浅析采空区塌陷爆破设计方案的选择

第５９卷第２期　有　色金属（矿山部分）　２００７年３月　浅析采空区塌陷爆破设计方案的选择　陈亚军　（新疆工业高等专科学校）　摘要：在露天煤矿的开采中，前期经过小煤窑开采破坏所形成的采空区给露天煤矿的正常开采带来了很　大的危害，采用何种有效的爆破方式使其上部的覆盖层由地表塌陷填实采空区，将对露天煤矿的后续开采安全　影响极大。本文通过铁长沟露天煤矿采空区塌陷爆破实例进行分析和解释。　关键词：采空区小煤窑爆破方案塌陷　文章编号：１６７１—４１７２（２００７）０２—００３２—０２　中图分类号￣ＴＤ２３５．３４　文献标识码：Ｂ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｏｐｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｃｏｌｌａｐｓｅ　Ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｏｎ　Ｅｍｐｔｉｅｄ　Ｓｔｏｐｅ　Ｃｈｅｎ　Ｙａｊｕｎ　（Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ｊｕｎｉｏｒ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｃｏｌｌｅｇｅ）　Ａｌ￣ｔｒａｃｔ：Ｍｉｎｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｏｐｅｎ　ｐｉｔ—ｍｉｎｅｓ，ａｆｔｅｒ　ａｌｌ　ｓｍａｌｌ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅｓ　ｔｈａｔ　ａｒｅ　ｆｏｒｍｅｄ　ｅａｒｌｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｇｏａｆｍｉｎｉｎｇ　ｄａｍａｇｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｎｏｒｍａｌ　ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｐｅｎｃａｓｔ　ｍｉｎｅ　ｉｓ　ａ　ｂｉｇ　ｄａｎｇｅｒ．Ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｗａｙ　ｉｔ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｃｏｖｅｒ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｕｐｐｅｒ　ｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎ　ｏｆ　ｍｉｎｅｄ　ａｎ潮．Ｔｈｅ　ｏｐｅｎｃａｓｔ　ｍｉｎｅ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ａ　ｇｒｅａｌ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｎ　ｍｉｎｉｎｇ　ｓａｆｅｔｙ．Ｂｙ　Ｔｉｅｃｈａｎｇｇｏｕ　ｏｐｅｎ—ｐｉｔ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｏｎ　ｅｍｐｔｉｄ　ｓｅｔｏｐｅ　ｅｘａｌ￣ｅ８　ｆｏｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｍｐｔｉｄ　ｓｔｏｐｅｅ　ｓｍａｌｌ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅｓ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｃｏＵａｐｓｅ　１　概述　１．１采空区情况描述　度。空仓顶部冒落形状接近半圆形，空仓四周覆盖层　厚度较顶部厚３～４ｍ。根据４５　煤层露头标高＋７６８ｍ　水平判断，空仓顶部位置已位于煤层露头线以上　ｌ１．