光面爆破技术在软岩巷道掘进中的应用.pdf
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1、矿业工程20Mining Engineering第2 1卷,第4 期2023年8 月光面爆破技术在软岩巷道掘进中的应用范允鑫(山东黄金集团蓬莱矿业有限公司,山东烟台2 6 4 0 0 0)摘要:蓬莱矿业侯格庄矿掘进工程原有爆破方式采用“五顶双腰”的布孔方式,爆破后巷道成型轮廓差、支护难度大。鉴于此,侯格庄矿针对蚀变围岩巷道掘进工程开展了多种布孔方式试验对比工作,并选定了“六顶三腰”的布孔方式。应用效果表明,该方式能够显著提高爆破效率、降低爆破成本,并且该方式爆破后的巷道顶帮光滑平整,在改善掘进施工安全的同时较大限度地降低了支护喷浆量。关键词:巷道掘进;光面爆破;爆破振动;孔痕率;单耗中图分类号
2、:TD2350引言蓬莱矿业侯格庄矿作为典型的蚀变岩型中低热液充填交代矿床,围岩受到蚀变影响较大造成局部岩石稳固性极差,巷道的掘进成型效果极差,局部巷道常发生冒顶片帮,严重威胁安全生产1。蓬莱矿业侯格庄矿掘进工程原有的爆破方式为“五顶双腰”布孔方式,爆破后巷道成型轮廓差、支护难度大。鉴于该问题,侯格庄矿针对蚀变围岩巷道掘进工程开展了多种布孔方式试验工作。1地质条件简介蓬莱矿业侯格庄矿矿体主要赋存于岩体与围岩的接触带上,是典型的蚀变岩型中低热液充填交代矿床。矿床处于磁山单元片麻状细粒花岗闪长岩与罗家单元中细粒含黑云二长花岗岩接触带附近,矿体围岩为胶东岩群黑云斜长片麻岩、花岗闪长岩等,岩石的坚硬系数
3、f=812,围岩受热液交代作用均发生不同程度的蚀变,蚀变类型以绢英岩化、硅化、黄铁矿化、钾长石化为主,其次有绿泥石化、碳酸盐化、高岭土化。蚀变围岩内节理裂隙发育显著,受矿体断层构造发育的影响,蚀变围岩局部岩石收稿日期:2 0 2 2-0 8-3 1作者简介:范允鑫(19 9 0),男(汉族),山东济宁人,山东黄金集团蓬莱矿业有限公司采矿工程师。文献标识码:A文章编号:16 7 1-8 550(2 0 2 3)0 4-0 0 2 0-0 4稳固性极差,坚硬系数f=8左右,在该类蚀变围岩内的掘进工作难度较大 2 。其中,3 0 5、-260、-2 2 0 m 水平巷道掘进过程中部分巷道穿过蚀变围岩
4、。2原有爆破技术2.1原有钻爆方式简介巷道设计断面7.6 5m,净宽净高2.8 m2.93m,掘进断面3 m3.03m,设计采用喷锚网支护方式,顶板和两帮支护厚度均为10cm。按照原有爆破设计采用“五顶双腰”的布孔方式,即顶板孔5个、两帮各布置2 个炮孔,周边9 个炮孔,炮孔孔深1.8 m,装药量为4 卷2#岩石乳化炸药,每卷炸药的规格为32mm、长度3 0 cm、炸药重量3 0 0 g,采用毫秒雷管微差起爆方式,由于周边孔孔数较少和周边孔装药量不合理等因素的影响,导致爆破后的巷道成型效果较差,顶帮情况见图1。图1原有钻爆方式爆破后的巷道顶帮现场图2.2原有爆破技术存在问题1)周边孔装药量过大
