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白象山铁矿主井井塔基坑的爆破开挖技术
2013-08-23
白象山铁矿在围绕主井井筒进行井塔基坑爆破开挖时,采用了在井筒四周钻凿减震孔,选取合理位置掏槽增设自由面,分层间隔装药,孔内孔间同时微差起爆,合理安排施工顺序以控制最小抵抗线方向等一系列中深孔松动控制爆破技术和加强覆盖等防护措施,达到了控制飞石、降低爆破振动的目的,提高了施工效率,实现了安全爆破。
Serial No. 532 August. 2013 现 ꢀ 代 ꢀ 矿 ꢀ 业 2013总年 第85月32第期 8 期 MORDEN MINING · 技 术 交 流 · 白 象 山 铁 矿 主 井 井 塔 基 坑 的 爆 破 开 挖 技 术 曹 国 林 ( 马 钢 集 团 设 计 研 究 院 有 限 责 任 公 司 ) ꢀ ꢀ 摘 ꢀ 要 ꢀ 白 象 山 铁 矿 在 围 绕 主 井 井 筒 进 行 井 塔 基 坑 爆 破 开 挖 时 , 采 用 了 在 井 筒 四 周 钻 凿 减 震 孔 , 选 取 合 理 位 置 掏 槽 增 设 自 由 面 , 分 层 间 隔 装 药 , 孔 内 孔 间 同 时 微 差 起 爆 , 合 理 安 排 施 工 顺 序 以 控 制 最 小 抵 抗 线 方 向 等 一 系 列 中 深 孔 松 动 控 制 爆 破 技 术 和 加 强 覆 盖 等 防 护 措 施 , 达 到 了 控 制 飞 石 、 降 低 爆 破 振 动 的 目 的 , 提 高 了 施 工 效 率 , 实 现 了 安 全 爆 破 。 关 键 词 ꢀ 掏 槽 爆 破 ꢀ 分 段 间 隔 装 药 ꢀ 中 深 孔 松 动 爆 破 ꢀ 减 震 孔 ꢀ ꢀ 白 象 山 铁 矿 是 马 钢 姑 山 矿 业 公 司 在 建 的 大 型 地 下 矿 山 , 采 矿 方 法 为 充 填 法 , 开 拓 运 输 采 用 主 井 — 副 井 开 拓 系 统 , 其 中 主 井 系 统 由 地 表 下 的 井 筒 和 地 表 上 的 井 塔 组 成 , 其 作 用 是 将 开 采 的 矿 石 经 主 井 内 的 箕 斗 提 升 到 地 面 后 卸 入 井 塔 内 的 矿 石 仓 , 然 后 经 地 表 胶 带 运 输 系 统 运 到 选 矿 厂 。 根 据 工 程 节 点 要 求 , 主 井 井 筒 先 于 井 塔 施 工 , 待 其 建 成 后 , 开 始 建 造 井 塔 。 1 ꢀ 工 程 概 况 井 塔 建 造 前 , 需 用 爆 破 法 开 挖 井 塔 基 坑 。 基 坑 WWW.KY114.CN 图 1ꢀ 爆 破 区 域 周 围 环 境 及 建 ( 构 ) 筑 物 和 人 员 产 生 影 响 。 长 9. 5 ~ 28. 1 m, 宽 约 16. 3 ~ 19. 8 m, 开 挖 深 度 为 2 7 . 0 m, 开 挖 总 面 积 约 为 490 m , 开 挖 爆 破 总 方 量 约 3 ( 3) 爆 后 块 度 满 足 清 运 要 求 , 超 欠 挖 、 基 坑 四 壁 为 3 430 m 。 根 据 工 程 地 质 勘 查 报 告 , 待 爆 破 的 基 坑 岩 石 岩 性 坚 硬 , 稳 固 性 较 好 , 岩 石 坚 固 性 系 数 f = 8 及 底 板 平 整 度 满 足 相 关 规 范 及 设 计 要 求 。 3 ꢀ 爆 破 方 案 ~ 10。 3 . 1ꢀ 总 体 方 案 井 塔 基 坑 西 侧 距 为 井 下 供 风 的 空 压 站 25 m, 距 ( 1) 为 防 止 爆 破 的 挤 压 作 用 及 爆 破 振 动 损 伤 井 压 气 包 15 m; 西 南 约 30 m 的 上 方 有 一 条 高 压 线 ; 东 距 施 工 用 房 6 m; 北 距 项 目 部 办 公 室 30 m; 爆 区 内 部 有 井 架 、 混 凝 土 主 井 井 筒 、 井 下 供 电 的 穿 管 高 压 电 缆 、 井 下 供 风 的 埋 地 钢 风 管 及 橡 胶 风 管 。 