光面爆破一次成型法在大断面巷道掘进中的应用.pdf

技术经验 I MP化I矿物与加I 2 0 0 6年第 7期 文章编号 1 0 0 8 7 5 2 4 2 0 0 6 0 7 0 0 2 9 一O 4 光面爆破一次成型法在大断面巷道掘进中的应用。 罔乃松 武钢程潮铁矿， 湖北 鄂州4 3 6 0 0 0 摘要 程潮铁矿引进先进的掘进设备 B o o me r 2 8 1掘进 台车， 凿岩机为 C o p o 1 8 3 8凿岩机． 使 用掘进台车光面爆破一 次成型法在大断面巷道中掘进取得 了成功。实践 了光爆 ． 减少巷道的欠挖和超 挖量， 减少对 围岩 的破坏． 提高施工质 量， 并保证 围岩的壁面平整． 增强 了围岩的稳定和施工安全， 延长了巷道 的使用寿命， 减少巷道的维护费用。 关键词 光面爆破 ； 一次成型 ； 大断面 ； 程潮铁矿 中图分类号 T D 2 3 5 ． 3 7 4 文献标识码 B 0 概述 程潮铁矿是武钢的优质原料生产基地， 兴建 于 1 9 5 8年， 1 9 6 9年 1 1月投产， 一期工程设计 能 力为 1 5 0万 t ／ a 。随着我国钢铁工业的发展， 先后 于 1 9 8 8年和 1 9 9 1年进行过两 次扩改， 目前采选 设计能力 2 8 0万 t ／ a ， 球团 1 2 0万 t ／ a 。现正进行 第二期工程的建设。随着武钢程潮铁矿井下采场 结构 由小断面 3 ． 2 m X 3 ． 2 m 、 低分段 h 1 4 m 向大断面 4 ． 0 m X 3 ． 6 m 、 高分段 h1 7 ． 5 m 的 转型， 先后引进了国外先进 的大型采掘设备， 使得 程潮铁矿矿石生产能力得到大幅度提高。为了适 应这一变化， 对井下大断面巷道掘进采用光面爆 破一次成型进行了深入研究， 并经过了 2 ～3年的 实践， 取得了重大突破。 1 矿岩性质和采场结构参数 1 ． 1 矿 岩性 质 程潮铁矿为接触交代矽卡岩矿床， 全区共有 6个主要矿体。东区有 工、 Ⅱ、 Ⅲ 3个 主要矿体， 矿体产状呈不规则透镜状， 除 工号矿体有地表露 头外， 其余均为盲矿体 ， 目前 开采 Ⅱ、 Ⅲ矿体。矿 石有粉矿 、 碎块矿、 块矿 3种类型。粉矿和碎块矿 结构松散 、 孔隙度大 、 极不稳定， 碎块矿 f 2 ～6 ， 顶盘围岩 主要 为闪长岩， f 9～1 3 ， 其次为大理 岩、 矽卡岩和石英长石斑岩、 石膏等。闪长岩和大 理岩节理裂隙发育， 可爆性 差； 底盘围岩主要为花 收稿 日期 2 0 0 6一O 4一O 6 岗岩和矽卡岩， f 1 0 ～1 5 ， 其次为石英长石斑岩， f 1 5 ～2 0 。花 岗岩的稳固性较好， 岩石的可爆性 差， 矽卡岩节理发育 、 易碎， 稳固性极差， 可爆性较 好， 矿岩接触带一般 为矽卡岩。总的来说围岩较 矿石稳固。 1 ． 2 采 场结 构参数 该矿以 1 5号勘探线为界， 分为东、 西两个矿 区， 东区在 一3 6 0水平 以上 曾采用的采场结构参 数为 中段 高度 7 0 m， 分段 高度 1 4 m， 进 路 间距 1 0 m。 目前东、 西 区采场结构参数如下 东区 中段高 7 0 m， 分段高 1 7 ． 5 m， 进路间距 1 5 m， 进路净断面 3 ． 8 m3 ． 6 m。 西 区 中段高 7 0 m， 分段高 1 7 ． 5 m， 进路间距 1 5 m， 进路净断面为 4 m3 ． 6 m。 2 光面爆破一次成型法的施工 2 ． 1 凿 岩爆破 参 数 f1 ．单位炸药消耗量 q 掘进采用的炸药为硝铵炸药 2岩石炸药 。 