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硐室超大抵抗线压顶爆破效应分析
2012-10-23
大红山铁矿采用超大抵抗线硐室处理空区压顶爆破,炸药量238t,最大一段60t,冲 击波速度580.3m/s,最大爆破气浪速度241.2m/s,爆破地震ML3.1级,爆破地震和逸出的冲击波 强度小,爆破作用时间长,炸药绝大部分能量转化成对岩土的破坏。微震监测数据表明:井下硐室 爆破冲击波和气浪不一定同时存在。
Serial No. 522 October. 2012 现 ꢀ 代 ꢀ 矿 ꢀ 业 2012年总 第105月22第期 10 期 MORDEN MINING 硐 室 超 大 抵 抗 线 压 顶 爆 破 效 应 分 析 徐 ꢀ 炜 昆 钢 集 团 大 红 山 铁 矿 ) ( ꢀ ꢀ 摘 ꢀ 要 ꢀ 大 红 山 铁 矿 采 用 超 大 抵 抗 线 硐 室 处 理 空 区 压 顶 爆 破 , 炸 药 量 238 t, 最 大 一 段 60 t, 冲 击 波 速 度 580. 3 m/ s, 最 大 爆 破 气 浪 速 度 241. 2 m/ s, 爆 破 地 震 ML3. 1 级 , 爆 破 地 震 和 逸 出 的 冲 击 波 强 度 小 , 爆 破 作 用 时 间 长 , 炸 药 绝 大 部 分 能 量 转 化 成 对 岩 土 的 破 坏 。 微 震 监 测 数 据 表 明 : 井 下 硐 室 爆 破 冲 击 波 和 气 浪 不 一 定 同 时 存 在 。 关 键 词 ꢀ 超 大 抵 抗 线 ꢀ 特 大 空 区 ꢀ 硐 室 爆 破 ꢀ 冲 击 波 [ ꢀ ꢀ 大 红 山 铁 矿 于 2006 年 底 投 产 1] , 经 过 逐 年 扩 能 改 造 , 井 下 采 空 区 体 积 急 速 增 大 , 2011 年 底 累 计 形 3 成 了 1 340 万 m 的 特 大 采 空 区 , 主 要 由 中 Ⅰ采 空 区 ( 580 ~ 705 m 以 上 ) , 中 Ⅱ采 空 区 ( 500 ~ 620 m 以 上 ) , 深 部 采 空 区 ( 420 ~ 1 060 m 以 上 ) 3 个 采 空 区 构 3 成 , 深 部 主 采 区 体 积 达 716 万 m 。 采 空 区 的 存 在 容 [ 2] , 对 易 引 发 顶 板 冒 落 , 形 成 冲 击 地 压 和 冲 击 气 浪 井 下 作 业 人 员 和 设 备 构 成 严 重 的 安 全 威 胁 。 为 此 , 大 红 山 铁 矿 采 用 硐 室 压 顶 爆 破 解 决 该 采 空 区 的 生 产 安 全 隐 患 问 题 。 图 1ꢀ 采 空 区 与 硐 室 压 顶 爆 破 工 程 空 间 关 系 WWW.KY1114.CN . 1ꢀ 爆 破 飞 石 1 ꢀ 爆 破 效 应 由 于 离 地 表 约 55 m 硐 室 在 爆 破 时 处 于 挤 压 爆 本 次 采 空 区 压 顶 爆 破 分 3 层 硐 室 、 10 个 药 室 组 破 状 态 , 加 上 各 个 硐 室 的 堵 塞 严 实 , 长 度 远 远 大 于 设 计 的 一 般 要 求 , 主 巷 道 两 侧 的 药 室 采 用 分 集 对 称 药 包 , 有 利 于 延 长 爆 炸 气 体 做 功 , 其 结 果 只 在 地 面 产 生 松 动 效 果 , 没 有 飞 石 出 现 。 成 , 每 层 硐 室 采 用 两 组 导 爆 索 复 式 交 叉 连 接 网 路 , 硐 室 爆 破 设 计 参 数 见 表 1。 总 炸 药 量 为 238 t, 最 大 的 一 段 为 60 t 的 井 采 空 区 硐 室 压 顶 大 爆 破 , 形 成 一 个 2 约 800 m 岩 土 层 闭 合 圈 。 采 空 区 与 硐 室 压 顶 爆 破 1 . 2ꢀ 爆 破 地 震 工 程 空 间 关 系 见 图 1。 表 1ꢀ 硐 室 爆 破 设 计 参 数 爆 破 时 距 爆 点 2 000 m 震 动 不 明 显 , 但 是 在 另 一 侧 距 爆 点 大 致 同 样 距 离 的 起 爆 站 ( 高 差 600 m 左 右 ) 有 强 烈 震 感 , 并 在 爆 破 后 4 ~ 5 min 有 2 次 余 震 , 与 爆 破 后 微 震 监 测 到 的 唯 一 定 位 事 件 在 时 间 上 吻 合 。 此 次 爆 破 地 震 达 到 ML3. 