深孔爆破增加覆盖层厚度的研究与应用

田培江，彭府华（.河源市紫金天鸥矿业有限公司， 广东河源市 57463；.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南长沙 400）

深孔爆破增加覆盖层厚度的研究与应用

田培江1，彭府华2
（1.河源市紫金天鸥矿业有限公司， 广东河源市 517463；2.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南长沙 410012）

介绍了无底柱分段崩落法覆盖层的重要性及形成方法，结合下告铁矿的采矿背景，设计出覆盖层厚度补充的实现方法。通过对爆破方案中炮孔的布置、装药结构和起爆方式的确定以及爆破安全距离的圈定，成功实现了对覆盖层厚度的补充。

无底柱分段崩落法；覆盖层；深孔爆破；爆破方案

0 前 言

无底柱分段崩落法的一个关键因素是崩矿过程中覆盖层的形成。覆盖层厚度必须满足：第一，矿石崩落后能够埋没在崩落层下，否则不能形成挤压爆破条件；第二，若发生大量围岩突然冒落，保证覆盖层能够起到缓冲作用。因此，保证覆盖层厚度是无底柱分段崩落法安全进行的前提条件。覆盖层形成的方法有多种：矿体上部已采用空场采矿法回采，下部采用无底柱分段崩落法时，可在采空区围岩中布置深孔或洞室，在回采矿柱的同时，崩落采空区围岩，形成覆盖层；由露天转入地下开采的矿山可以采用药室或深孔爆破边坡岩石，形成覆盖层；围岩不稳定的盲矿体，随着矿石的回采，围岩自然崩落形成覆盖层；新建矿山开采围岩稳固的盲矿体，需要人工强制放顶时，按形成覆盖岩层与回采工作先后不同，可分为集中放顶、边回采边放顶和先放顶后回采3种。

1 矿山采矿背景

下告铁矿隶属河源市紫金天鸥矿业有限公司，矿区位于河源市的东南部、紫金县城的西南部。下告矿区地形起伏较大，最低高程159.63m，最高高程为北部的帽子栋531.90m，相对高差372.27m。地形坡度10°～20°，北部地段大于20°，属低山丘陵地貌。下告铁矿从2008年底开始投产，开采初期采用空场采矿法，经过前期的采矿后，全矿共有4个采空区即6001，6005，6009和6013，且仅有＋47，＋60，＋75m和＋90m四个水平有采空区存在，空区底板标高最低为＋46.7m，顶板标高为＋107m，净空区高度25.8～60.3m，净空区总面积为1891 m2，总体积约为8.28万m3。为了适应矿山生产的需要，矿山规划对原采矿方法进行了改造，＋47m以下由原来的分段空场法改为无底柱分段崩落法。近年来，矿山一方面对上部空场法开采中段的矿柱进行了有效的回收开采，同时对采空区进行了必要的处理，为过渡到无底柱分段崩落法开采形成覆盖挤压层。但是，随着采矿的进行，覆盖层厚度已不能满足下部安全生产的要求，另外，由于空区上覆岩层比较稳固，暂时不能大范围自然崩落形成覆盖层，因此，需强制崩落围岩以满足覆盖层安全厚度的要求。

2 爆破设计与施工

2.1 炮孔布置

本次爆破区域在3401，3402，3404，3406，3408，3410采场的上盘，崩落区面积约1320m2，崩落高程为＋38.6～＋61m，高度约为22.4m，崩落岩石约4万t。爆破区域岩石为大理岩，f≥7～9，体重2.6 t／m3，岩石松散系数均为1.5。设计在＋34m水平的3402和3406采场上盘围岩中布置2个凿岩硐室，布置水平扇形深孔。炮孔布置形式见图1。

炮孔总数为138个，最大孔深47.3m，孔径105 mm，每米孔装药量7.85kg，爆破总装药量约19.92 t。第1～9排孔的装药量分别约为0.70，3.5，2.25，2.64，2.53，2.24，2.32，1.95，1.76t。

