1、钙芒硝矿地下开采大爆破设计与实践第 23 卷第 5 期2007 年 10 月有色矿冶N0NFERROUSMININGANDMETALLURGYVo1.23.50ctober2007文章编号:1007967X(2007)05001104钙芒硝矿地下开采大爆破设计与实践刘洋树(新疆阿舍勒铜业股份有限公司,新疆阿舍勒 836700)摘要:介绍了某钙芒硝矿的矿石大爆破作业工艺,总结了地下开采大爆破的设计与施工过程,分析了爆破效果.并对可能造成的地质灾害进行了评价.关键词:钙芒硝矿;大爆破;设计与施工;中图分类号:TD235 文献标识码:A1 概述1.1 矿山概况四川省彭山县同乐钙芒硝矿是四川同庆南风有
2、限责任公司年产 30 万 t 元明粉生产能力配套的原料基地.该矿位于该县农乐钙芒硝矿区同乐矿段.同乐矿段在彭山县青龙镇以西 4km.它开发矿段范围东西宽 2000m,南北长 4250In,总面积 8.5km2.矿山北距成都市 50km.距离成昆铁路青龙站4km,距省道 103 线 4km.成乐,成雅高速公路从矿区旁边通过.交通十分便利.1.2 生产工艺钙芒硝矿的有用成份为硫酸钠,是一种化工原料.主要用于轻工产品的洗涤剂及玻璃和纺织印染工业.矿山通过井下采用大爆破作业崩落矿体堆放在采场内,通过向采场注入热水浸泡的方式,溶解矿石中的硫酸钠形成硫酸钠溶液(俗称粗硝水),其浓度达到 250g/L,再汇
3、集到水仓,由多级泵抽到地面制硝系统经精制,蒸发,干燥,形成工业产品白色无水硫酸钠产品,其含量可达 99.99%.1.3 地质概貌钙芒硝矿赋存于上白垩统灌口组中上部,上含矿带剥蚀殆尽,下含矿带均保持完好,含矿带主要受熊坡背斜北东段南东翼控制,含矿带走向北东一南西,倾向南东,倾角 4.5.钙芒硝矿在含矿带中成单斜复层式稳定的层状或似层状产出,产状与围岩一致,沿走向及倾向稳定或较稳定延伸.它是一种内陆浅海沉积型的盐类矿床.矿区地形地貌条件简单,矿体属于隐伏矿床,主要矿体位于当地侵蚀基准面以下.矿层及直接顶低板处于裂隙不发育的原生岩段,属隔水岩层.矿段地质构造简单,结构面不发育,矿层及顶低板的岩体完整
4、性较好,属于相当软一中等坚固的岩石.较稳固.矿岩硬度系数 f=35.矿石密度 2.77t/m3,围岩 2.50t/In,矿岩松散性系数 1.3.其水文地质条件中等但存在第四系孔隙水及基岩溶蚀裂隙水.不过与矿体间有 7090In 的泥质粉砂岩与泥岩隔水层,对矿体开采没有什么影响.1.4 矿床开拓.矿床为斜井开拓,中央并列式通风,分水平沿走向前进式布置矿块.主提升井采用 GKT21.60.824 双滚筒绞车提升.井下平巷运输方式为有轨运输,采用 37t 架线式机车牵引,600mm 轨距,10kV 高压供电,盘区照明 220V,采区照明 36v,矿井排硝水为两段排水.340in,360in 和 32
5、0in水平各设有 12002500in 左右的硝水仓.2 地下开采大爆破设计与施工过程就该矿 2005 年回采的一号采场为例加以说明.该采场沿走向南北长 100In,东西宽 100In,倾角 4.5.,矿体回采厚度(包括夹石)9.2In.采场内沿走向布置 16In 宽的矿房 5 条,矿房间柱 5In,与相邻采场都有 10In 矿柱相隔;沿倾斜布置 4 条切割巷和 1 条联络巷,切割巷的上端有注水钻孔与盘区回风注水平巷相接.大爆破前切割槽进行了部份爆破落矿,爆下的矿石堆放原地.本采场采用中深孔微差挤压爆破,崩落的矿石留在空场内,然后在采场进口浇注混凝土挡墙,厚度 0.60In,在挡墙内安设出水管
6、路.?收稿日期:20070416作者简介:刘洋树(1969 一),男,四川彭山人,工程师,现从事矿山采矿技术工作.12 有色矿冶第 23 卷2.1 地下开采大爆破设计2.1.1 凿岩参数根据历年回采经验,采用上向扇形中深孔落矿方式.凿岩设备为 YGZ 一 90 导轨式凿岩机.钎头直径:60mm;炮孔排距:1.71.9m;孔底距 1.92.0m,爆破补偿空间系数为 1.3.爆破自由面采用中深孔开凿斜拉槽方法爆破形成,其每个斜拉槽高度达到回采矿体的顶板宽度 3.0m,每个斜拉槽长度 16.0m.大爆破前已对切割拉槽进行部份爆破.2.1.2 破参数及辅助爆破器材准备该采场采用上述凿岩参数,炮孔总排数
