小井药室强制放顶空区处理技术的实践∗

王卫东，盛 佳，李向东，江飞飞，王满堂

(1.嵩县金牛有限责任公司， 河南嵩县 4714351；2.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南长沙 410012；3.国家金属采矿工程技术研究中心， 湖南长沙 410012)

小井药室强制放顶空区处理技术的实践∗

王卫东1，盛 佳2，3，李向东2，3，江飞飞2，3，王满堂1

(1.嵩县金牛有限责任公司， 河南嵩县 4714351；2.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南长沙 410012；3.国家金属采矿工程技术研究中心， 湖南长沙 410012)

某大型金矿对厚矿体采用两步骤空场回采嗣后崩落采矿法开采，其中一步骤采场采用中深孔回采，二步骤采场采用分段扇形中深孔侧向崩矿嗣后放顶。结合一步骤采场回采工程，开展了小井药室强制放顶爆破设计，并计算与评估爆破振动与爆破冲击波的安全允许距离，及对地表建筑物的影响，通过强制放顶，为二步骤采场的安全回采提供了保障。

侧向崩矿；小井药室；嗣后强制放顶；空区处理；爆破安全

0 引 言

某大型岩金矿山70号脉1304中段以上采用两步骤空场回采方案，即沿矿体走向每隔100m划分为一个盘区，由4个宽10m的一步骤采场，3个宽20m的二步骤采场构成。一步骤采场采用中深孔回采完毕后，随着一步骤采空区暴露面积的增加，二步骤采场回采中须进行采空区处理，根据国内外现有的采空区处理方法与矿山生产现状，提出了采用中深孔放顶、硐室条状药包放顶、小井药室放顶3种强制放顶方案。通过多方案技术经济及优缺点比较，最终选用小井药室放顶崩落围岩形成20m以上厚度的缓冲层，从而避免或降低顶板冒落造成的空气冲击波危害。

1 小井药室强制放顶爆破设计

二步骤采场各分段回采完随即进行小井药室放顶工程施工，根据验收后的数据，绘出各小井药室间的剖面图，确定爆破最小抵抗线、装药量、起爆顺序、爆破网络、堵塞工程量等爆破参数。各小井药室验收数据见表1。

1.1 最小抵抗线、装药量及起爆顺序

根据小井药室施工情况确定最小抵抗线和各药室的起爆顺序。测量小井药室的实际深度，依据各小井药室相互之间的距离及空区位置作出剖面图，得到各药室的最小抵抗线。由于采用分段微差爆破，各药室以前爆破面小井硐室的爆破漏斗和向下的空间为自由面，各小井爆破的最小抵抗线是动态的，并且硐室处于多面临空状态。根据施工的硐室状态，调整硐室的起爆顺序，为后面的药室创造多个自由面。根据起爆的先后顺序，作出各相邻硐室的沿走向和倾向的剖面图，计算各硐室的最小抵抗线，强制崩落空区顶板，处理空区，释放顶板应力，保证采场回采的安全。顶板爆破对块度要求不高，采用加强松动或松动爆破。爆破作用指数n＝0.7～0.8，根据公式(1)计算各放顶硐室装药量，各药室最小抵抗线、装药量、起爆顺序见表2。

表1 药室施工后坐标及深度参数

式中:Q——计算药量，Kg；

e——炸药换算系数，对2号岩石炸药e＝1.0，此处取值1.0；

K′——松动爆破药量系数，对多临空面或崩塌爆破K′＝(0.125～0.4)K，此处取值0.3K；

K——标准单耗，kg/m3，正长岩为1.4；

l——条形药室长度，m；

W——最小抵抗线，m。

表2 各小井药室爆破参数及起爆顺序

1.2 药室装药结构及堵塞

装药之前，观察并排干药室的积水，辅设防潮塑料布，然后按设计进行装药，散装炸药用麻绳吊装下放到工作面，分层一袋一袋地码好，并预留安装起爆药的位置，每个药室安装2个起爆药包，炸药和起爆药包安好后，用塑料布包好防潮，引出雷管脚线，雷管脚线用20mm的塑料管保护好，并可用线卡固定在井壁上，先填塞2m厚的砂或粘土，然后填塞小颗的废渣，雷管脚线尽可能引出药室，雷管脚线长度不够时，可用导爆索连接，但导爆索必须距炸药位置7 ～8m，保证导爆索不引爆炸药。放顶药室装药结构见图1，小井药室强制放顶平面布置见图2。