爆 破 区 域 周 围 环 境 见 图 1。 壁 , 在 井 筒 四 周 预 留 一 定 厚 度 的 保 护 层 , 并 在 保 护 层 外 围 围 绕 井 筒 穿 凿 减 震 孔 , 使 得 爆 破 区 和 主 井 井 筒 隔 离 。 爆 破 分 区 、 施 工 顺 序 及 平 面 炮 孔 布 置 见 图 2。 2 ꢀ 工 程 要 求 由 于 主 井 井 筒 受 损 很 难 修 复 , 为 避 免 危 及 既 有 井 筒 、 井 下 施 工 和 爆 区 周 围 环 境 的 安 全 , 工 程 要 求 如 [ 13] : 1) 爆 破 振 动 必 须 满 足 主 井 井 筒 及 周 围 建 ( 构 ) 筑 物 的 安 全 要 求 。 下 ( ( 2) 爆 破 飞 石 不 能 对 供 风 、 供 电 管 线 , 露 天 设 备 图 2ꢀ 爆 破 分 区 、 施 工 顺 序 及 平 面 炮 孔 布 置 → ● ~ ⑤— 分 区 代 号 及 施 工 顺 序 号 ; — 推 进 方 向 ; — 炮 孔 ; ① ꢀ ꢀ 曹 国 林 ( 1965— ) , 男 , 副 所 长 , 高 级 工 程 师 , 243000 安 徽 省 马 鞍 a— 炮 孔 孔 距 ; b— 炮 孔 排 距 山 市 太 白 大 道 3 号 。 5 3 总 第 532 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 现 代 矿 业 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2013 年 8 月 第 8 期 ( 2) 由 于 基 坑 初 期 只 有 一 个 爆 破 自 由 面 , 岩 石 3. 2ꢀ 爆 破 参 数 夹 制 作 用 较 大 , 会 产 生 较 大 的 爆 破 振 动 , 并 且 严 重 影 响 爆 破 效 果 。 因 此 , 先 采 用 掏 槽 爆 破 法 在 主 井 井 筒 的 南 偏 东 侧 井 塔 基 坑 边 界 处 开 挖 一 个 小 基 坑 ( 图 2 中 的 掏 槽 区 ) , 为 后 续 主 爆 孔 创 造 自 由 面 。 ( 1) 炮 孔 孔 径 ( D) : 选 用 Atlas CM341H 潜 孔 钻 机 , 孔 径 选 取 90 mm。 ( 2) 台 阶 高 度 ( H) : 基 坑 深 度 为 7 m, 分 两 层 开 挖 , 每 层 台 阶 高 度 3. 5 m。 ( 3) 钻 孔 超 深 ( h) : 超 深 按 公 式 h = ( 0. 10 ~ ( 3) 以 掏 槽 区 ( ①区 ) 形 成 的 自 由 面 为 基 准 , 将 0 . 15) H 计 算 , 取 0. 5 m。 爆 破 区 在 平 面 上 划 分 成 如 图 2 所 示 的 ②、 ③、 ④、 ⑤4 个 主 爆 区 , 上 下 分 成 两 层 。 每 层 均 按 照 图 2 中 箭 头 标 定 的 推 进 方 向 由 ②区 →④区 →③区 →⑤区 的 顺 序 进 行 爆 破 开 挖 施 工 , ②区 从 ①区 形 成 的 自 由 面 开 始 , 由 西 向 东 推 进 形 成 , ④区 与 ②区 相 反 ; ③区 和 ⑤区 以 ( 4) 最 小 抵 抗 线 ( W) : 按 照 孔 径 的 25 ~ 35 倍 确 定 。 ( ( ( 5) 孔 距 ( a) : 一 般 取 ( 1. 2 ~ 1. 5) W。 6) 排 距 ( b) : 一 般 取 ( 0. 8 ~ 1. 0) W。 