当矿石整体性较好， 爆破韧性大， 可爆性差时其单 位炸药消耗量 q k 2 ． 4 8 k g ／ m3 。 该矿围岩种类多， 为简化起见分两类 一类是 坚固性岩石， 其单位炸药消耗量 q j 2 ． 4 8 k g ／ m3 ； 另一类为中等坚固性岩石， 单位炸药消耗量， c h2 ． 2 8 k g ／ m。 。对 于局部地方， 根据 矿岩性 质 稍对炸药单耗作微调。 2 9 维普资讯 技术经验 I MP化I矿物与加I 2 0 0 6年第 7期 b ．炮眼深度 L 程潮铁 矿采用的掘 进设 备 为 B o o me r 2 8 1掘 进台车， 凿岩机型号为 C o p o 1 8 3 8 ， 钎杆长度为 3 ． 7 m， 炮眼深度在 3 ． 2 ～3 ． 3 m。 C ．炮眼数 目 N 光面爆破工作面的炮眼数 目不同于普通巷道 掘进工作面， 光面爆破其周边眼距小， 周边眼装药 量少， 根据该特点， 先求出周边 眼数 目， 然后按平 均装药量原则计算 出其它炮 眼数 掏槽眼、 辅助眼 和底板眼 。 ① 周边眼数 目 N。旦 1 式中 B一 巷道 的掘进宽度； B z 一 巷道 的掘 进周长 ； a 一 为周边眼平均 间距 mm ，取 a 4 5 0～ 5 5 0 mm 。 N 。 1≈ 2 0． 41 取 2 1 个周边眼， 一般布置 2 0～2 1 个眼 含两个角 眼 。 ② 掏槽眼、 辅助眼和底眼数 目N N 值按一次爆 破的需要总装药量减去周边 眼装药量， 使剩余的药量 平均分配在 N 内来计 算 N Q q s l v 2． 4 8 X 1 4． 9 6 X 3 ． 2 X 0． 9 4 1 1 1． 6k g 式中 Q一 按定额确定的一排炮所需的总装 药量 k g ； s 一 巷道的断面积 m ； L一 炮孔平均 深度 m ； 口 一 按实际确定的单位炸药消耗量， 2 ． 2 8～2 ． 4 8 k g ／ m 3 ； 通过大量实验取 f1 2～ 1 5 ， S1 2～ 1 5 ； 叩 一 炮眼利用率， 为 0 ． 9 4 ； Qo 一 除周边眼外， 每个炮眼的平均 装药量 k g ， 计算得 2 ． 4 k g ／个 。 N 一． 26， 取 3 7个 眼 ③ 工作面总炮眼总数 N N NI N2 2 13 7 5 8个 眼 d ． 孔径 西与孔间距a、 药包直径 D、 最小抵抗 3 0 线 W 根据现有的掘进台车， 程潮铁矿选用 d 4 5 mm 的炮孔直径， 空眼直径为 7 6 mm； 周边 眼间距 4 5 0 ～ 5 5 0 mm， 周边眼的最小抵抗线即光爆层的厚度 为炮眼间距的 1 ． 2 倍，井下光爆层厚 W 5 5 0～ 6 0 0 mm， 以保证炮眼邻近系数 0 ． 8～1 之间。 周边眼药包直径为 Dl3 2 mm， 掏槽眼、 辅助 眼 和底眼使用药包直径为 D 3 6 mm。 e ． 不耦合系数 缓冲系数 K 不耦合系数为K 西 ／ Dl4 5 ／ 3 21 ． 4 。 按光面爆破要求周边眼 采用小直径药卷， D。 3 2的药卷，以形成不耦合 装药结构， 在坚硬岩石或结构完整的矿体中掘进， 周边眼布置 6～7条 D。3 2的药卷， 其中 底部 布置 4条， 靠孔 口则为 2～ 3条； 在中等硬度的岩 体中掘进， 每个周边眼布置 4条， 其 中底部布置 2 条， 靠孔 口 2条； 特别破碎的地带， 每个周边眼布 置 2～3 条 ， 其中底部布置 1 条， 靠孔 口1 条， 中间 可布置 1 条。 f ． 