7、 241 排,炮孔总长 36172.5m,爆破补偿系数大于 13.32%,2#岩石硝铵炸药 43.0108t,炸药直径 50mm,非电毫秒雷管 15900 发,导爆索 2500m,导爆管 3000m,设计崩落矿量 18.145 万 t,单孔装药量 152.0kg,炸药单耗 0.28kg/t.辅助爆破器材有塑料炮棍,炮泥,铅丝,竹制引锥,铅笔刀,麻绳,电工黑胶布,旧编织袋,绝缘导线,螺口灯泡,螺口灯头等.2.1.3 爆破网路设计该采沿倾向划分为 5 条矿房,每条矿房都有 4条切割槽,大爆破前切割槽己进行了部分爆破拉开,留下的切割槽炮孔同大爆破时一起爆破.切割槽炮孔每排 3 个,总装药量 30.0
8、kg;扇形孔每排 15 个孔,总装药量 152.0kg.为了控制同段起爆炸药量,本次爆破采用 2 至 20 段毫秒雷管,同时将 5 条矿房分为 5 个分支,即每条矿房由一个分支导爆管雷管起爆.一,二,三,四,五分支的分支导爆管长 30m,其段别分别为 2,3,4,5,6 段.由于不同分支的低段别雷管会出现延时重合,设计时,切割槽用 2 至 6 段雷管,同时起爆切割槽排数控制在 16 排以内;扇形孔不超过 5 排,装药量也减为 152kg/排,因此,同时起爆最大炸药量不大于:1525:760.0kg.起爆点位于凿岩巷的联络道内,将 5 条分支拉到一起,用2 发起爆雷管连接起来,起爆雷管的导爆管拉
9、到地表安全地方,用击发枪击发起爆.起爆过程为:击发枪击发导爆管一起爆雷管一孔外分支延期雷管一导爆索一孔内毫秒延期雷管.2.1.4 爆破安全距离计算本次爆破工程为地下爆破工程,不会有飞石危害.爆破冲击波沿巷道逐步消失,但六,七盘区运输巷与 68 上采进车巷,下采采运巷联通处的南北两端 300m 内,不得停放矿车和电机车;井下,井口的所有风门都应全部开启并固定好.地震波安全距离计算,按国家大爆破安全规程规定:L=(KV)/Q/.式中:L爆源与计算点间的距离,m;K与岩石性质,爆破条件和爆破方法有关的系数,软岩石为 250350,取 300;V质点最大允许振动速度,一般砖块,非抗震大型建筑物 23,
10、取 2;a爆破地震随距离的衰减系数软岩石为 1.82.0,取2,代入式中:I=(300+2.0)/X(5X152)/12.25X9.125=111.7(m)由于地面高程 467.6m,爆破中心高程 337.8m,相对高为:467.6337.8=129.8(m).爆区对应地面区域内无建(构)筑物,因此,在计算地震波安全距离时,V 值取 2.0.从上面计算结果看,I 远远小于 129.8m,所以本次爆破不会给地表造成任何危害.但为了避免发生不必要的纠纷爆破时保卫人员需到现场进行警戒,组织人员撤离爆破危险区域.以外,由于爆破时所有人员撤出井下,爆区附近无重要设施需要保护,井下安全距离计算从略.2.2
11、 大爆破实施过程2.2.1 大爆破施工组织设立大爆破工程指挥部.指挥部由总指挥,副总指挥,总技术指导,安全总监察和现场调度等有关人员组成.下设各专业组:(1)技术组:设组长 1 人,组员 10 人.在大爆破前期负责对炮孔施工质量进行验收,对每一个炮孔深度进行实测,完成每一个炮孔装药数量(以条为)的统计工作,装填小组的技术指导工作,保证雷管按设计排位,段别装填;按设计装填结构要求进行炸药,雷管,炮泥的装填指导工作,监督装药质量,进行爆破网路连接.(2)装填组:由 170 人组成, 分成 10 个小组,每个小组设组长 1 人.在技术组的指导下,负责按设计要求的装填结构完成炸药,雷管,炮泥装填任务.