7) 填 塞 长 度 ( L) : 顶 部 不 小 于 1. 1 倍 的 最 小 抵 ① 区 、 ②区 、 ④区 形 成 的 自 由 面 为 基 准 , 由 南 向 北 分 抗 线 , 中 部 不 小 于 1. 0 m。 次 推 进 形 成 。 这 样 , 可 使 每 个 区 的 最 小 抵 抗 线 方 向 都 正 对 井 筒 或 侧 向 井 筒 , 使 井 筒 所 受 爆 破 振 动 的 影 响 降 到 最 低 。 ( 8) 单 位 炸 药 消 耗 量 ( q) : 结 合 地 质 条 件 、 爆 破 类 型 及 类 似 工 程 经 验 选 取 。 ( 9) 单 孔 装 药 量 ( Q) : 按 公 式 Q = qaWH 计 算 。 中 ( 4) 主 爆 区 采 用 分 层 间 隔 装 药 结 构 、 孔 内 孔 间 深 孔 爆 破 时 , 第 二 排 孔 及 以 后 各 排 孔 装 药 量 按 公 式 Q 同 时 微 差 的 单 层 单 响 的 中 深 孔 松 动 控 制 爆 破 方 法 , 最 后 辅 以 机 械 方 式 处 理 预 留 保 护 层 及 按 基 坑 设 计 尺 寸 修 整 成 型 4] 。 = kqabH 计 算 , 其 中 k 为 增 药 系 数 , 取 1. 1 ~1. 2。 经 计 算 , 掏 槽 区 爆 破 参 数 及 中 深 孔 爆 破 参 数 见 [ 表 1。 表 1ꢀ 爆 破 参 数 爆 破 方 式 孔 径 分 层 高 度 最 小 抵 抗 线 孔 距 排 距 孔 深 超 深 顶 部 填 塞 长 度 中 部 填 塞 长 度 单 耗 / ( kg/ m3 ) 顶 层 药 量 底 层 药 量 / mm 90 / m / m 2. 0 / m 2. 0 / m 1. 8 / m 4. 0 / m / m ≥2. 0 / m ≥1. 0 / kg / kg 4. 5 掏 槽 爆 破 3. 5 0. 5 0. 6 3. 0 WWW.KY114.CN 中 深 孔 爆 破 90 3. 5 2. 0 2. 0 ~ 2. 2 1. 8 ~ 1. 9 4. 0 0. 5 ≥2. 0 ≥1. 0 0. 4 ~ 0. 45 2. 2 ~ 3. 0 4. 0 4 4 4 ꢀ 爆 破 施 工 . 1ꢀ 掏 槽 区 开 挖 爆 破 . 1. 1ꢀ 掏 槽 区 位 置 以 便 于 后 续 主 爆 区 爆 破 时 的 最 小 抵 抗 线 方 向 都 能 正 对 或 侧 向 井 筒 为 主 要 原 则 , 同 时 考 虑 施 工 的 连 续 性 和 可 操 作 性 , 确 定 掏 槽 区 的 南 部 边 界 与 井 塔 基 坑 边 界 重 合 , 西 部 边 界 的 延 长 线 与 预 留 保 护 层 东 部 边 界 线 重 合 , 北 部 边 界 的 延 长 线 与 预 留 保 护 层 南 部 边 界 线 重 合 , 掏 槽 区 位 置 见 图 2。 图 3ꢀ 掏 槽 区 炮 孔 布 置 及 起 爆 顺 序 4 . 1. 2ꢀ 掏 槽 区 尺 寸 布 置 ②区 和 ④区 的 炮 孔 , 两 区 排 间 方 向 皆 为 东 西 向 , 孔 间 方 向 皆 为 南 北 向 ; 以 ①区 、 ②区 、 ④区 形 成 的 自 由 面 为 基 准 , 布 置 ③区 和 ⑤区 炮 孔 , 两 区 排 间 、 孔 间 方 向 与 ②区 或 ④区 相 反 。 主 爆 区 平 面 炮 孔 布 置 见 图 按 照 确 定 的 掏 槽 区 3 个 方 向 的 边 界 及 钻 机 等 设 备 入 坑 作 业 的 要 求 , 掏 槽 区 的 尺 寸 : 南 北 向 长 约 6 m, 东 西 向 宽 约 5. 4 m, 深 度 为 7 m。 . 1. 3 掏 槽 区 炮 孔 布 置 4 2 , 炮 孔 布 置 剖 面 见 图 4。 