2.2 装药结构和起爆方式

该工程深孔爆破采用以硝铵粉状炸药为主，硝铵卷筒炸药为辅的装药方式。粉状炸药通过BQF－100装药器装入孔内，孔口一般留2～15m不装药，个别密集孔的孔口不装药长度适当增加。起爆药卷用带木塞的输药管或顶端带木塞的塑料管推入孔内。穿孔的必须在孔底堵塞。所有孔口都要用炮泥堵塞，堵塞长度0.5～0.8m。

图1 炮孔布置

孔内采用2根导爆索传爆，2根导爆索在粉药装填时随炸药一起送入孔底，并伸出孔口0.5m，导爆索引爆采用2发非电毫秒雷管，分别接入主网络，即每2发非电雷管为一组接入主网络共同引爆孔内导爆索。孔外采用2根塑料导爆管起爆传爆，2发非电雷管引爆导爆管。本次爆破以一次分段爆破的方式实现，共分20段进行爆破，在地表警戒区外用起爆器起爆。

2.3 安全距离与警戒范围确定

2.3.1 地震波安全距离计算

式中：R——测点至爆源的中心距离，m；

K、α——与介质、场区条件等有关的常数，参考类似矿山，K取200，α取1.5；

V——质点最大允许速度，中等稳固巷道取20 cm／s、地表建筑，一般砖房取2.3cm／s，钢混房屋取3.5cm／s；

Q——同段起爆的最大药量，本次爆破Q＝1400kg。

计算结果为：民房R＝221m；井巷R＝52m。

2.3.2 空气冲击波安全距离计算

由于空间的限制，用相同的药量爆炸时，井下的冲击波要比露天严重得多，而且传播相当复杂，但目前仅露天爆破有相应的参考公式，而井下爆破没有可依据的公式，因此本次井下爆破冲击波安全距离R按以下3个公式分别进行计算，最后根据本次爆破情况确定较为合理的安全距离。

根据对被保护对象允许超压值计算：

式中：Ka——安全系数，取Ka＝1.48；

Pm——允许的安全超压峰值，根据爆破安全规程中空气冲击波超压对人员的安全允许标准，取Pm＝0.2×105Pa；

a——经验系数，取a＝1.55；

Q——一次爆破最大装药量。

式中：K——系数，按爆破作用指数和被保护对象的允许超压值选取，对人取7；

Q——毫秒延期时，为本次爆破总药量，kg。

各参数意义同式（2）。

按上面3个不同公式分别进行计算得到：

根据爆破区环境条件，结合历次爆破情况，本次爆破地震波安全距离选取300m，爆破空气冲击波安全距离选取800m。

本次爆破后覆盖层厚度和岩石块度都基本符合设计要求，同时采空区上覆岩层也在本次爆破的诱导下开始冒落，为采空区上覆岩层以后的自然冒落打下基础，减轻了给井下生产带来的安全隐患。图2为爆破后采空区上覆岩层冒落。

图2 地表冒落

3 结 语

无底柱分段崩落法在地下采矿中应用广泛，其中覆盖层厚度是一个关键因素。结合下告铁矿实际采矿背景，设计了利用水平扇形中深孔爆破上盘围岩来补充覆盖层厚度。通过对炮孔布置方式、炮孔装药结构、起爆方式和爆破安全距离圈定的设计，成功实现了爆破围岩对覆盖层厚度的补充，爆破后覆盖层的厚度补充和岩石块度都能满足设计要求。本次爆破上盘围岩补充覆盖层厚度不仅为井下生产提供了安全保证，还带来了很好的经济效益。

［1］解世俊.金属矿床地下开采［M］.北京：冶金工业出版社，1984.

［2］王述红，宁新亭，等.崩落采矿法覆盖层合理保有厚度的探讨［J］.东北大学学报，1998，19（5）：459－461.

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［6］GB6722－2003.爆破安全规程［S］.

2012－01－16）

田培江（1983－），男，贵州毕节人，助理工程师，主要从事采矿技术研究，Email：Tianpeijiang198307＠163.com。