復(fù)雜環(huán)境下的露天凹陷富水石灰石礦床開采技術(shù)
0 前言
駐馬店市豫龍同力水泥有限公司5000 t/d熟料生產(chǎn)線,其石灰石礦山位于河南省確山縣境內(nèi)。在礦區(qū)西、南和東側(cè)各分布有三個居民點,距東側(cè)村民點280m,距西側(cè)距民點約200m,南距村民點約350m。三個村莊房屋多為磚混結(jié)構(gòu),正在積極組織搬遷。因此,確保生產(chǎn)用礦石的正常供應(yīng),并保證爆破絕對安全,嚴(yán)格控制飛石、震動等爆破危害對周圍環(huán)境的影響,成為礦床開采中最重要的工作。
1 工程概況
獨山大型熔劑灰?guī)r礦床,位于確山縣劉店鎮(zhèn)獨山一牛灣一帶。地理座標(biāo):東徑114° 07′30″~114°08′40″,北緯32°44′40″~32°45′30″。含礦巖系為奧陶系,礦床共有9個礦層,主礦層長2000m;寬340~480m,厚250~382 m,礦石主要化學(xué)成分CaO的質(zhì)量分數(shù):53.19%~55.57%,總儲量18542.2萬t,在熔劑灰?guī)r上下部伴生水泥灰?guī)r地質(zhì)儲量3373萬t。礦區(qū)巖石的普氏系數(shù)為f=8~10,熔劑灰?guī)r未單獨開采,現(xiàn)全部當(dāng)作水泥灰?guī)r開采。目前,開采區(qū)域為獨山礦區(qū)臥牛山礦段,由于多年民采,現(xiàn)已成為一個凹陷石灰石礦(圖1),區(qū)內(nèi)24m標(biāo)高以上礦體內(nèi)巖溶發(fā)育,地下水豐富,礦區(qū)內(nèi)層理、節(jié)理極其發(fā)育,見圖2。
圖1 凹陷石灰石礦 圖2 礦體內(nèi)巖溶
2 爆破設(shè)計參數(shù)
(1)鉆孔設(shè)備選擇??紤]地下水豐富,用一般中低風(fēng)壓鉆機鉆孔時,巖粉吹不出來,鉆孔效率極低,所以選用中高風(fēng)壓鉆機,型號為CL-120G高風(fēng)壓露天潛孔鉆車。所配空壓機為:移動式VHP750型,其容積流量:21.2 m3/min;排氣壓力1.38 MPa;額定功率:224kW;成孔直徑:120mm。
(2)孔網(wǎng)參數(shù)。爆破采用深孔微差爆破,一般臺段高度為10m;孔網(wǎng)參數(shù)為:a=4.0~4.5m,b=3.0~3.5m,w=3.0~3.5m,超深h=0.5~1.0m。
(3)裝藥及炸藥單耗。炸藥為#2巖石乳化炸藥,有粉狀和藥卷兩種,由于巖體內(nèi)含水豐富,孔內(nèi)水位較高,每次爆破,含水鉆孔占60%以上。水處理后很快就涌滿,所以只能在水孔內(nèi)裝藥,一般粉狀藥裝不進去,只能用藥卷,規(guī)格為900mm×450mm,每卷炸藥重為3 kg。每孔裝藥量50kg左右,炸藥單耗0.3~0.35 kg/m3,屬松動爆破。
(4)充填。上部充填高度為3.5~4m,充填材料為鉆孔巖沫。
(5)起爆方式。采用毫秒雷管延期單孔微差起爆方式,每孔下兩發(fā)毫秒塑料導(dǎo)爆管雷管,連接雷管也為兩發(fā)雷管,孔內(nèi)為7、8、9、10段高段雷管,孔外連接雷管為3段,網(wǎng)絡(luò)連接一般形式為:孔間接力單孔爆破。最大一段起爆藥量:l孔,50kg左右。
(6)爆破效果見圖3;挖掘設(shè)備為沃爾沃Volvo EC290BLC和EC210BLC,鏟裝見圖4。
圖3 爆破效果 圖4 爆破后鏟裝作業(yè)
(7)爆破危害效應(yīng)控制。由于屬松動爆破,爆破現(xiàn)場沒有飛石,爆區(qū)只鼓了一下,震動很小。據(jù)武漢理工大學(xué)爆破工程研究所進行的現(xiàn)場測試,得出礦山現(xiàn)行生產(chǎn)爆破所引起的周圍建筑物地面質(zhì)點震動速度為0.092~1.03137cm/s,頻率范圍為6.71~20.03Hz。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》,這對礦山周圍三個村莊的建筑物是安全的;目前條件下的生產(chǎn)爆破,其要求控制的最大一段安全起爆藥量為Qmax=3.1×10-5R3kg,所以目前的50kg最大起爆藥量是安全的,單孔起爆控制振動的方法是可行的。但在200~300m范圍內(nèi)能感受到空氣沖擊波的作用,主要是爆區(qū)處于凹陷半封閉空間內(nèi),空氣沖擊波作用不能快速消散所致。但考慮到長期爆破作用存在的累積效應(yīng),有可能促進軟弱地基上建筑物原有損傷的發(fā)展,所以隨臺階開采水平的繼續(xù)降低,振動的高程影響因素將會顯現(xiàn)出來,所以還要加強爆破振動監(jiān)測,以進一步優(yōu)化爆破參數(shù)。
3 結(jié)語
(1)在富水的礦層中鉆孔,裝藥是十分困難的,操作上很不方便,成孔也困難,易塌孔、堵孔,藥裝不進去。我們的經(jīng)驗是:在水孔內(nèi)裝入密度較大的長藥卷不失為一種解決水孔作業(yè)的好辦法。
(2)當(dāng)必須嚴(yán)格控制飛石、震動等爆破危害時,采取松動爆破是可取的方案。我公司采用松動爆破后,雖挖掘設(shè)備效率有所下降,但基本上能正常作業(yè),可以保證每天生產(chǎn)所需6000~7000 t的礦石供應(yīng),其震動情況,據(jù)專業(yè)爆破測震機構(gòu)對該開采區(qū)的爆破測震表明,對最大一段起爆藥量50 kg左右的爆破檢測表明,其產(chǎn)生的震動遠低于對周圍建(構(gòu))筑物造成危害的震動值。
(3)在礦山周邊環(huán)境復(fù)雜的情況下,必須確定適合的爆破方案,如采用化整為零的多次爆破、多地點爆破的方法;并應(yīng)嚴(yán)格控制爆破規(guī)模,如應(yīng)嚴(yán)格限制最大一段起爆藥量和每次爆破的總裝藥量。
(4)研制密度大于水的炸藥,以便能夠在水孔內(nèi)快速裝入足量設(shè)計炸藥,滿足地下水位較高礦山爆破的特殊用戶需要,這應(yīng)該得到爆破器材研發(fā)和供應(yīng)單位的重視和開發(fā)。
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