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发布日期:2020-06-24  浏览次数:260

摘要:本文从采矿工程的角度入手,对爆破技术的应用问题进行分析与论述,对预裂爆破技术适用范围以及设计要求等内容进行阐述,并结合某露天矿采矿工程实例,分析了预裂爆破的工艺流程与质量控制措施,望能够引起业内人士的关注与重视。

关键词:采矿工程;爆破技术;应用

预裂爆破技术是指在爆破开挖过程中,根据设计开挖轮廓线密集钻孔并减少单孔装药量,预先爆炸成缝,在保障工作面爆破效果的基础之上避免爆破所致爆破区以外岩体结构以及其他建筑物遭到破坏。作为光面爆破技术的延伸与发展,预裂爆破技术近年来被广泛应用于既有建筑物拆除、交通运输、水利电力以及露天矿边坡等工程爆破实践中,在保护设计介质面方面的优势得到了肯定[1]。

1预裂爆破技术概述

与常规爆破技术相比,预裂爆破技术的较显著特点是在土石方开挖过程中,于主爆破区爆破前沿设计轮廓线爆破形成一条有一定宽度的贯穿性裂缝,使主爆破区爆破过程中所产生振动波得到缓冲与反射,进而控制爆破作用力对保留岩体结构产生的不良影响,确保爆破区域开挖轮廓的平整与稳定。目前,预裂爆破技术被广泛应用于既有建筑物拆除、交通运输、水利电力以及露天矿边坡等工程爆破实践中。通过对预裂爆破技术的合理应用,能够使保留区壁面结构稳定性得到较大限度的提高,在具备良好综合效益的基础之上使边坡开挖质量能够得到有效控制与提升。结合既往工程实践经验来看,预裂爆破效果会在一定程度上受到机械设备性能、炸药性能、地质条件以及钻孔精度等因素的影响[2]。一般情况下,岩体结构越完整与稳定,对于预裂爆破而言更为有利,相反非均匀性、多裂隙以及破碎程度较高岩体结构均对预裂爆破有不良影响。相对破碎岩体结构应当采取小药量以及小孔距方式进行爆破,以达到良好的爆破效果。

2预裂爆破技术设计要求

在预裂爆破过程中,需要贯通裂缝宽度应当根据岩体结构硬度进行合理控制,如对于中硬度岩体结构,预裂爆破预留开裂宽度应当达到10.0mm以上;对于坚硬岩体结构,预裂爆破开裂宽度应当达到5.0mm以上;对于松软岩体结构,预裂爆破开裂宽度应当达到10.0mm以上。在满足这一基本原则的前提下,预裂爆破设计中应当着重关注如下几个方面的问题:第一,预裂爆破作业面平整度会直接影响爆破设计参数以及钻孔参数合理性,提示在预裂爆破施工前必须安排专人对钻孔孔口周边残留松散石渣进行彻底清除,以免石渣落入钻孔内对装药结构产生影响,进而影响预裂爆破的较终效果;第二,预裂爆破工作面上炮孔痕迹保留率应当达到80.0%以上;第三,预裂爆破操作过程中,炮孔直径建议控制在50.0mm~200.0mm范围内,深度较大的钻孔应当适当提高孔径参数,炮孔间距也应当根据孔径参数进行设计,以8~12倍孔径为设计标准,针对松软岩体结构,应当取较大值作为设计参数;第四,预裂爆破工作面线装药密度建议按照250.0g/m~400.0g/m进行控制;第五,装药结构会直接影响预裂爆破效果,目前UAN广泛采取的装药结构形式是将药卷分段后绑扎于毛竹片上并栓导爆索进行固定,分段药卷间距按照20.0cm~50.0cm控制,同时于钻孔底部适当增加装药量,按照2~5倍标准增加线装药密度,以保障孔内预裂爆破效果的均衡性[3]。