炮眼邻近系数 m 周边眼距与最小抵抗线的比值为炮眼邻近系 数 m。m值过大， 爆后有可能在光面孔间的岩壁 表面留下岩石埂， 造成欠挖； m值过小， 则会在岩 壁面造 成 凹坑 ， 实践 证 明， 当 m0 ． 8 ～1时， 爆 后 的岩面较为平整光滑， 效果较好， 较硬的矿体和岩 体取大值， 较破碎的岩体中取小值则较为理想。 h ．线装药密度 为了控制裂隙的发育， 以保持新壁面的完整 稳固， 在保证沿炮孔联心线破裂的前提下， 应尽可 能少装药。 周边眼的线装药密度， 在较硬的矿岩体 中取 口 l7 X 1 5 0 ／ 3 ． 2≈ 3 3 0 g ／ m， 中等硬度的岩 石中取 q l 4 X 1 5 0 ／ 3 ． 2 ≈ 1 9 0 g ／ m，较软的破碎 岩石中取 q l1 4 0 g ／ m。 i ． 掏槽眼的布置形式 根据 B o o me r 2 8 1掘进 台车 只便于钻 凿垂直 孔的特点， 采用直眼掏槽， 坚硬岩石与块状矿体中 掏槽眼的几种布置形式分述如下 ①坚固性岩石中的掏槽方法 坚固性岩石中， 岩石的可爆性不好， 在掏槽时 必须提供足够 补偿空 间， 以保证掏槽的成功。在 维普资讯 技术经验 I MP化I矿物与加z 2 0 0 6年第 7期 实际中采用四空孔的五星掏槽方式 见图 1 。 ■ 2 图 1 坚固性岩石中的四空孔五星掏槽方式 图中 1 、 2为起爆顺序 ②矿石中掘进的掏槽方案 矿石有较大的韧性 ， 可爆炸性不好， 夹制性较 大， 采用六空孔 多三菱形掏槽或六空孔双五星掏 槽 见图 2 。其原理 是使用 2岩石炸药的破碎 圈来破碎岩石。当装药眼起爆后， 即对这些大空 眼产生强力挤压作用， 致使槽腔内的岩石破碎， 而 后借助爆生气体的余能将 已破碎的岩石从槽内抛 出， 达到掏槽 目的。不难看出， 空眼的作用有二个 方面， 一是对爆 破应 力和爆 破方向起集中导向作 用； 二是使受压岩石有必要的碎胀补偿空间， 因此 直眼掏槽实质上是一种小补偿空间的挤压爆破。 图 2 矿体中六空孔双五星 或六空孔多三菱形掏槽 图中 1 、 2为起爆顺 序 2 ． 2 全 断面炮 眼布 置 与爆破 参 数 3炮眼布置 见图 3 在岩体中掘进时， 炮眼数为 5 8个， 空孔 4个， 间距 为 3 0 0 mm， 周边 眼孔数 为 2 1个 含两个 角 眼 ， 掏槽眼孔数为 5个。一级辅助眼 4个， 二级 辅助眼 8个， 三级辅助眼 1 5个， 底板眼 5个。 b ． 装药量 坚固性岩石或结构较完整的矿体 中巷道掘进 凿岩爆破参数见表 1 。 图 3 全断面炮眼布置示意图 表 1 爆破参数 炮眼名称 眼 炮眼深 ⋯． 。 每 眼装药量 总装药量 爆破顺 序 及眼号 数 度／ mm ／ k g 卷数／ k g 卷数 c ． 起爆方法与顺序、 装药结构 起爆采用 7个段发半秒延期非 电雷管， 非 电 起爆系统 火雷管一导爆管一半秒延期火雷管一 2 岩石炸药。选用孔底起爆， 起爆药包放置于孔 底的倒数第二个药包处。 直眼掏槽的破岩不仅以工作面作为主要 自由 面， 而且以空眼作为附加 自由面， 为保证快速掘进 与爆破效果， 规定起爆顺序全断面一次起爆成型 巷道， 在全断面中只用 7个段发的半秒 延期非电 雷管就可完全满足要求。 周边眼装药结构 见 图 4 a ， b ， c 采用小直径 药包分两段间隔装药， 同时起爆的办法， 过去周边 眼的装药都是连续装药孔底起爆 ， 该法药量多， 爆 轰集中， 对围岩的破坏很大， 看不到半边眼。为了 减轻爆破对围岩的破坏， 在装药结构上也稍作改 31 维普资讯 技术经验 I MP化I矿物与加z 2 0 0 6年第 7期 动。