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采用预裂爆破技术完成司家营研山铁矿的应用
2014-10-28
河北矿业集团司家营研山铁矿矿石破碎站选址于河北省唐山市滦县响堂镇司家营铁矿二期厂区内,利用厂区空地进行建设,距响堂镇2公里。
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1 概述

1.1 工程概况

河北矿业集团司家营研山铁矿矿石破碎站选址于河北省唐山市滦县响堂镇司家营铁矿二期厂区内,利用厂区空地进行建设,距响堂镇2公里。

该破碎站为新建,利用厂区空地进行建设,周围环境简单。基坑东南侧有施工暂设,距基坑约40米;东侧、北侧、西南侧都很开阔;西北侧有正在建设的高压线,距爆区最近约80米。

1.2 地质条件

工程所在地为山区,该地区的地质构造:第①层土为素填土,层顶标高为38.06~90.67米,层厚0.5~5.2米;第①2层为耕土,层顶标高为48.2~49.65米,层厚0.3~0.5米;第②层土为粉质粘土,层顶标高为37.46~54.10米,层厚0.9~6.7米;第③层为残积土,层顶标高为36.26~88.03米,层厚0.6~13.60米;第④层为强风化石灰岩,层顶标高为31.46~61.87米,层厚0.4~9米;第④1层为强风化砂岩,层顶标高为37.56~66.96米,层厚0.6~4.3米;第⑤层为中风化石灰岩,层顶标高为26.20~89.77米,层厚1.3~24.3米。

破碎站基坑坑底相对标高为±0.000,绝对标高为22.335米,基坑顶面相对标高为18.040米,绝对标高为40.375米,基坑坑底及基坑边坡均开挖到第⑤层中风化石灰岩层内。该设计中风化石灰岩层西南埋藏较深,8~14.24米;东北埋藏较浅,2~8米。基坑边坡以中风化石灰岩层做基础,在其上部浇筑混凝土挡墙,中风化石灰岩层埋藏在5米以上的,其上部采用扶壁式钢筋混凝土挡墙;中风化石灰岩层埋藏在5米以下的,其上部采用衡重式混凝土挡墙。基坑开挖时边坡要求采用光面或预裂爆破并进行整体稳定加固。

2 预裂爆破机理

预裂爆破是工程过程中广泛采用的技术。按照目前铁矿工程中所采用的爆破方式,当实施露天生产爆破的时候,会对于周边造成损害。采用预裂爆破技术保护边帮不受损害,不但确保了边坡的长久稳定,而且还确保了矿山生产安全。

所谓“预裂爆破”,从其爆破机理的角度而言,当进行预裂爆破之后,会在矿山的岩体中出现一道裂缝,贯穿于需要爆破的整体岩体。当实施爆破的时候,主炮孔会释放出应力波,在裂缝中能够将应力波反射或者吸收,以起到一定程度的屏障作用,避免保留岩体受到破坏。可见,采取定向爆破的方式,形成贯穿的裂缝,是达到爆破预期目标的重点。在具体操作中,可以沿着开挖边界布置一排炮孔,间距要尽量密集。向炮孔内装药的时候,要采用不耦合装药的方式。由于炮孔的直径要大于药卷的直径,当爆破的时候,炮轰波在空气的作用下向孔壁岩石中传播,气体所产生的部分能量被储存了起来,从而使得初始压力被削弱了很多。之后受到空气压力的作用,这些被储存的能量又一次被释放出来。由于爆轰的时间被延长了,使得爆破的效果得以改善。在爆破的时候,额可以选择好预裂孔,在主爆区之前起爆面[1]

上述模式将预裂成缝机理分应力波和高压气体的作用两个过程.应力波的作用在于,当应力波孔壁向四周传开,当这种力量超过岩石的抗拉强度,就会导致岩石破裂.应力波还会在两孔之间发生叠加,这种合成拉应力会使得岩石产生裂缝给预裂面创造导向条件. 应力波作用之后爆炸高压气体会作用到孔壁上,其作用时间相对较长,使得静态的应力场在孔周围形成.如果孔的间距很近,则炮孔之间连线两侧全部是拉应力区,并达到足以拉断岩石的程度.爆炸气体作用是预裂缝最终形成的基本条件,起着主导的作用[2].

