非構(gòu)造裂隙的新爆破方法與實踐
| 1 簡介 和田布雅露天煤礦 位于和田市以南118km，主要巖性為硬砂巖、中砂巖和碳質(zhì)泥巖，其中:中粒和 中細(xì)粒砂巖巖石普氏系 數(shù) f=4.5～7，主要分布在二采區(qū)和三采區(qū)上部；f=3～4的中等堅硬巖石主要分布在二采區(qū)下部 和 首采區(qū)；f=2～2.5的碳質(zhì)泥巖主要沉積在煤層頂、底板之間。礦區(qū)干旱、少雨、多風(fēng)，屬 于典型的內(nèi)陸亞干旱荒漠氣候帶，巖石表面風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重，裂隙發(fā)育，層理明顯，均質(zhì)性很差。 和田布雅露天煤礦設(shè)計分為3個采區(qū)，由東向西、由低向高依次分為首采區(qū)、二采區(qū)和 三采區(qū)；采場標(biāo)高依次為+2731～2795、+2805～2860和+2868～3000m。臺階高度8m，汽車運 輸 。除三采區(qū)只形成采掘標(biāo)高+2984～2992m和+2992～3000m兩個剝離臺階以外，首采區(qū)和二采 區(qū)剝 離臺階全部形成。根據(jù)采場內(nèi)巖體裂隙、采場外巖體特性、巖性變化等構(gòu)造情況，可以斷定 該礦區(qū)巖體屬非均質(zhì)結(jié)構(gòu)，所形成的裂隙為非構(gòu)造裂隙。 2 常規(guī)爆破法存在的主要問題 根據(jù)筆者在現(xiàn)場的親身體驗，在非構(gòu)造裂隙的巖體中，現(xiàn)場采用的是25kg大袋散包裝硝銨炸藥，球形集中裝藥，炸藥完全集中在鉆孔底部，平均炸藥單耗0.4kg/m3，每孔裝藥70kg左 右， 孔徑150mm，炸藥密度950kg/m3，超深1m，藥柱高度4m左右，所有剝離臺階全部采用單排 孔電力瞬發(fā)起爆。爆破以后，對爆堆形狀可直觀描述如下：爆堆沉降2～3m不一。臺階下部巖石完全破碎并沿底部自由面被完全拋出達(dá)5～6m ，而臺階上部巖石則裂隙多、大塊多，有些因裂隙產(chǎn)生的大塊******可達(dá)4×4×5m，這些上 部大塊多呈沉降形；爆堆后沖大、裂隙多，形成很大的裂溝，有些由臺階頂部直接開裂至底 部，給采裝 帶來很大困難，二次爆破量大；一次爆破量少，不到5000m3，不夠電鏟兩天采裝 。由此可見，由于非構(gòu)造裂隙的存在，在采用球形散狀集中裝藥、單排孔瞬發(fā)起爆的情 況下，爆破效果不好。 3 非構(gòu)造裂隙巖體對爆破作用的影響分析 根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計分析，最易產(chǎn)生大塊的是主要巖性為裂隙和節(jié)理都十分發(fā)育的f=4.5～7的中 、硬 砂巖。其中，在二采區(qū)上部和三采區(qū)的硬巖當(dāng)中，由于巖體受風(fēng)化剝蝕的影響程度大、作用 深，巖體強度小于巖塊強度，爆破時巖體主要沿層理面裂開，形成較大巖塊，一般都在2×2 ×3m以上，其形狀多為方形和不規(guī)則矩形。據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計，大塊發(fā)生率在60%左右，其余為 較小碎塊。 在二采區(qū)下部和整個首采區(qū)，由于巖體所受到的風(fēng)化剝蝕程度影響相對較小，裂隙細(xì)小、密 集，除少部分巖塊是由爆破作用直接產(chǎn)生的以外，大部分巖塊是因為爆炸應(yīng)力波沿巖體原有 的 節(jié)理裂隙錯動擴張而產(chǎn)生。從爆破現(xiàn)場看，爆破所產(chǎn)生的巖塊相對較小，一般在2×2×2m以 下，其形狀有別，間距不同，交角各異，完整性很差。據(jù)統(tǒng)計，大塊發(fā)生率較高，一般在 70%左右。 通過觀察發(fā)現(xiàn)：爆破效果的好壞與巖體結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀有很大關(guān)系，在有裂隙、 軟弱夾層和軟硬互層的巖體中，爆破作用很容易從強度低、松軟部位的方向突破，這也是經(jīng)常造成大塊多、使巖體拋得過于分散的重要原因。 