好、中等穩(wěn)固的巖石巷道可以全斷面一次爆破成型，周邊孔孔間距適當大些；對于地質構造條件復雜、發(fā)育較強的穩(wěn)固性較差的巖石巷道，一般采用“弱爆破、短進尺、強支護”的施工原則進行施工，降低爆破對圍巖的損傷和松動，此時周邊孔間距可以適當減小些。 周邊孔間距E一般按照實用經(jīng)驗公式確定： E=(12～15)d 式中，E為周邊孔間距，mm；d為炮孔直徑，mm。 經(jīng)計算，周邊孔間距E=576～750mm。由于本工程掘進遇到中等以上強度的堅硬圍巖，因此結合圍巖分級情況，周邊孔間距取E=600～～700mm。 2．2最小抵抗線 光面爆破最小抵抗線W對巷道輪廓影響較大，過大會使斷面輪廓產生欠挖，過小斷面輪廓產生超挖，均達不到理想爆破效果。光面爆破最小抵抗線一般用光爆層的厚度表示，最小抵抗線W與裝藥密集系數(shù)m有關，可以用半經(jīng)驗公式確定，即m=E/W。 根據(jù)經(jīng)驗，裝藥密集系數(shù)m一般取m=0．5～1．2。對于巖體整體較完整，中等穩(wěn)固性的堅硬的巖石，取m=0．9～1．2；穩(wěn)定性較差的軟巖，取m=0．5～0．8。吳集鐵礦圍巖主要是堅硬以上強度巖石，炮孔密集系數(shù)取m=0．9比較合理。結合試驗效果，最小抵抗線取W=700～750mm。 2．3裝藥集中度 周邊孔裝藥集中度q一般按照總結裝藥量的實用經(jīng)驗公式確定： 
式中，q為裝藥集中度，g／m；Rc為巖石抗壓強度，MPa；其余符號意義同前。 周邊孔間距E取值0．7m，最小抵抗線形取值0． 75m，代人其他數(shù)據(jù)計算：礦石巷道裝藥集中度為219g／m；巖石巷道裝藥集中度為142g／m。 礦山根據(jù)理論計算的數(shù)據(jù)進行了試爆，但爆破效果不甚理想。通過分析，得出其主要原因是由于單孔裝藥量偏少，因此經(jīng)不斷優(yōu)化和調整單孔裝藥量，最終確定裝藥集中度q=330g／m。 3巷道斷面炮孔布置 Boomer 28l液壓鑿巖臺車鉆鑿的炮孔一般為垂直掌子面的直孔，掘進采用直孔掏槽．尤其以梅花形布置爆破效果最佳，掏槽孔間距為150～300mm，掏槽孔槽腔位置布置在斷面的中央偏下，掏槽孔布置距底板高度為1．8m，要求比其他孔超深200mm左右，掏槽孔的崩落面積約為全斷面的5％～10％。 
根據(jù)上述要求，在巷道斷面內一共設計施工了11個掏槽孔，如圖1所示。中間1號孔裝藥，2～5號孔不裝藥，其余孔裝藥。輔助眼、周邊眼布孔形式為環(huán)形布置，輔助眼孔共設計施工20個直孔，孔間距為400～700mm。周邊眼炮孔一般布置在巷道設計輪廓線上，通常情況孔應向外稍微有一定的傾角(3°～5°)，底孔孔口應高于底板的150mm左右，周邊孔和輔助孔孔底落腳點盡量平齊。 4裝藥結構 為了降低炮孔壁上的爆破應力波的峰值，增強應力波的時間效應，降低沖擊波對巖石的碰撞，有效利用炸藥釋放的能量，改善爆破效果，光面爆破周邊孔裝藥結構應采用標準藥卷間隔不耦合裝藥。一般不耦合裝藥系數(shù)取kd=1．25～2．0，經(jīng)計算周邊孔不耦合裝藥系數(shù)kd為1．37，滿足光面爆破對裝藥結構的要求。 具體的裝藥結構為：周邊孔、掏槽孔和輔助孔爆破炸藥采用水膠乳狀炸藥，藥卷直徑35mm，每卷質量為350g，長度為400mm[3]。光面爆破周邊孔裝藥結構采用空氣柱分段間隙裝藥[4]，輔助孔和掏槽孔裝藥結構采用連續(xù)裝藥。炮孔孔口用黃泥堵塞，堵塞的長度一般不大于500mm，起爆順序是掏槽孔—輔助孔—周邊孔，起爆采用毫秒延期非電雷管，周邊炮孔起爆選取相同段數(shù)。 