４１ｍ处的胶结砾石层中，冒落高度达ｌ１．４１ｍ，如　不处理将给采场的安全作业带来极大危害。　在铁长沟露天首采区内共有６个小煤窑，其中　以米泉三分场煤矿主采的４５　、４３　两层厚煤层，对露　天矿的安全威胁最大。该矿采用仓储式开采，井口　位于首采区中部，以井筒为中心，东翼４５　煤层９个　２爆破方案比较选择　在露天爆破中，爆破作用方向有单侧、双侧、多　向、上向和下向的区别。正确选择爆破类型，可以充　采仓，西翼５个，采空仓长×宽：３０ｍ×２５ｍ，隔离煤　柱８～１０ｍ。煤层真厚２８ｍ，倾角４３～４６。。　根据提供的探查资料，４５　煤层东５　采空仓范　围：东西宽２５ｍ，南北长３０ｍ左右，空仓面积７５０ｍ　；　中心点坐标：Ｘ：６６　９８２．４５，Ｙ＝６２　５３６．９７，高程Ｈ　＝＋８０９．８６ｍ；钻探深度４７．Ｏ１ｍ，覆盖层厚度　分利用炸药能量，以较小的炸药单耗取得较好的爆　破效果，避免过量地装药造成浪费或带来不良后果。　２．１抽柱放顶爆破　在露天矿建设初期，为了避免采空区塌陷带来　３０．４５ｍ，空仓高度１６．５６ｍ，空顶标高＋７７９．４１ｍ。　１．２地质条件　地质资料表明，地层自上而下为第四系黄土层覆　的威胁，设计曾采用了在４５　煤层东部的５　、６　、７　三　个采空仓内的隔离煤柱上一次集中安放２２ｔ炸药，　将隔离煤柱炸塌从而使采空仓上部地表塌落。设计　地表标高＋８２０ｍ，采空仓空顶标高＋７８０ｍ，空顶距　离地表的覆盖层厚度约４０ｍ左右。　盖，其下为松散、钙质半胶结和胶结的砾石层。其中　胶结砾石层相当于一层保护层位于煤层露头的顶部，　平均厚度６～ｌＯｍ。从钻探取样中得出，在接近空仓　２．１．１爆破方案。　顶部约７～８ｍ处为胶结砾石层，岩体内含有一些不　（１）设计采用双股非电导爆索起爆，先将两根　同粒径的石头，石头周围被钙质胶结，具有一定的硬　导爆索经过缠绕，使导爆索母线由地表的井口沿斜　陈亚军副教授新疆乌鲁木齐８３００００　井巷道左侧壁引入井内的采空仓处，然后，将安放在　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２期　陈亚军：浅析采空区塌陷爆破设计方案的选择　３３　５　、６　、７　三个采空仓隔离煤柱上的炸药用双股支线　导爆索缠绕后分别和母线并联连接，从而形成完整　石层上部集中装药，对采空区进行塌陷爆破处理。　２．２．１硐室设计方案。　（１）硐室布置形式。由于４５　煤层东５　采空仓　的起爆网络，导爆索母线长度１　２００ｍ，３个支线导爆　索长度９００ｍ，导爆索总长２　１００ｍ。　（２）设计采用铵油炸药总药量２１ｔ，每个采空仓　破坏范围较大，采空仓较高，容易发生冒顶塌陷突发　性事故。设计先以东５　采空仓为例进行塌陷爆破　７ｔ，采用３０ｋｇ袋装炸药。在铵油炸药药包的中下部　装入硝铵炸药为起爆药并和导爆索缠绕，硝铵炸药　总药量３ｔ，每个采空仓１ｔ。　（３）采用火雷管起爆方式。　２．１．２爆破效果观察。由于上部覆盖层厚，采空仓位　置判断不准确，井下施工难度大，作业条件恶劣以及每　个采空仓的爆破条件不同等因素，放顶爆破效果不佳，　除了从井筒冒出一股黄烟外，地表没有任何塌陷痕迹，　甚至连＿　裂缝也没有，经过一个星期的地表观察，地　表无任何变化，可以说没有达到预期的放顶目的。　２．１．３爆破效果分析。　（１）在爆体周围存在大量空隙。由于采空仓很　大，堵塞充填不可能很密实，在安放的炸药四周，存　在很大空间，使很大一部分炸药的爆力和爆生气体　在采空仓内部被消耗和无效释放，炸药对空仓顶部　岩石的爆破作用却很小。　（２）炸药单耗小。根据当时覆盖层厚度４０ｍ计　算，要将东部３个采空仓的覆盖层一次全部放下来，　爆破体积９万ｍ　，经过计算，实际炸药单耗０．２５ｋｇ／　ｍ３。　（３）胶结砾石层厚度厚。对采空区钻探情况表　明，在采空区上部煤层露头出露水平，有一层坚固的约　５～８ｍ厚的胶结和半胶结砾石层，采空仓自然塌落的　顶部就位于这些砾石层的接触面上而形成了保护层，　正是由于这层砾石层的胶结作用使放顶受到阻碍。　综合以上分析，在铁矿这种胶结砾石层厚度较　厚、胶结程度较高、岩性变化比较复杂、空仓顶部塌　陷高度未知、采空仓空问较大的条件下，采用抽柱放　顶的爆破方法进行塌陷爆破，是很难用提高炸药单　耗的办法将空顶放下来的。　