復(fù)雜環(huán)境下的露天凹陷富水石灰石礦床開(kāi)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(gè)居民點(diǎn)，距東側(cè)村民點(diǎn)280m，距西側(cè)距民點(diǎn)約200m，南距村民點(diǎn)約350m。三個(gè)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(duì)安全，嚴(yán)格控制飛石、震動(dòng)等爆破危害對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，成為礦床開(kāi)采中最重要的工作。

　　1  工程概況

　　獨(dú)山大型熔劑灰?guī)r礦床，位于確山縣劉店鎮(zhèn)獨(dú)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(gè)礦層，主礦層長(zhǎng)2000m；寬340～480m，厚250～382 m，礦石主要化學(xué)成分CaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：53.19％～55.57％，總儲(chǔ)量18542．2萬(wàn)t，在熔劑灰?guī)r上下部伴生水泥灰?guī)r地質(zhì)儲(chǔ)量3373萬(wàn)t。礦區(qū)巖石的普氏系數(shù)為f=8～10，熔劑灰?guī)r未單獨(dú)開(kāi)采，現(xiàn)全部當(dāng)作水泥灰?guī)r開(kāi)采。目前，開(kāi)采區(qū)域?yàn)楠?dú)山礦區(qū)臥牛山礦段，由于多年民采，現(xiàn)已成為一個(gè)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(jiàn)圖2。

圖1  凹陷石灰石礦                 　　　　  　　 圖2  礦體內(nèi)巖溶

　　2  爆破設(shè)計(jì)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(jī)鉆孔時(shí)，巖粉吹不出來(lái)，鉆孔效率極低，所以選用中高風(fēng)壓鉆機(jī)，型號(hào)為CL-120G高風(fēng)壓露天潛孔鉆車(chē)。所配空壓機(jī)為：移動(dòng)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(tái)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(jìn)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(dòng)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(jiàn)圖3；挖掘設(shè)備為沃爾沃Volvo EC290BLC和EC210BLC，鏟裝見(jiàn)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(dòng)爆破，爆破現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有飛石，爆區(qū)只鼓了一下，震動(dòng)很小。據(jù)武漢理工大學(xué)爆破工程研究所進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，得出礦山現(xiàn)行生產(chǎn)爆破所引起的周?chē)ㄖ锏孛尜|(zhì)點(diǎn)震動(dòng)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(duì)礦山周?chē)齻€(gè)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(dòng)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(zhǎng)期爆破作用存在的累積效應(yīng)，有可能促進(jìn)軟弱地基上建筑物原有損傷的發(fā)展，所以隨臺(tái)階開(kāi)采水平的繼續(xù)降低，振動(dòng)的高程影響因素將會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，所以還要加強(qiáng)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，以進(jìn)一步優(yōu)化爆破參數(shù)。

　　3  結(jié)語(yǔ)

　　(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(jìn)去。我們的經(jīng)驗(yàn)是：在水孔內(nèi)裝入密度較大的長(zhǎng)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(dòng)等爆破危害時(shí)，采取松動(dòng)爆破是可取的方案。我公司采用松動(dòng)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(dòng)情況，據(jù)專(zhuān)業(yè)爆破測(cè)震機(jī)構(gòu)對(duì)該開(kāi)采區(qū)的爆破測(cè)震表明，對(duì)最大一段起爆藥量50 kg左右的爆破檢測(cè)表明，其產(chǎn)生的震動(dòng)遠(yuǎn)低于對(duì)周?chē)?構(gòu))筑物造成危害的震動(dòng)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(diǎn)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(jì)炸藥，滿足地下水位較高礦山爆破的特殊用戶(hù)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(kāi)發(fā)。