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复杂环境下的露天凹陷富水石灰石矿床开采技术

2009/04/29 00:00 来源:

......

  0 前言

  驻马店市豫龙同力水泥有限公司5000 t/d熟料生产线,其石灰石矿山位于河南省确山县境内。在矿区西、南和东侧各分布有三个居民点,距东侧村民点280m,距西侧距民点约200m,南距村民点约350m。三个村庄房屋多为砖混结构,正在积极组织搬迁。因此,确保生产用矿石的正常供应,并保证爆破绝对安全,严格控制飞石、震动等爆破危害对周围环境的影响,成为矿床开采中最重要的工作。

  1  工程概况

  独山大型熔剂灰岩矿床,位于确山县刘店镇独山一牛湾一带。地理座标:东径114° 07′30″~114°08′40″,北纬32°44′40″~32°45′30″。含矿岩系为奥陶系,矿床共有9个矿层,主矿层长2000m;宽340~480m,厚250~382 m,矿石主要化学成分CaO的质量分数:53.19%~55.57%,总储量18542.2万t,在熔剂灰岩上下部伴生水泥灰岩地质储量3373万t。矿区岩石的普氏系数为f=8~10,熔剂灰岩未单独开采,现全部当作水泥灰岩开采。目前,开采区域为独山矿区卧牛山矿段,由于多年民采,现已成为一个凹陷石灰石矿(图1),区内24m标高以上矿体内岩溶发育,地下水丰富,矿区内层理、节理极其发育,见图2。

图1  凹陷石灰石矿                          图2  矿体内岩溶

  2  爆破设计参数

  (1)钻孔设备选择。考虑地下水丰富,用一般中低风压钻机钻孔时,岩粉吹不出来,钻孔效率极低,所以选用中高风压钻机,型号为CL-120G高风压露天潜孔钻车。所配空压机为:移动式VHP750型,其容积流量:21.2 m3/min;排气压力1.38 MPa;额定功率:224kW;成孔直径:120mm。

  (2)孔网参数。爆破采用深孔微差爆破,一般台段高度为10m;孔网参数为:a=4.0~4.5m,b=3.0~3.5m,w=3.0~3.5m,超深h=0.5~1.0m。

  (3)装药及炸药单耗。炸药为#2岩石乳化炸药,有粉状和药卷两种,由于岩体内含水丰富,孔内水位较高,每次爆破,含水钻孔占60%以上。水处理后很快就涌满,所以只能在水孔内装药,一般粉状药装不进去,只能用药卷,规格为900mm×450mm,每卷炸药重为3 kg。每孔装药量50kg左右,炸药单耗0.3~0.35 kg/m3,属松动爆破。

  (4)充填。上部充填高度为3.5~4m,充填材料为钻孔岩沫。

  (5)起爆方式。采用毫秒雷管延期单孔微差起爆方式,每孔下两发毫秒塑料导爆管雷管,连接雷管也为两发雷管,孔内为7、8、9、10段高段雷管,孔外连接雷管为3段,网络连接一般形式为:孔间接力单孔爆破。最大一段起爆药量:l孔,50kg左右。

  (6)爆破效果见图3;挖掘设备为沃尔沃Volvo EC290BLC和EC210BLC,铲装见图4。

   

   图3  爆破效果                                 图4 爆破后铲装作业

  (7)爆破危害效应控制。由于属松动爆破,爆破现场没有飞石,爆区只鼓了一下,震动很小。据武汉理工大学爆破工程研究所进行的现场测试,得出矿山现行生产爆破所引起的周围建筑物地面质点震动速度为0.092~1.03137cm/s,频率范围为6.71~20.03Hz。根据《爆破安全规程》,这对矿山周围三个村庄的建筑物是安全的;目前条件下的生产爆破,其要求控制的最大一段安全起爆药量为Qmax=3.1×10-5R3kg,所以目前的50kg最大起爆药量是安全的,单孔起爆控制振动的方法是可行的。但在200~300m范围内能感受到空气冲击波的作用,主要是爆区处于凹陷半封闭空间内,空气冲击波作用不能快速消散所致。但考虑到长期爆破作用存在的累积效应,有可能促进软弱地基上建筑物原有损伤的发展,所以随台阶开采水平的继续降低,振动的高程影响因素将会显现出来,所以还要加强爆破振动监测,以进一步优化爆破参数。

  3  结语

  (1)在富水的矿层中钻孔,装药是十分困难的,操作上很不方便,成孔也困难,易塌孔、堵孔,药装不进去。我们的经验是:在水孔内装入密度较大的长药卷不失为一种解决水孔作业的好办法。

  (2)当必须严格控制飞石、震动等爆破危害时,采取松动爆破是可取的方案。我公司采用松动爆破后,虽挖掘设备效率有所下降,但基本上能正常作业,可以保证每天生产所需6000~7000 t的矿石供应,其震动情况,据专业爆破测震机构对该开采区的爆破测震表明,对最大一段起爆药量50 kg左右的爆破检测表明,其产生的震动远低于对周围建(构)筑物造成危害的震动值。

  (3)在矿山周边环境复杂的情况下,必须确定适合的爆破方案,如采用化整为零的多次爆破、多地点爆破的方法;并应严格控制爆破规模,如应严格限制最大一段起爆药量和每次爆破的总装药量。

  (4)研制密度大于水的炸药,以便能够在水孔内快速装入足量设计炸药,满足地下水位较高矿山爆破的特殊用户需要,这应该得到爆破器材研发和供应单位的重视和开发。

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