12、最后清理作业现场.(3)爆破器材搬运组:按作业大班组织 ,每个大班负责完成指挥部下达的爆破器材搬运任务,按设计数量分组,分排堆放整齐.(4)材料回收组:负责回收作业现场的废旧物品及剩余爆破器材等.(5)安全检查组:爆破作业前 ,对作业现场进行全面安全检查,排除安全隐患后,装药时,执行安全监第 5 期刘洋树等:钙芒硝矿地下开采大爆破设计与实践 13督,排除不安全因素;爆破后对井下进行安全检测.(6)保卫组:爆破准备时 ,负责看守地面堆放的爆破器材;爆破作业时,对出入井人员进行登记,清点;组织危险区内人员撤离到安全地点并警戒.(7)机电组:由电工 ,维修工组成 ,负责爆破区照明线路的敷设和撤除.(
13、8)生活服务组:负责井下爆破作业人员的茶水,食品供应,运送工作.当班的所有人员,必须服从大爆破指挥部的指令,及时完成指挥部下达的各项工作,确保大爆破工作顺利进行.参加大爆破作业人众多,其中装药这天为 200 人.本次爆破作业时间分为运送炸药和装药,待装药全部结束后再进行网络联线.最后定时起爆.本次爆破耗时 3d.2.2.2 大爆破安全措施(1)认真执行国家大爆破规程和井下矿山安全规程;(2)严格执行公司的大爆破实施细则;(3) 装填炸药的当班,所有井下作业人员,出入井时都必须严格进行登记,起爆前要认真清点,核查,确认全部井下作业人员都撤离到地面后,方准起爆;(4)炸药运到井口时,由公司保卫科,
14、矿山车间全权负责炸药在井口停放期间的安全.保卫科必须派驻至少 2 人/班,矿山车间必须至少派驻 1 人/班,24h 进行看守;(5)保卫科必须在堆放炸药的井口周围设置明显的警界线,禁止一切闲杂人员进入禁区.禁区内,严禁烟火,禁区外 20m 范围内严禁动火作业;(6)看守人员严格遵守有关规定,在空旷地带全方位看守,严禁离岗;(7) 公司办,生技部 ,矿山车间要及时组织人员将炸药运送下井,并随时对其抽查;(8)炸药到井 VI 后,矿山车间要及时组织人员将炸药下井,避免炸药在地面堆放时间过长;(9)运药前,安全组要认真检查爆破作业区的安全状况,排除安全隐患后,方准向爆破作业区运送爆破器材;(10)作
15、业区的炸药必须堆放整齐,数量要与设计相符,并不得与照明线同侧堆放,无人作业时应断电;(11)炸药运到井口后应进行温度检测,超过 40时,要采取降温措施;(12)运输 ,堆码,装填炸药时 ,任何人都不得在爆破区域内吸烟;大爆破作业人员严禁带火种进入爆破作业区,中间休息时,严禁离开作业区域;(13)起爆前,井下全面停风,停水,停电,采场停止向硝水仓放硝水,在通风时间内,如要向地面输送硝水,硝水泵房应在安全检测合格后,方可恢复输送硝水;(14)电机车运送炸药时,机车与炸药车之间应有二个空车相间隔;(15) 起爆前各作业点人员必须全部撤离到地面,在清点无误后才准起爆;(16)运送炸药时,通风机不能停止
16、运行,起爆后要按设计通风时间进行通风,各作业点在复产前都要分别进行检测,确认有害气体已经达标的作业点才准复产;(17)爆破前,对装填组长 ,技术指导进行技术,安全培训,对其它大爆破作业人员,应在排班点名时进行安全实施细则教育;(18) 要做好应急救护准备 ,爆破作业期间,要派一辆值班车进行值班;(19)本次爆破设计通风措施为主扇与局扇相结合,时间为 16h.16h 后,井下所有作业面都必须经过安全检测并确认有毒气体降至达标后,方允许恢复生产.2.2.3 装药方法与过程(1)炸药装填人员到达指定地点后,装填组长按规定进行技术交底,人员编组,分派工作内容,按照大爆破设计要求将毫秒雷管分到每一排扇形