5合理光面爆破參數(shù) 合理的爆破參數(shù)需經(jīng)過反復試驗，通過對爆破效果的量化分析，才能獲得最佳參數(shù)。吳集鐵礦(北段)平巷施工爆破試驗地點選擇在-325n，水平，試驗方法為：同一爆破參數(shù)至少重復3次，取平均值作為爆破效果的評定，再根據(jù)不同周邊眼孔間距、光爆層厚度、單孔裝藥量以及不同裝藥結構的爆破效果，逐步優(yōu)化和調整爆破參數(shù)。 試驗過程中分別對周邊眼孔間距550mm，600mm，650mm，700mm， 750mm和光爆層厚度700mm以及單孔裝藥量相同等進行多次反復試驗；周邊眼孔間距保持不變，開展了單孔裝藥量225g／m，339g／m，452g／m的爆破試驗。 根據(jù)爆破效果，可知施工過程中I、Ⅱ級圍巖周邊眼孔間距以600～700mm為宜；根據(jù)形成巷道斷面質量，可知單孔裝藥量控制為339/m為宜；不同的裝藥結構對爆破影響較大，炮孔內裝藥越均勻其爆破效果越好。 因此通過光面爆破參數(shù)理論計算，根據(jù)爆破效果逐步調整和優(yōu)化相關爆破參數(shù)后再進行反復試驗，最終優(yōu)化的光面爆破參數(shù)見表l和表2。 
6光面爆破評價 通過吳集鐵礦大斷面巷道施工過程中開展的深孔光面爆破試驗，取得的效果總體評價如下： (1)提高了巷道成型質量，改善了施工作業(yè)安全條件。經(jīng)爆破后的巷道輪廓平整性好，超挖欠挖現(xiàn)象減小，頂板幾乎無浮石，巖壁上半孔分布比較多，半孔率可達9l％以上，實現(xiàn)了爆破對周邊圍巖的弱擾動。 (2)掏槽孔進尺達到3．2m，周邊孔達到3．Om，平均進尺可達3．Om，炮孔利用率為93．5％，炸藥單耗為1．63kg,／m3。 (3)爆破后巖渣粒度控制在750px以內，渣堆比較集中不需要進行二次放炮處理，便于鏟裝。 (4)對巷道圍巖進行5個月位移監(jiān)測，位移累計值均小于lOmm，監(jiān)測數(shù)據(jù)未出現(xiàn)急劇異常變化和偏幫冒頂?shù)痊F(xiàn)象。 (5)Boomer281液壓鑿巖臺車的使用，提高了掘進臺班效率，大大降低了工人勞動強度，加快了循環(huán)進尺，其工料成本降低了5％以上。與采用7655鑿巖機施工大斷面巷道掘進相比，Boomer281液壓鑿巖臺車能保證炮孔的平、直、齊、準，更加保障光面爆破的質量。 7結束語 吳集鐵礦采用Boomer 281鑿巖臺車進行了大斷面巷道掘進的深孔光面爆破試驗，獲得了相關的爆破參數(shù)。結果表明，推廣光面爆破技術在施工大斷面巷道的應用，不但可以加快施工進度，改善爆破效果，還能改善施工作業(yè)安全條件，降低工料成本。 參考文獻 [1]于亞倫．工程爆破理論與技術[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2004：193～211． [2]周乃松．光面爆破一次成型法在程潮鐵礦大斷面巷道掘進的應用[J]．現(xiàn)代礦業(yè)，2006，6：625～628． [3]陳鵬剛，等．李樓鐵礦硬巖巷道掘進實踐[J]．現(xiàn)代礦業(yè)，2013，4： 101～102． [4]劉峰吉，等．巷道整收中光面爆破參數(shù)的優(yōu)化及應用[J]．現(xiàn)代礦業(yè)，2013，3：92～93． *基金項目：十二五國家科技支撐計劃“特大型地下礦山規(guī)?；_采關鍵技術”(2013：BAB02804)
|