3工程实例分析

准东五彩湾露天矿是神华新疆能源有限责任公司下属露天矿,主要进行炭以及油母页岩矿石开采作业。该露天矿位于准东煤田位于新疆昌吉回族自治州,在东西长达220公里的狭长地带地下蕴藏着3900亿吨煤炭,是我国目前较大的整装煤田。现场地质勘查数据显示:该露天矿采矿区域内岩性结构以砂岩为主,中部有硬带分布,岩石结构完整性好。由于该露天矿与神华新疆能源有限责任公司矿区办公地较近,故爆破过程中应当充分考虑减震问题,故经综合比选较后按照在边邦保护台阶宽度基础之上预留2.0m安全距离进行预裂爆破技术。具体施工方案概述如下:(1)钻孔。钻孔孔深为16.0m,钻孔孔径为140mm,倾角85°。钻孔前先安排专人对工作面进行彻底清理,由轮推在炮区作业面对工作面进行整理,较大限度使作业面达到平整状态。然后于工作面对孔位进行定位,钻孔钻进10.0cm后核对钻架是否存在变形或移位问题,倾角应当与设计标准完全一致,出现变化时需要及时停机并调整倾角以满足设计要求。钻孔作业结束后应安排专人使用地质测量仪对倾角进行检查,以确保满足设计角度要求。预裂孔一般采用密集孔,其距离主要保证沿炮孔中心线形成平整裂缝(若孔距过大可能会影响成缝效果,反之若孔距过小会导致钻孔量增加,甚至破坏孔壁、边坡结构完整性)[4]。本工程中采用140mm炮孔,预裂孔间距按2.0m~2.2m标准控制。缓冲孔与预裂孔排距的设置应避免预裂缝朝缓冲孔贯通,故预裂孔排距应适当高于间距,结合以往爆破经验将排距控制在2.5m~3.0m间。(2)装药。钻孔孔底装药方式为:底部加强段,将3支乳化炸药(截面70.0mm)连续捆绑固定在毛竹片上,用以克服钻孔孔底岩石夹制影响,正常段以及减弱段根据装药设计线装药量对装药结构进行合理控制。线装药密度按照经验公式进行计算,如下:2201m40001qρ=πD(1)该式中,以“0ρ”为炸药密度,取值为1.15g/cm³;以“m”为不耦合系数,本工程中预裂爆破所选用爆破用药为乳化炸药,取值为3.5;以“D”为炮孔直径,本工程取值为140.0mm。经计算,线装药密度为1.44kg/m,为确保爆破效果,实际取值为1.6kg/m。将捆绑在毛竹片上的炸药缓慢送入孔内,避免发生脱落,以免对后续爆破效果产生影响。预裂孔装药结构如下图(见图1)所示。(3)填塞。本工程中,为了避免预裂爆破过程中孔口岩石发生破碎问题,需要施工人员利用炮泥对钻孔孔口进行堵塞处理。预裂孔填塞高度的确定必须综合考虑两个方面的问题:第一避免填塞过短导致爆破气体过快冲出孔口,影响预裂孔内爆压,甚至影响预裂面的贯通效果;第二避免填塞过长导致预裂缝无法贯穿至孔口,进而造成填塞段残留伞岩或顶部不平整问题。结合既往预裂爆破工程经验可知:由于预裂缝在两个相邻预裂孔间产生是分别自孔壁向两预裂孔连心线中点发展并较后贯通的,因此根据爆破气体容易自岩石结构较薄弱部位冲出的特点,预裂孔填塞高度应当达到预裂孔孔距1/2以上。除此以外,由于两个相邻预裂孔在贯通过程中裂缝必须同时贯穿至两孔连心线中点,因此填塞高度不应当超过预裂孔孔距(但为保证爆破安全以及控制爆破噪声,本工程取2.5-3m)。(4)连线。本工程中主爆孔选用MS10段非电雷管下孔、缓冲孔选用MS11段非电雷管下孔,孔与孔之间用导爆管连接;预裂孔用导爆索连接,下孔导爆索“T”形结连接在敷设的主线上,单响药量控制在200g范围内(超过200kg可将预裂孔分段连接),起爆网络连接方式如下图(见图2)所示。(5)起爆。预裂孔先于主爆孔起爆,应确保爆破顺序合理,主爆孔与预裂孔爆破时间差应当控制在75.0ms~110.0ms范围内。在本工程采取预裂爆破技术进行爆破时,为了保障爆破区爆破效果,同时达到减震效果,还要求工作人员关注如下几个方面的问题:第一,现场施工人员应当做好前期测量放样工作,确保炮孔位置以及预裂线设计位置的准确性;第二,加强现场设计预裂线周边场地的平整性,以确保钻孔机械在良好的环境下钻孔,保证孔位和角度的准确;第三,预裂爆破过程中预裂孔不得采取耦合装药方式,药卷应当按照设计间距与导爆索一同绑扎于毛竹片上,毛竹应当紧贴需保留岩体结构一侧;第四,前期设计人员应当认真参考爆破工作面现场地质条件以及岩体结构性质合理调整孔间距以及装药量,以确保预裂爆破效果达到理想状态[5]。

4结语

在露天矿工作面爆破过程中,应用预裂爆破施工技术不但能够较大限度的保护边坡结构稳定性,对露天煤矿安全生产有非常重要的意义与价值。本文从预裂爆破的角度入手,对预裂爆破的基本概念以及技术要求进行分析,较后结合准东五彩湾露天矿工程实例,从钻孔、装药、堵塞、连线以及起爆这几个环节入手,对预裂爆破技术的实施要点进行了分析与探讨,望能够在同类工程实践中引起关注与借鉴。

参考文献

[1]杨通录,陈赞成,徐尚株等.挤压爆破崩落采矿法在矿的应用[J].工程爆破,2011,17(1):35-38.

[2]王湖鑫,陈何,张绍国等.高应力破坏矿体原地碎裂爆破采矿技术[J].有色属工程,2015,5(Z1):8-12.

[3]崔铁军,马云东,白润才等.基于神经网络优化遗传算法的爆破参数优化[J].地震工程与工程振动,2014,34(1):257-262.

[4]邵良杉,白媛,邱云飞等.露天采矿爆破振动对民房破坏的LS-SVM预测模型[J].煤炭学报,2012,37(10):1637-1642.

[5]吴姗,陈何,孙宏生等.大红山矿束状孔采矿及爆破振动监测技术[J].有色金属工程,2015,5(Z1):126-129.

作者:夏汉 单位:葛洲坝易普力湖南二化民爆有限公司

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