南 北 向 为 孔 间 方 向 , 东 西 向 为 排 间 方 向 , 间 接 距 4 . 2. 2ꢀ 工 艺 流 程 为 2. 0 m × 1. 8 m 炮 孔 布 置 见 图 3。 工 艺 流 程 : 标 孔 →钻 孔 →验 孔 →装 药 →填 塞 → 4 4 . 2ꢀ 主 爆 区 开 挖 爆 破 网 路 联 络 →安 全 防 护 →检 查 →发 出 警 戒 信 号 和 派 出 警 戒 岗 哨 →总 安 全 检 查 →发 出 起 爆 信 号 →起 爆 →爆 后 检 查 →解 除 警 戒 →效 果 评 价 →挖 运 →清 理 工 作 面 . 2. 1ꢀ 主 爆 区 炮 孔 布 置 紧 邻 预 留 保 护 层 的 第 一 个 炮 孔 皆 向 井 筒 外 倾 斜 , 炮 孔 倾 角 为 75°。 以 ①区 形 成 的 自 由 面 为 基 准 , → 进 入 下 一 循 环 。 5 4 ꢀ ꢀ 曹 国 林 : 白 象 山 铁 矿 主 井 井 塔 基 坑 的 爆 破 开 挖 技 术 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2013 年 8 月 第 8 期 筒 造 成 破 坏 , 从 而 酿 成 大 的 安 全 生 产 事 故 。 因 此 , 在 爆 破 前 采 取 以 下 防 震 措 施 : ( [ 5] 。 ( 1) 围 绕 井 筒 预 留 一 圈 厚 度 约 为 1. 6 m 的 保 护 层 2) 在 保 护 层 的 外 围 , 沿 着 井 筒 四 周 用 潜 孔 钻 图 4ꢀ 布 置 剖 面 炮 孔 机 ( 孔 径 为 90mm) 穿 凿 三 圈 减 震 孔 。 第 一 排 距 离 井 筒 50 cm, 孔 间 距 为 30 cm; 第 二 排 距 离 第 一 排 1 — 混 凝 土 井 筒 ; 2— 预 留 保 护 层 ; 3— 上 层 药 包 ; 4— 底 层 药 包 ; 5— 上 部 填 塞 材 料 ; 6— 中 部 填 塞 材 料 ; 7— 减 震 孔 ; B— 预 留 保 护 层 厚 度 3 3 0 cm, 孔 间 距 为 40 ~ 45 cm; 第 三 排 距 离 第 二 排 0 cm, 孔 间 距 为 50 cm; 减 震 孔 孔 深 约 8 m, 排 间 尽 4 . 3ꢀ 装 药 结 构 所 有 炮 孔 均 采 用 分 层 间 隔 装 药 结 构 ( 分 2 层 ) , 量 交 错 布 置 , 三 圈 共 需 穿 孔 178 个 , 总 进 尺 约 目 的 是 将 单 孔 装 药 进 一 步 细 化 , 使 炸 药 能 量 分 布 较 均 匀 , 以 提 高 爆 破 质 量 。 药 量 分 配 原 则 是 上 层 装 药 量 占 单 孔 总 装 药 量 的 40% , 下 层 占 单 孔 总 装 药 量 的 1 450 m。 5 . 2ꢀ 电 缆 和 管 路 的 防 护 主 井 井 下 供 电 高 压 电 缆 位 于 爆 区 内 地 面 上 的 钢 6 0% 。 管 内 , 爆 破 时 的 地 震 波 和 飞 石 都 有 可 能 对 其 造 成 损 坏 , 因 此 , 在 爆 前 对 其 采 取 下 列 保 护 措 施 : 4 . 4ꢀ 填 塞 填 塞 物 可 用 黏 土 或 凿 岩 时 的 岩 粉 , 顶 部 填 塞 长 ( 1) 电 缆 本 身 必 须 具 有 相 当 的 松 弛 度 , 确 保 当 爆 堆 鼓 起 后 , 不 至 于 将 其 拉 断 。 2) 电 缆 穿 越 钢 管 头 的 部 位 , 必 须 衬 以 橡 胶 垫 类 柔 软 材 料 , 以 防 钢 管 跳 动 时 割 伤 电 缆 。 度 不 小 于 1. 1 倍 最 小 抵 抗 线 ( 2. 0 m) , 中 部 填 塞 长 度 不 小 于 1. 