1.3 起爆网路

1～6号药室的导爆索连在1337巷的主导爆索上，7、8号药室的导爆索连在1344北部巷道的支导爆索上，10～12号药室的导爆索连在1344南部放顶巷的支导爆索上，9号药室的导爆索连在21线穿脉的主导爆索上，上山的主导爆索分别与1337巷的支导爆索和21穿脉主导爆索连接，23线穿脉的主导爆索分别连接1344南部放顶巷的支导爆索和21线穿的主导爆索连接，1344北部放顶巷的支导爆索与21线穿脉的主导爆索连接，21线的主导爆索与起爆雷管连接，起爆雷管脚线与4000m长的导爆管连接到地表，并联接到电子激发起爆器上，各分支主导爆索都采用双线，组成复式起爆网络。起爆网络连接搭接长度不能小于10 cm，连接角度大于90°。

图1 药室装药及堵塞结构

图2 小井药室强制放顶平面布置

导管爆速1500～2000m/s(网络计算取2000)，导爆索爆速＜6500m/s(网络计算取5000)，计算各段起爆雷管起爆时间(传爆延时＋雷管延时)见表3。

2 强制放顶爆破安全评估

2.1 爆破振动安全允许距离

爆破振动安全允许距离，可按式(2)计算。

式中:R——爆破振动安全允许距离，m；

Q——炸药量，延时爆破为最大一段药量，单段最大药量为2800 kg；

V——保护对象所在地质点振动安全允许速度，东坪村土坯房，安全规程允许的质点振动速度为0.7～1.2 cm/s；

K——与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数，通过现场地震波回归分析得479；

a——与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的衰减指数，通过现场地震波回归分析得1.94。

计算可得R为406m，考虑一定的安全系数，放顶爆破时东坪村及矿办公区的建筑物内人员必须撤离建筑物。放顶爆破后经检查建筑物没有开裂、破坏，才允许人员进入建筑物内工作。放顶爆破时在地表划定危险区域。

表3 各段雷管的起爆时间与网络传爆时间

2.2 爆破振速对地表建筑物及村庄的影响

放顶硐室最大一段药量是10号硐室，药量为2800 kg，最大单段药量爆破中心点离东坪村的水平距离L为393m，垂直高度为117m，爆破中心点离东坪村直线距离为408m。根据萨道夫斯基公式和拟合公式计算最大单段药量下爆破振速，见表4。

计算结果与《爆破安全规程》(GB 6722－2003)爆破振动安全允许标准值进行比较可知，东坪村、服务公司的房屋是属于土坯房结构，爆破振速超过最大安全允许值，可能会对房屋产生破坏，充填站、技术楼、办公楼等建筑属于大型砌块建筑或钢筋混凝土结构，爆破振动值小于或接近允许值。

2.3 爆破冲击波安全允许距离

爆破冲击波安全距离的计算:

式中:R——冲击波的安全距离，m；

K——系数，有掩体取15，无掩体取30；

Q——最大一段起爆药量，2790 kg。

计算得爆破冲击波的安全距离为211m、422m。因此放顶爆破时，井下作业人员必须撤离到地面，起爆人员在地表安全地方进行起爆。

表4 放顶爆破时预测地表重要构筑物地点爆破振速

2.4 爆破崩落顶板岩块冒落气浪分析

根据绕流模型冲击气浪的估算，计算得到崩落岩石气流速度达v＝u＋0.8vmax＝88.5m/s；这一速度远超出了安全规程规定的数值(12～15m/s)。因此，须采取相应的措施防护冒落冲击波危害。在崩落顶板之前对各中段通向主副井的通道和压缩机硐室和变电硐室要用沙袋堆砌阻波墙，墙体厚度大于2～3m。

3 强制放顶处理空区实施效果

一步骤采场内矿石大部分出完，在采场底板留有部分矿石垫层，以保证后续工序的安全性。盘区采场回采后要求进行强制放顶工作，由于强制放顶炸药量大，地表建筑物多，放顶爆破地点离东坪村较近，虽然考虑了爆破振速对地表建筑物及村庄影响及爆破冲击波安全允许距离，但东坪村民房属土坯房结构，大爆破仍可能对东坪民房造成破坏性影响，爆破前公司委托地方政府实施搬迁工作。盘区采场强制放顶爆破后，对现场进行实地勘测，估算崩落实体18000m3，形成散体28800m3，回填近30%的采空区，炸药单耗为1.0 kg/m3，强制放顶消除了空区隐患，达到预期的空区处理效果，为后续采场安全、高效回采提供了保障。

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2015-06-02)

王卫东(1975－)，男，河南汝南县人，工程师，主要从事采矿工艺研究及现场管理工作，Email:shengjia001＠163.com。

国家科技部科研院所专项基金项目(2014EG215027)；“十二五”国家科技支撑计划项目(2013BAB02B00).