采用间隔装药， 在掏槽 、 辅助孔起爆后， 光爆 孔也随之起爆， 开挖后， 巷道轮廓规则， 达到较好 的效果， 爆破后可明显看 到炮孔半边眼残留在巷 道两 帮 。 f1 ． 在坚硬岩石或结构完整的矿体中药结构 b ． 在特别破碎 的矿岩 中装药结构 C ． 在中等稳固岩石中装药结构 1 一充填物； 2 一硝铵 炸药； 3 一 非电导爆管 图 4 周边眼装药结构 掏槽眼、 辅助眼的装药结构， 先将起爆药包装 入眼底， 然后装入被动药包， 最后路塞炮泥并要求 雷管与药包的聚能一致朝 向孔口。 3 光面爆破的效果 表 2 光面爆破部分技术参数 续表 使用掘进台车实现光面爆破可使掘进巷道平 整光洁， 巷道轮廓整齐， 大大减少了巷道的超挖与 欠挖量， 巷道合 格率大于 8 5 ％， 光爆合格率占 7 0 -- 8 0 ％， 这样可使巷道稳定， 巷道 的服务周期长， 减少二次支护， 降低支护成本 见表 2 。 Ap p l i c a t i o n o f s mo o t h b l a s t i n g o n e s t e p f o r mi n g t e c h n o l o g y i n d r i f t d r i v i n g f o r l a r g e ． s i z e d s e c t i o n ZHOU Na i s h o n g C h e n g e a h o I r o n Mi n e ，Wu h a n S t e e l I r o n C o mp a n y ， Ez ho t l HU b e i 4 36 0 00．Chi na Abs t r a c t S mo o t h b l a s t i n g o n e ． s t e p f o r mi n g t e c h n o l o g y f o r d r if t d r i v i n g o f l a r g e - s i z e dc t io n wa s u s ed s u c c e s s f u l l y b y d r i l l j u mb o ， wh i c h r ed UC ed u n d e r - e x c a v a t l o n a n d o v e r ， e x c a v a t i o n wo r k s a n d b r e a k d o wn t o r o c k a n d im p r o v ed c o n s t r u c t io n q u a l i t y ， e n s u r ed l e v e l - i n g o f r o c k wa l l s u r f a c e a n d c o n s t ruc t i o n mf e t y． Ke y wo r d s s m o o t h b l a s t i n g ；o n e - s t e p f o rmi n g ；l a r g e - s iz ed e c ． t io n；Ch e n g c h a o I r o n M i n e J J ◆ f l ◆川I ◆川I ◆川I ◆ 川I ◆川I ◆ f I ◆川 I ◆川I ◆川I ◆ ” “ ◆ ” ◆ f I I I ◆ f l ◆川J ◆ 川I ◆” ◆ 川I 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