微差控制爆破技术在采场顶板安全管理中的应用

蔡锦仙

(江西彭山锡矿，江西 德安 330408)

微差控制爆破技术在采场顶板安全管理中的应用

蔡锦仙

(江西彭山锡矿，江西 德安 330408)

采场顶板管理是地下开采矿山安全管理中的重点，利用微差控制爆破技术，可以更好地保护采场顶板整体的稳固性，通过锚杆护顶后，对治理采空区、防止地表塌陷具有长远的意义。

微差爆破； 顶板； 安全管理

1 前言

某矿属于锡石硫化物矽卡岩矿床，20世纪70年代探明的矿石储量为494.6万t，锡金属量35 056t，已开采近30年。矿石中有用元素以锡为主，伴生铁、铜、锌、硫、砷以及金、银、铟、镓、镉、锗等稀贵金属，矿体以层状似层状产出，属缓倾斜矿体。由于矿体顶板受古滑坡地质构造影响，极为风化破碎，安全隐患和安全威胁极大，给井下安全管理工作带来了极大的挑战，曾经有多起事故都是由于顶板局部坍塌造成的。因此，加强顶板安全管理工作十分重要，顶板安全监管不仅可以避免一些事故的发生，而且可防止因采空区顶板坍塌引起的地表塌陷导致的次生地质灾害。20世纪80年代、90年代，采用火雷管+导火索爆破器材爆破，对顶板整体稳固性造成很大的破坏作用，自21世纪普遍采用导爆管雷管爆破器材以来，特别是采用多段微差爆破技术后，采场顶板的整体稳固性保护明显好转，为采场顶板锚杆支护工作创造了条件，连续7年未因顶板坍塌造成事故，为采场顶板更好地安全监管在技术和安全方面提供了保障。

2 矿区地质

2.1 地层及构造

2.1.1 地层

锡石硫化物矽卡岩矿床，主要赋存于震旦系上统灯影组中、下段一套碳酸盐岩等有利围岩中，是矿区的主要矿床类型，具规模大等特点。

2.1.2 构造

区内构造较简单，基本由东部的“S”形短轴背斜轴构造及背斜西翼的单斜构造组成，断裂构造不太发育；层间滑动构造是矿区最发育的与成矿关系十分密切的一种构造现象。①层间褶皱：常发育在灯影组下段底部灰岩、中段薄层灰岩与硅质岩互层及王音铺组底部灰岩、碳质页岩等层位中；②层间破碎带：主要发育层位有灯影组与南沱组间，灯影组中上段间以及灯影组与王音铺组间。

2.2 矿带划分及分布特征

矿区可划分10个矿带，每一矿带均有其固定的层位和特征岩性，顶、底板标志层界线清楚。同时由于构造和岩性不均，矿化强弱不一，各矿带中形成若干个小矿体，勘探范围内已查明10个矿带中共有大小矿体19个，其中Ⅳ- 1、Ⅵ- 1、Ⅶ- 1是主要矿体。矿体均为隐伏的盲矿体，一般距地表50～200m，赋存标高为+16～+225m，各矿体产状均与地层产状近乎一致，向北西倾斜，倾角320°～340°，倾角平缓，13°～25°。矿体形态简单，呈层状、似层状产出，矿体没有受后期较大构造破坏，连续性较好，只有少数地段在矿层(或矽卡岩)中见有花岗岩脉穿插。

2.3 矿体顶底板围岩特征

Ⅳ- 1、Ⅵ- 1、Ⅶ- 1 3个主矿体的顶底板岩石大体有如下几类，见表1所示。

表1 主矿体顶底板岩石简表

3 爆破产生的地质灾害与一次起爆药量的关系[1]

(1)爆破震动与一次起爆药量的关系：

V=KR-aQa/3

式中：V——保护对象所在地安全允许质点振动速度，cm/s;

K、a——与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，通过现场试验确定，结合现场岩石情况和《爆破安全规程》[2]及经验选取K=180，a=1.6；

R——爆心至观察点的距离，m；

Q——一次爆破装药量，齐发爆破为总装药量，延时爆破为最大一段装药量，kg。

爆破震动与一次起爆炸药量成正比，把一次起爆炸药量减少到最低限度，就可减少爆破震动对顶板整体稳固性的破坏。

(2)爆破冲击波与一次起爆药量的关系：

Rk=25Q1/3

式中：Rk——空气冲击波对掩体内人员的最小允许距离，m；

Q——一次爆破炸药量，齐发爆破为总装药量，延时爆破为最大一段装药量，kg。

爆破冲击波与一次起爆炸药量也成正比，减少一次起爆炸药量，就可以减少爆破冲击波对顶板整体稳固性的破坏作用。

(3)一次爆破炸药量的计算：

Q=nq/d

式中：n——炮眼总数，个；

q——单孔装药量，kg；

d——导爆管雷管段别数，个。

一次爆破炸药量与导爆管雷管的段别数成反比，增加雷管段别数，就可大大减少一次爆破炸药量，从而减少因爆破震动、爆破冲击波对顶板整体稳固性的破坏作用。

4 凿岩和装药及起爆网路连接

4.1 凿岩

井下供风系统：压风机安装在地表压风机房，压风机为螺杆式空压机(型号：LG- 75A)，主供风管路直径为114mm无缝钢管，由主平窿经过盲斜井至各中段调车场，再连接辅供风管路(直径60mm无缝钢管)至各采场。凿岩器具采用YT-28型钻机，钎头为40mm一字型，根据台班功效为80～100t/台班，需布置20个眼左右，如图1所示。炮眼排距为50～60cm，间距为80～100cm，眼深2.2m，距矿体顶板一排炮眼的凿岩技术至关重要，切记不要破顶，眼底距顶板要留有20～30cm矿体作缓冲层。