17、孔位置并清点每一小组的炸药量;(2)将按照设计要求制成的每个炮孔装填炸药的数量(以条为单位) 表发给装填人员,以便于施工;(3)切割拉槽采用反向装药方式,起炮药包装在孔底,炸药和雷管的聚能穴方向朝孔口;扇形孔采用正向装药,起炮药包装在孔口,炸药和雷管的聚能穴方向朝孔底;(4)炮棍采用长 67m 直径为 40 栅的塑料管,每次装填的炸药量不得超过 6 条,为防止炸药从孔中下滑,用炸药纸箱制成略大于炮孔的纸板随同最下面的炸药一同送入孔中;(5)每一个孔的炸药装填完毕,用炮泥进行封口,长度大于 300mm;(6)严格执行装药要松,封口要紧的原则;(7)装填炸药的过程中要进行巡回检查,作好过程监控,对
18、装填完毕的炮孔,要与设计核对空口距离,确保装填炸药的质量.2.2.4 网路连接整个采场炸药装填完毕经验收合格后,所有装药人员全部撤出采场,留下工程技术人员进行网路连接.首先在每条矿房的凿岩巷道中由两端向中间敷设两根主导爆索,巷道两帮每两排扇形孔的导爆管和切割拉槽的导爆管用分支导爆索捆扎,然后搭接在主导爆索上,搭接长度大于 1501TnTl.沿导爆索传爆方向,分支导爆索与主导爆索的夹角以 3o.60.为宜.每一个矿房用两发分支起爆雷管捆扎在主导爆索上,然后将所有的分支起爆雷管汇聚一起,用两发总起爆雷管连接,14 有色矿冶第 23 卷最后把总起爆管的导爆管拉到地表安全地方,在准备留有壁式矿柱,经浸
19、泡后的矿渣充填在整个采空区起爆时才与击发装置连接.内起到相应的稳定地压的作用.2.2.5 爆破效果分析 3,3 有毒有害气体的排放由于是采用微差挤压爆破,崩落破碎的矿石全部由于是一次性大爆破,使用的炸药量达数十吨,挤压充填于整个采区中,人员无法从现场直接观察其产生的有毒有害气体也较多,瞬间的炮烟浓度高,但每一条矿房的爆破效果,只有从后续的工作接检查其经通风设施排到高空后,很快就会被稀释,不会对人爆破效果.在经过一定的通风时间和安全检测后,将及周围环境造成任何威胁,同时在爆破前已采取了采场进口浇注混凝土挡墙封闭,挡墙下盘安设放水管,相应的保护措施.上盘回风注水巷安设注水管.经热水注入浸泡一定时.
20、厶+,问其溶液浓度达到生产要求后,将溶液汇集到水仓通砷;日口过多级泵抽到地表制硝系统,从终端产品的数量与采大爆破作业是一项参与人员众多,爆破药量大.场矿石中的理论计算量相比,检测其爆破效果.该矿系统比较复杂的工程,其间每一个环节都相当重要,用此类方法爆破了 100 多个采场以及从周边同类矿山但只要严密组织,精心施工,一定会取得成功的.目来看,其结果是令人满意的.前有的企业正在针对钙芒硝矿试用另一种采矿方法3 地质灾害评价薹3.1 地震效应工程还是钙芒硝矿开采中必不可少的环节.经多年对爆破中心地表现场观察,虽说有一定这个工程中技术设计必须周密认真,凿岩施工的震动,但对地表建构筑物和含水层没有造成任何要精心组织,炮孔凿岩方向与深度必须达到设计要的影响和破坏作用.求,这是作好大爆破工程关键的第一步;之二是爆破3,2 地表沉降观察工程环节多,大都属于管理范围,需要周密安排,但通过多年地表沉降观察的结果看,没有发现任其关键技术是爆破网路连接,必须万无一失,才能保