4 爆破新方法與實踐 針對在非構(gòu)造裂隙中的爆破問題，筆者和現(xiàn)場工程技術(shù)人員一起經(jīng)過6次有針 對性的爆破實驗，提出以下解決辦法。 4.1 采用多排孔毫秒微差壓渣爆破 根據(jù)巖石力學(xué)性質(zhì)，巖體中的應(yīng)力場隨時間迅速變化，采用導(dǎo)爆索加繼爆管的聯(lián)線方式 ，實現(xiàn)排與排之間的毫秒微差爆破，改善巖體中的應(yīng)力場，使后排孔的爆炸應(yīng)力波對前排孔 已爆松的巖體進(jìn)行二次或反復(fù)破碎。由于炸藥爆破時多裂隙的非均質(zhì)巖體產(chǎn)生的 沖擊波和應(yīng)力波的衰減比均質(zhì)巖體要快，將單排孔爆破改為三排或多排孔爆破，使排與排 、 孔與孔之間的爆炸應(yīng)力波相互疊加，相互作用，相互影響，盡可能地使爆炸應(yīng)力波的作用充 分發(fā)揮。在裂隙密集、節(jié)理發(fā)育和臺階自由面貫通的地段，采用壓渣爆破的方法，在臺階 坡面 前留部分爆堆渣體不采，使爆炸應(yīng)力波的破碎效果充分作用在巖體內(nèi)，避免爆生氣體從 裂隙中逸出。 表1 爆破參數(shù)表(略） 4.2 改球形集中裝藥為柱形集中或分段裝藥 4.2.1 爆炸應(yīng)力波衰減慢 現(xiàn)場采用的是25kg大袋散包裝球形集中裝藥、電力瞬發(fā)起爆，使所有藥量完全集中在鉆孔底 部。根據(jù)爆炸應(yīng)力波產(chǎn)生的應(yīng)力場、應(yīng)變和位移理論分析：應(yīng)力波衰減指數(shù)與裝藥方式和 波陣 面有關(guān)。球形爆破爆源類似球形，相對集中，球面波呈散形擴展，動應(yīng)力場是球?qū)ΨQ的，應(yīng) 力 波衰減很快，造成底部巖石被炸藥充分破碎，而臺階上部巖石由于爆炸應(yīng)力波隨距離的增大 而衰減，已不足以有效地對上部巖石進(jìn)行破碎，在有巖石結(jié)構(gòu)面的〖JP2〗條件下，上部巖 石便很容 易沿裂隙節(jié)理裂開。為此，將大袋散包裝改為每袋6kg、藥包直徑120mm的柱形小包裝。而柱 形集中裝藥或分段裝藥，可使爆破產(chǎn)生的沖擊波和應(yīng)力波以柱面波的形式傳播，其動應(yīng)力場 是軸對稱的，應(yīng)力波相互疊加，爆破能量在巖體中均勻分配。 4.2.2 爆炸應(yīng)力波作用時間長 球形藥包集中裝藥時沖擊波正壓作用時間： （公式略） 上式說明，球形藥包集中裝藥沖擊波對巖石的正壓作用時間要比柱形裝藥短，對巖石的破碎 效果也就差。根據(jù)計算，球形沖擊波的 有效能量只是沖擊波總能量的1/6左右，而柱形沖擊波的有效能量卻占沖擊波總能量的將近1 /4，其破碎作用可想而知。 4.2.3 爆炸應(yīng)力波交叉破碎 根據(jù)臺階不同位置出現(xiàn)的巖性變化，可在巖性比較堅硬鉆孔位置 處設(shè)置藥室分段裝藥， 在巖性比較松軟處進(jìn)行充填。實驗表明，采用分段裝藥，利用藥室所處的不同位置對巖體進(jìn) 行交叉破碎，使炮區(qū)中每一部分巖石都能受到爆炸應(yīng)力波的作用，從而，解決臺階中由于巖 性變化或炸藥爆力不足產(chǎn)生大塊的可能。 4.3 集中裝藥和分段裝藥交替布置 為了避免由于全部采用集中裝藥藥柱不高、藥量過于集中、全部藥量集中在鉆孔底部而 帶來的臺階底部巖石被拋出，上部巖石產(chǎn)生大塊的可能，采用排和排之間集中裝藥和分段裝 藥交替布置的方式。 4.4 減少裝藥量，降低裝藥密度 為了減少后沖，避免爆破以后形成很多、很大的裂縫，減少最后一排孔20%的藥量，將其增 加給中 間孔，采用集中裝藥，并將藥包直徑120mm的袋狀小包裝改為100mm的袋狀小包裝 以 達(dá)到降低裝藥密度的目的。減輕爆轟波對后排孔巖石的壓力，使裂隙區(qū)的范圍不至于擴大。 4.5 優(yōu)化爆破參數(shù) 根據(jù)多次反復(fù)不同的實驗，獲取了優(yōu)化的爆破參數(shù)。 |