3 预裂爆破设计

3.1 预裂孔爆破参数设计

3.1.1 炮孔直径

根据采场内现有潜孔钻机型号

炮孔直径 d=115mm

3.1.2 预裂孔深度

该方案台阶高度为10m,预裂孔为垂直炮孔,不超深,因此炮孔深度h=10m。

3.1.3 预裂孔间距

根据瑞典的u.兰格弗斯建议值:a=(8-12)d(d>60mm)(式1)

式中a为孔距(m)

d为炮孔直径,软弱破碎的岩石取小值,坚硬的岩石取大值,在该区域为中硬岩石,根据经验取钻孔间距 a=1m

3.1.4 不耦合系数

在该项工程施工过程中,所用穿孔设备钻孔直径为d=115mm,所使用的2号岩石乳化炸药直径ф=32mm,不耦合装药系数m=d/ф=3.6。根据现场施工经验不耦合装药系数在2-4比较合适,因此不耦合系数选取3.6是合理的[3]

3.1.5 线装药密度

根据表1瑞典的u.兰格弗斯建议值。

线装药密度qx=0.35kg/m

岩石性质

岩石抗压强度(mpa)

钻孔直径(mm)

线装药密度(kg/m)

软弱岩石

<5

80

0.1-0.18

 

100

0.15-0.25

 

80

0.18-0.3

中硬岩石

50-80

100

0.25-0.35

次坚石

80-120

90

0.25-0.4

 

100

0.3-0.45

坚石

>120

90-100

0.3-0.7

表1 瑞典的u.兰格弗斯建议值

3.1.6 预裂孔的装药与回填设计

预裂孔采用竹劈子固定、导爆索串接药包环向不耦合装药。为克服孔底夹制作用 ,孔底常采用加强装药。加强段装药量1200g,加强段装药不计入线装药密度。孔口1.5m处不装药,进行堵塞。不装药段以下1m处线装药密度应减为设计值的1/2以防表层岩石被抬开松动,形成爆破漏斗,影响预裂孔的爆破效果(见图1,预裂炮孔装药结构示意图)[4]

图1 预裂炮孔装药结构示意图

图1 预裂炮孔装药结构示意图

3.2 主炮孔的装药回填设计

3.2.1 单孔装药量

主炮孔单孔装药量计算公式为:q=qabh(式2)

式中q——单孔装药量(kg);

q——爆破炸药单耗(kg/m³);根据地质条件和爆破经验,该区域q=0.4kg/m³

a——炮孔间距(m);根据岩石坚硬系数和爆破经验,a=4.5m

b——炮孔排距(m);根据岩石坚硬系数和爆破经验,b=3m

h——台阶高度(m);根据设计需要h=10m

经计算主炮孔单孔装药量为q=54kg

3.2.2 主炮孔装药回填设计

主炮孔采用连续柱状装药,最后密实填塞。

3.3 缓冲孔装药回填设计

3.3.1 缓冲孔单孔装药量

按照式(2)进行计算,其中缓冲孔的爆破炸药单耗q为主炮孔的1/2,

q=0.2kg/m³,a=4.5m,b=2.5m,h=10m,

经计算缓冲孔单孔装药量为q=22.5kg。

3.3.2 缓冲孔的回填设计

缓冲孔单孔装药量q= 22.5kg,采用间隔装药,孔底装药12kg,然后填塞2m,继续装药10.5kg,最后使用空气间隔回填,回填高度3.0m[5](具体见图2 缓冲孔装药回填结构示意图)。

图2 缓冲孔装药回填结构示意图

图2 缓冲孔装药回填结构示意图

4 起爆网络设计

预裂孔采用孔内孔外导爆索引爆炸药,超前于第一排主炮孔100ms,缓冲孔和主爆孔采用孔内二发同段导爆管雷管引爆炸药,孔外用毫秒导爆管雷管作联结元件,具体的起爆网络图3如下:

图3 起爆网络图

图3 起爆网络图

5 爆破效果分析

进行对比爆破后,爆破震动较原来明显变小,爆堆形状良好,爆堆铲装完毕后,预留边坡壁基本完好,半孔率达70%以上,岩壁完整性明显好于与其相邻的未进行预裂爆破的岩壁,达到预期的预裂爆破的效果[6]

6 结语

生产实践证明,预裂爆破是对保护岩壁十分有利的一种爆破技术,同时,若将缓冲爆破与预裂爆破相结合,则能充分保证预裂孔不被主爆孔破坏,而使得预裂效果达到最佳。研山铁矿在以后采场生产过程中,永久边坡的形成都需进行预裂爆破作业,这样对于控制边坡稳定性和边坡防护都有重要意义。

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