1—炮眼排距50cm；2—炮眼间距80cm；3—炮眼深2.2m；4—导爆管雷管段别；5—导爆管雷管；6—瞬发电雷管起爆药包图1 布眼网路连接图

4.2 装药

采用环保型乳化炸药(基本达到零氧平衡)，起爆药包装入孔底第二节，反向起爆，接近顶板的一排炮眼装药系数为0.4左右，其余的为0.6左右(自由面为2个)，两个炮眼为一个段别，均采用孔内延时。

4.3 起爆网路连接

采用1～10个段别的导爆管雷管微差控制爆破，塑料导爆管末端与瞬发电雷管捆扎在一起(电雷管聚能穴朝孔外)，电雷管脚线接起爆导线，在避炮硐室(100m以外)用专用起爆器起爆，起爆前要进行清场和警戒工作(布置岗哨)，确认安全后，由爆破工程技术负责人(或项目技术负责人)发出起爆指令后才能起爆，爆后要进行通风和安全检查，确认无盲炮、安全后才能进行下一班作业。

5 锚杆支护[3]

采场顶板的整体稳固性保护，为之后的锚杆支护带来技术和安全方面的保障。一般采用管缝式锚杆护顶。

5.1 管缝式锚杆材料的标准

要达到预期的护顶效果和要求，材质是关键。要选用具有安全标志和质量合格的产品，其技术标准如下。

(1)选用Q235A级冷轧钢板，壁厚2.5～3.0mm，按规定尺寸剪裁后制成卷筒，直径为42～44mm，顶端直径要小2mm，末端挡环选用φ6mm优质圆钢焊接而成，焊缝无裂纹，抗拉强度≥110kN。

(2)成品管缝式锚杆要储存在干燥密闭的储存库里，表面不能有大块的锈蚀斑点。

(3)管缝式锚杆长度一般要大于顶板围岩2～3个层厚，一般长度为2.0～2.2m；管缝式锚杆直径根据钻孔的直径而定，一般要大于孔径2～4mm，缝宽在14mm。

5.2护顶作业规范[4]

(1)护顶空间高度要求。矿体厚度在3m以下的采场，耙完矿石后，一次性打眼支护；矿体厚度>3m以上的采场，需要采用分层开采的矿体，先回采上一层矿体，采场空间高度要保持在2.5m左右，护顶工作完成后，才能进行下一层开采作业。

(2)安全技术措施。①先采用YSP- 45型凿岩器具凿岩，眼深>锚杆长度5～10cm。凿眼作业前要把顶板浮石处理干净，避开节理裂隙位置定好点，垂直顶板进行凿眼。②要选用较新的钎头进行凿眼，否则因为眼径偏小而影响锚杆挺进的长度。③凿岩时要仔细聆听顶板的震动响声，如发现产生锣音，说明顶板有脱落间隙，要特别注意观察，确保安全。④顶板较为风化破碎时需留30～40cm厚的矿体护顶，以保护顶板不与水蒸气接触而风化。⑤锚杆护顶工作是矿体开采过程中的一个重要环节，不能在整个矿房回采结束后再进行，作业面推进3～5m后护顶工作就要进行，矿房回采结束时护顶工作也要完成。同时，采空区的顶板监测工作也是采空区安全监管的重要内容，通过记录一些变化数据，可以得出地压、爆破对顶板的影响情况。

6 结语

微差控制爆破技术是利用塑料导爆管雷管段别之间存在25ms的延时间隔时差，既把起爆炸药的总当量分解成若干等份起爆，起到降震和减少破坏的效果，又利用先后爆破时差为毫秒，起到爆破体相互挤压，减少大块，减少抛掷，爆堆集中。

微差控制爆破技术在现场爆破作业中得到普遍的认同，广泛应用于保护采场顶板整体稳固性的爆破中，不仅爆破震动小、对顶板整体稳固性破坏小，而且可以减少矿石大块率，减少二次爆破，减少工人的作业强度和时间，在节能减排、增收节支、保护顶板、治理采空区、防止地表塌陷等方面效果良好，值得推广和应用。

[1] 于亚伦.工程爆破理论与技术[M].北京：冶金工业出版社，2004.

[2] GB6722- 2014，爆破安全规程[S].

[3] 张长根，等.管缝式锚杆的应用[J].矿山压力与顶板管理，1997,(2):22-24.

[4] 周 麟.房柱采矿法采场顶板的可靠性分析[J].金属矿山，1998，(1)：12-14.

Application of millisecond control blasting technique in stope roof safety management

Stope roof management is very important in mine safety management of underground mining. Using millisecond control blasting technique can keep the stability of whole stope roof better. Roof bolting is of great significance for the treatment of mined out area and preventing surface subsidence.

millisecond delay blasting; roof; safety management

1672-609X(2017)05-0005-03

TD235.4

B

2017-04-26

2017-05-31

蔡锦仙(1964-)，男，江西德安人，采矿高级工程师，主要从事矿山开采、爆破工程设计、研究、安全管理工作。