1 级 , 爆 破 地 震 破 坏 效 应 极 小 , 位 于 爆 区 同 一 水 平 相 距 557 m 的 微 震 监 测 帕 拉 丁 简 易 单 层 砖 砌 机 房 没 有 出 现 开 裂 和 掉 块 迹 象 , 但 距 爆 区 144 m 处 的 一 段 地 表 截 水 沟 底 板 和 立 墙 出 现 了 起 壳 和 开 裂 现 象 。 爆 破 作 用 最 小 抵 抗 线 w 设 计 装 药 量 / kg 实 际 延 时 / ms 巷 道 硐 室 指 数 备 注 / m 编 号 n 1 2 3 4 7 8 9 1. 0 1. 0 1. 0 1. 0 1. 0 1. 0 0. 9 0. 9 1. 0 1. 0 35 37 17 17 20 20 29 29 25 25 37 800 60 000 6 900 48 0 1 1 1 070 090 115 106 104 304 304 383 381 456 457 6 900 硐 室 实 际 延 时 以 最 先 起 爆 的 硐 室 时 刻 为 0 来 计 算 。 11 200 11 200 30 000 30 000 22 000 22 000 10 11 12 1. 3ꢀ 爆 破 有 害 气 体 扩 散 1 090 m 巷 道 硐 口 是 爆 破 有 害 气 体 的 唯 一 出 口 , 爆 破 有 害 气 体 喷 出 距 离 大 约 有 300 m, 见 图 2 所 示 , [ 3] 。 当 时 天 远 比 硐 室 爆 破 有 害 气 体 扩 散 计 算 的 少 气 无 风 , 硐 口 喷 出 爆 破 有 害 气 体 平 均 速 度 5 m/ s。 ꢀ ꢀ 徐 ꢀ 炜 ( 1971— ) , 男 , 总 经 理 助 理 , 高 级 工 程 师 , 653405 云 南 省 玉 溪 市 新 平 县 戛 洒 镇 。 8 6 ꢀ ꢀ 徐 ꢀ 炜 : 硐 室 超 大 抵 抗 线 压 顶 爆 破 效 应 分 析 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 10 月 第 10 期 由 于 井 下 巷 道 矿 堆 覆 盖 层 厚 度 上 百 米 , 下 井 检 查 坑 内 空 气 质 量 状 况 基 本 良 好 , 几 乎 没 有 爆 破 有 害 气 体 渗 透 下 去 , 当 班 就 恢 复 了 生 产 。 巷 道 交 叉 口 里 面 , 43# 、 44# 传 感 器 布 置 在 1 090 m 3 条 巷 道 交 叉 口 外 面 , 爆 破 时 , 上 述 巷 道 中 冲 击 波 或 气 浪 运 动 数 据 见 表 2。 图 2ꢀ 1 090 m 巷 道 硐 口 爆 破 有 害 气 体 喷 出 1 . 4ꢀ 爆 破 冲 击 波 和 气 浪 整 个 硐 室 爆 破 是 在 457 ms 完 成 的 , 微 震 监 测 系 统 把 这 一 段 时 间 作 为 所 有 硐 室 爆 破 事 件 的 时 刻 , 通 过 安 设 在 井 下 的 5 组 传 感 器 来 确 定 爆 破 事 件 发 生 位 # # 置 。 巷 道 传 感 器 平 面 布 置 见 图 3 所 示 , 37 、 38 传 感 # # 器 布 置 在 1 070 m 巷 道 里 , 41 、 42 传 感 器 布 置 在 # # 1 115 m 巷 道 里 , 39 、 40 传 感 器 布 置 在 1 090m 3条 图 3ꢀ 巷 道 传 感 器 平 面 布 置 表 2ꢀ 冲 击 波 或 气 浪 运 动 数 据 传 感 器 编 号 传 感 器 孔 口 线 路 传 感 器 坐 标 / m y 相 邻 传 感 器 距 离 气 浪 速 度 冲 断 时 刻 / ms x z / m / ( m/ s) 37 38 41 42 39 40 43 44 1 334. 1 1 925. 6 2 559. 9 3 931. 3 66 019. 917 66 078. 784 66 059. 031 66 100. 529 64 748. 696 64 710. 853 64 722. 059 64 680. 605 1 076. 266 1 076. 339 1 120. 894 1 116. 406 6 9. 98 118. 3 5 8. 83 42. 9 WWW.KY114.CN 3 778. 1 3 881. 4 4 704. 7 4 885 66 118. 