5、,周边孔装药量3 6支炸药(药量10.8 kg)。爆破振动大,造成顶2023年第4 期部岩石的三角形冒落严重,局部由于顶板冒落高度较大,严重威胁安全生产 3 。施工过程中遇到冒落严重区域局部采取了砌碴支护方式,但是砌支护严重影响施工进度,并且支护成本高。2)巷道成型差。主要表现在:巷道接茬高差大,巷道接茬合格率(高差15cm)仅为31%35%,远达不到施工要求的7 5%目标 4 ;爆后孔痕率低,可见半孔较少,光面爆破要求可见炮孔的孔痕(7 0%炮孔长度)占比不低于6 0%,爆破后的巷道顶帮实际情况可见炮孔的孔痕不足2 0%3 0%。3)支护难度大。由于爆破孔网参数和装药量选择不合理,造成爆破后
6、顶板和两帮围岩破坏严重,巷道的整体平整性较差,喷锚网支护厚度大,支护成本增高。3爆破参数试验鉴于“五顶双腰”的周边孔布孔方式存在的问题,侯格庄矿为探明适合该矿软岩巷道掘进的布孔工艺,开展了光面爆破的爆破参数试验 5-6 1。研究试验了“四顶双腰”、“四顶三腰”、“五顶双腰”、“五顶三腰”、“六顶双腰”、“六顶三腰”、“七顶双腰”的光面爆破布孔方式,分别在-3 0 5、-2 6 0、-2 2 0 m水平的开拓巷道进行试验,炮孔孔深为2.0 m,周边孔装药调整为3 支32mm、长度3 0 cm炸药。3.1孔痕率对比试验爆破后,对各种试验光爆方式的炮孔进行测量,炮孔孔痕长度7 0%炮孔长度记为合格半
7、孔,则当炮孔孔深为1.8 m时,炮孔孔痕长度超过1.2 6 m的半孔为合格半孔。不同光面爆破布孔方式在不同地点试验多次后,得出顶板孔和腰孔的半孔个数、孔痕率见表1和表2。表1顶孔孔痕率统计结果平均顶板试验类别合格半孔/个四顶方式1.1五顶方式1.8六顶方式4.6七顶方式5.2范允鑫光面爆破技术在软岩巷道掘进中的应用顶孔孔痕率/%27.536.076.674.321表2 腰孔孔痕率统计结果平均两腰试验类别合格半孔/个双腰方式1.2三腰方式2.3四腰方式2.9孔痕率对比结果表明:随着顶孔数量的增加,孔痕率显著提高;6 7 个顶孔方式与45个顶孔方式相比,孔痕率提高了4 0%左右;且6 7 个顶孔方
8、式的孔痕率达到7 0%以上。腰孔孔痕率2 4 个腰孔的孔痕率差距不大,介于6 0%8 0%之间;但是3 个腰孔的布孔方式稍优于2 个腰孔;4 个腰孔时,由于周边孔爆破装药总量大的原因,与3 个腰孔相比孔痕率稍有降低。3.2爆破振动效应对比试验微差爆破振动具有持续时间短、变化速度快、多个波峰的特点,为分析爆破振动效应,侯格庄矿利用爆破测振仪对爆破振动数据进行监测 7 ,监测的布孔方式主要包括“六顶双腰”、“六顶三腰”、“七顶双腰”三种。利用MATLAB数学软件对爆破测振仪收集的爆破振动信号进行显示,得出的爆破振动效应检测图见图2,通过振速和持续时间的函数关系计算得出爆破振动能量分布见图3。爆破振
9、动效应监测图表明,爆破振动持续时间0 10 s。其中,“七顶双腰”布孔方式爆破振动速度最大,达到16.3 2 mm/s;“六顶三腰”方式次之,振速为11.0 2 mm/s;“六顶双腰”的振速为9.0 6 mm/s。分析认为爆破振动效应与迎头炸药的分段间隔有关 8 。爆破振动能量分布图表明,“七顶双腰”布孔方式爆破振动能量最大值为1.2 3 kJ,频率范围处于2 0 8 0 Hz,其中低频能量(50 Hz)占比较大;“六顶双腰”爆破振动能量最大值为0.37kJ,频率范围处于6 0 110 Hz;“六顶三腰”爆破振动能量最大值为0.2 2 kJmm/s,频率范围处于 8 0 17 0 Hz9 监测
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