0 m( 大 于 殉 爆 距 离 ) 。 ( 4 . 5ꢀ 起 爆 网 路 为 实 现 单 孔 单 层 药 包 单 响 起 爆 , 采 用 孔 内 延 时 ( 3) 为 减 轻 爆 破 地 震 波 及 爆 堆 隆 起 时 的 各 种 外 与 孔 外 延 时 相 结 合 的 孔 外 单 孔 串 联 分 组 微 差 毫 秒 接 力 起 爆 方 式 , 每 个 孔 内 上 层 药 包 装 MS4 段 ( 75 ms) 雷 管 , 下 层 药 包 装 MS6 段 ( 150 ms) 雷 管 , 孔 间 用 力 对 钢 管 产 生 抬 起 、 推 拉 等 作 用 , 应 用 草 包 等 柔 软 材 料 将 钢 管 垫 起 约 20 cm 并 相 对 固 定 。 ( 4) 为 防 飞 石 砸 坏 电 缆 , 采 用 竹 笆 和 草 袋 对 其 WWW.KY114.CN MS3 段 ( 50 ms) , 排 间 用 MS5 段 ( 110 ms) 连 接 , 网 路 采 取 全 方 位 覆 盖 防 护 。 连 接 见 图 5。 ( 5) 供 风 管 路 的 情 况 与 高 压 电 缆 相 似 , 因 此 , 采 取 的 防 护 措 施 亦 与 其 相 同 。 5 . 3ꢀ 飞 石 的 防 护 措 施 除 保 证 孔 口 填 塞 长 度 和 质 量 等 技 术 措 施 外 , 在 整 个 爆 破 施 工 过 程 中 均 采 用 胶 带 帘 对 爆 破 体 进 行 全 封 闭 覆 盖 防 护 , 对 裸 露 的 保 护 对 象 用 双 层 竹 笆 进 行 遮 挡 防 护 6] 。 [ 6 ꢀ 结 ꢀ 语 图 5ꢀ 孔 内 孔 间 微 差 爆 破 网 路 连 接 示 意 ( 单 位 : ms) ( 1) 在 井 筒 四 周 钻 凿 减 震 孔 , 相 当 于 在 爆 破 区 4 . 6ꢀ 起 爆 顺 序 和 井 筒 之 间 形 成 了 一 个 不 连 续 的 断 层 , 截 断 了 地 震 波 传 播 的 路 径 , 爆 炸 产 生 的 应 力 波 在 传 播 过 程 中 遇 到 减 震 孔 瞬 间 发 生 反 射 、 折 射 后 , 应 力 波 的 峰 值 有 所 下 降 , 从 而 降 低 爆 破 振 动 。 爆 破 结 束 后 , 减 震 孔 前 两 排 有 裂 隙 , 第 三 排 及 井 筒 完 好 , 证 明 密 集 减 震 孔 减 震 作 用 明 显 , 在 无 条 件 进 行 预 裂 爆 破 时 可 以 选 用 此 法 减 震 。 掏 槽 区 ( ①区 ) 按 图 3 中 标 注 的 1 ~ 16 的 顺 序 起 爆 ; 其 余 各 区 首 响 炮 孔 均 为 基 坑 边 上 的 靠 近 自 由 面 的 一 个 孔 , 靠 井 筒 的 斜 孔 最 后 响 。 4 . 7ꢀ 爆 破 规 模 ② 区 、 ④区 每 次 爆 破 4 排 , 每 排 4 孔 , 共 计 16 孔 ; ③区 、 ⑤区 每 次 爆 破 3 排 , 每 排 5 孔 , 共 计 15 孔 。 连 网 时 , 前 者 去 掉 图 5 中 每 排 的 最 后 一 孔 , 后 者 去 掉 图 5 中 的 一 排 。 ( 2) 采 用 分 层 间 隔 装 药 结 构 , 将 单 孔 药 量 进 一 步 分 散 , 可 以 最 大 限 度 地 减 小 最 大 一 段 起 爆 药 量 , 从 而 降 低 爆 破 振 动 。 5 ꢀ 安 全 防 护 措 施 5 . 1ꢀ 主 井 井 筒 的 防 护 爆 破 施 工 产 生 的 振 动 可 能 对 C30 素 混 凝 土 井 ( 3) 孔 内 起 爆 顺 序 采 用 自 上 而 ( 下 转 第 58页 ) 5 5
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