707 66 163. 087 66 220. 528 66 252. 528 64 677. 543 64 637. 234 64 583. 962 64 554. 258 1 096. 147 1 095. 722 1 095. 971 1 096. 154 5 9. 95 580. 3 241. 2 4 3. 48 ꢀ ꢀ 由 表 2 中 的 数 据 可 以 看 出 , 爆 破 气 浪 首 先 从 ms, 从 这 一 方 面 来 说 有 利 于 爆 炸 气 体 侵 入 裂 隙 中 破 # # # # 1 070 m巷 道 爆 区 冲 出 , 冲 断 37 、 38 传 感 器 的 气 浪 碎 岩 石 , 从 7 、 8 硐 室 爆 破 产 生 冲 击 波 来 看 , 说 明 炸 药 能 量 利 用 率 要 比 其 他 硐 室 要 低 , 速 度 约 为 声 速 的 1 / 3; 其 次 爆 破 气 浪 从 1 115 m 巷 道 # # 爆 区 冲 出 , 冲 断 41 、 42 传 感 器 的 气 浪 速 度 约 为 声 速 1 070、 1 090、 1 115 m 3 条 巷 道 堵 塞 总 长 度 达 # # 3 的 1 / 10; 冲 断 39 、 40 传 感 器 的 是 来 自 1 090 m 巷 道 爆 区 的 冲 击 波 , 其 速 度 为 声 速 的 1. 71 倍 。 从 时 间 、 速 度 、 距 离 三 者 之 间 关 系 推 知 , 上 述 巷 道 的 爆 破 冲 击 波 和 气 浪 到 达 3 条 巷 道 交 叉 口 时 被 反 射 后 4] , 外 冲 300 m, 堵 塞 物 料 ( 碎 石 砂 土 、 支 护 材 料 ) 约 3 500 m , 堵 塞 物 料 与 炸 药 重 量 比 高 达 20 倍 以 上 , 尽 管 如 此 , 爆 破 时 1 090 m 巷 道 还 是 成 了 爆 破 气 浪 和 冲 击 波 的 主 要 通 道 , 从 该 硐 口 冲 出 的 气 浪 夹 带 泥 砂 足 足 持 续 了 近 2 min。 爆 破 后 进 入 现 场 查 看 , 1 090 m 巷 道 硐 室 属 于 自 由 空 间 爆 破 , 临 近 采 空 区 的 一 段 巷 道 碎 石 不 厚 , 1 115 m 巷 道 硐 室 属 于 挤 压 爆 破 , 临 近 采 空 区 一 段 巷 道 被 碎 石 填 满 2 / 3, 1 090、 1 115 m 巷 道 堵 塞 区 内 支 护 槽 钢 已 被 强 烈 高 温 高 压 气 流 撕 成 碎 片 , 见 图 4、 图 5 所 示 。 [ # # 的 能 量 大 大 减 弱 , 最 后 冲 断 43 、 44 传 感 器 的 是 来 自 3 条 巷 道 汇 合 的 爆 破 气 浪 , 其 速 度 为 声 速 的 0 71 # # # 倍 。 37 、 39 、 41 传 感 器 至 所 在 巷 道 最 后 一 排 分 集 对 称 药 包 中 心 连 线 距 离 分 别 为 40. 71、 118. 20、 3 9 03 m。 根 据 表 2 相 关 数 据 推 出 1 070 m 巷 道 # # # # 3 、 4 ) 硐 室 、 1 090 m 巷 道 ( 7 、 8 ) 硐 室 、 1 115 m 巷 ( # # 道 ( 11 、 12 ) 硐 室 爆 破 岩 石 开 始 移 动 爆 炸 产 物 喷 出 的 时 刻 分 别 为 990. 1、 3 574. 1、 1 649. 9 ms, 1 090 m 2ꢀ 结 ꢀ 语 ( 1) 硐 室 爆 破 微 差 时 间 选 择 合 理 , 与 同 类 爆 破 相 比 爆 破 地 震 和 冲 击 波 强 度 大 大 减 少 。 ( 2) 微 震 监 测 数 据 表 明 , 硐 室 爆 炸 前 后 喷 出 持 # # # # 巷 道 ( 7 、 8 ) 硐 室 比 1 115 m 巷 道 ( 11 、 12 ) 硐 室 提 前 起 爆 152. 5 ms, 爆 破 作 用 时 间 却 延 长 了 2 076. 7 8 7 总 第 522 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 现 代 矿 业 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 10 月 第 10 期 来 自 1 070 m 巷 道 硐 室 爆 破 气 浪 在 3 条 巷 道 交 叉 口 处 阻 拦 , 威 力 大 大 减 弱 , 加 上 巷 道 的 阻 力 , 最 终 在 1 090 m巷 道 硐 口 喷 出 的 气 浪 远 低 于 声 速 。 ( 4) 当 气 浪 中 夹 带 碎 石 时 爆 破 气 浪 动 能 非 常 高 , 其 破 坏 力 不 能 忽 视 , 即 使 气 浪 速 度 不 高 也 会 摧 毁 井 下 设 施 设 备 , 采 空 区 顶 板 冒 落 时 也 要 警 惕 类 似 于 爆 破 冲 击 气 浪 危 害 。 图 4ꢀ 临 近 采 空 区 一 段 1 115 m 巷 道 ( 5) 爆 破 冲 击 波 和 气 浪 不 一 定 同 时 存 在 , 冲 击 波 的 产 生 和 大 小 与 抵 抗 线 、 自 由 面 、 补 偿 空 间 、 岩 石 性 质 、 堵 塞 、 炸 药 威 力 、 起 爆 顺 序 、 微 差 时 间 及 装 药 量 等 因 素 有 关 。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 [ [ [ 1] ꢀ 刘 仁 刚 , 王 ꢀ 健 , 徐 ꢀ 刚 . 高 分 段 大 间 距 无 底 柱 分 段 崩 落 法 在 大 红 山 铁 矿 的 应 用 [ J] . 现 代 矿 业 , 2009, 485( 9) : 8486. 2] ꢀ 吴 爱 祥 , 王 贻 明 , 胡 国 斌 . 采 空 区 顶 板 大 面 积 冒 落 的 空 气 冲 击 波 [ J] . 中 国 矿 业 大 学 学 报 , 2007, 36( 4) : 473477. 3] ꢀ 肖 汉 甫 , 吴 ꢀ 立 , 陈 ꢀ 刚 , 等 . 实 用 爆 破 技 术 [ M] . 武 汉 : 中 国 地 质 大 学 出 版 社 , 2009. 图 5ꢀ 撕 裂 成 碎 片 的 槽 钢 续 时 间 在 2 s 以 上 , 对 于 地 表 卸 压 天 窗 的 形 成 非 常 有 利 , 说 明 硐 室 密 实 加 长 堵 塞 和 分 集 药 包 自 锁 作 用 效 果 明 显 。 [ 4] ꢀ 萨 文 科 , 古 ꢀ 林 , 马 ꢀ 雷 . 井 下 空 气 冲 击 波 [ M] . 龙 维 祺 , 于 亚 伦 , 译 . 北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , 1979. ( 收 稿 日 期 20120525) ( 3) 1 090m巷 道 硐 室 爆 破 产 生 的 冲 击 波 遭 到 櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 tool in the search for concealed mineralizations[ J] . Endeavour, ( 上 接 第 61 页 ) 方 地 气 测 量 结 果 和 模 型 实 验 , 矿 石 New Series, 1990, 14( 1) : 2833. 4] ꢀ Tong C h, Li J C, Ge L Q, et al. Experimental observation of the nanoscale particles in geogas matters and its geological signifi 样 品 中 元 素 含 量 因 子 分 析 结 果 与 地 气 测 量 ( 野 外 实 WWW.KY114.CN [ 测 和 模 型 实 验 ) 分 析 结 果 相 比 有 较 为 明 显 的 差 异 , 这 表 明 ( 以 铅 锌 矿 为 例 ) 并 不 是 所 有 的 伴 生 元 素 都 会 在 矿 体 上 方 出 现 地 气 异 常 ; 在 地 气 测 量 中 , 由 于 不 同 元 素 在 随 “ 地 气 流 ” 上 升 迁 移 时 其 迁 出 率 的 不 一 致 性 , 最 终 导 致 地 气 测 量 捕 获 的 元 素 组 合 与 矿 石 中 元 素 组 合 的 不 同 。 cance[ J] . Science in China Series D: Earth Sciences, 1998, 41 ( 3) : 325329. 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