２．２地表塌陷爆破　由于采用抽柱放顶的爆破方式，炸药在隔离煤　柱上安放位置低，起爆点距离空顶有一段距离，炸药　爆炸能量无法直接作用在上部空顶的砾石层上。因　而未能达到预期效果。　进一步分析研究认为，应采用先钻探，后爆破的　采空区处理方式，通过钻探掌握岩性变化规律和采　空仓准确位置，并确认胶结砾石层的厚度。根据在　砾石层下部所形成的自由面，挖人工硐室在胶结砾　处理。探查资料表明，空仓顶部距离地表覆盖层厚　度３１ｍ，设计采用上、下两层沿东、西、南、北四个方　向布置药室，此外，还在小井底部布置中心药室共计　９个药室。上层药室主要对药室上部的覆盖层进行　爆破松动，下层药室主要对采空仓顶部岩石进行塌　陷爆破处理，见图１。　图１　硐室爆破方案示意图　Ｆｉｇ．１　Ｓｋｅｔｃｈ　ｏｆ　ｃｈａｍｂｅｒ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　（２）掘进参数选取。①小井断面长×宽＝　１．２ｍ×１．０ｍ，横巷断面高×宽＝１．２ｍ×０．８ｍ；②　设计小井垂直深度２２．４５ｍ，空仓顶部距离小井底部　的最小抵抗线距离为８ｍ；③上分层药室距地表垂直　深度１５ｍ，东、西、南、北各横巷长度５ｍ，药室深度　１．３ｍ；④上、下分层间距６ｍ；⑤下分层各横巷长度　４ｍ，药室深度１．５ｍ，硐室掘进总长６９．４５ｍ。　２．２．２爆破设计方案。　（１）设计确定炸药单耗０．５ｋｇ／ｍ　，最小抵抗线　８ｍ，计算爆破体积２２　５００ｍ　。　（２）起爆方式。采用非电导爆索起爆，井口以　下采用３股导爆索，地面以上采用两股导爆索联结，　以确保起爆安全。　（３）起爆网络。电源一电线一电雷管一导爆　索一硝铵炸药一铵油炸药。　（４）网络连接。上、下分层每个药室引出３根　导爆索至小井底部，再对应地和小井中的３根主导　爆索分别相连，３根主导爆索套人塑料软保护管中　被引出井口。　（５）炸药量。设计炸药总量１１．２５ｔ，其中铵油　炸药６．７５ｔ，硝铵炸药４．５ｔ。上分层药量占总药量　的４０％，下分层药量占总药量的６０％。　维普资讯 http://www.cqvip.com

有　色金属（矿山部分）　（６）起爆药。选用２～３个硝铵小药卷（５ｋｇ左　第５９卷　对采空仓内部的挤压和炸药爆炸时产生气体，一股　黄色气体随即由采空仓内向地表溢出飘散出去，所　产生的烟灰高达几十米。　从现场爆破塌陷情况看，有少量的覆盖层被翻　起到爆破漏斗以外，爆破漏斗形状呈不规整的倒喇　叭形，形成上部直径约２０ｍ、下部ｌＯｍ、漏斗深度１８　～右）用３股导爆索缠绕多圈后，线头固定作为起爆　药，先在药室底部做防水层（用木板垫高２００ｍｍ），　在防水层上先用铵油炸药进行铺垫，然后在其上部　中间位置装硝铵炸药并留有放人起爆药的空间位置　放置起爆药，最后在硝铵炸药四周垒放铵油炸药。　２．２．３安全措施。　２０ｍ的塌陷坑。上部覆盖物完全塌落到空仓底　（１）装药。先装下分层药室和安放起爆体，严　禁上、下分层同时装药。　部。根据空仓塌陷范围和深度与探查资料所掌握的　空仓大小、深度的比较，可以判断：三分场煤矿４５　煤层东５　采空仓已完全塌陷，所进行的塌陷爆破处　理是成功的。　（２）通风。在井口上部放置鼓风机，为了保证　上部鼓风机吹出的风送人小井底部而不泄漏，用细　帆布制成软风管由地表直接放人小井底部，并保证　在装药前半个小时内，连续不断地向井底送风，直至　装药完毕，以保证井底有足够的新鲜风流。　（３）堵塞。设计确定上层药室横巷堵塞长度　２ｍ，下层药室横巷堵塞长度３ｍ。中心药室完全堵　塞充填。在接近药室处，为了保证堵塞质量，一律采　用袋装黄土堵塞。其它部分可采用由硐室中清除来　的袋装石碴进行充填。　２．３爆破效果评价　３　问题商榷　在铁长沟露天煤矿的这种地质条件下，根据采　空仓的破坏情况，可做以下商榷：　（１）采空仓上部岩石岩性单一、均质，可以考虑　采用抽柱放顶进行塌陷爆破。　（２）采空仓覆盖层厚度大于３０ｍ，可以考虑采　用地表塌陷爆破方式处理。　起爆后在炮区附近的山包上观看和体察爆破效　果，首先感到脚下有轻微的振动，然后听到由地下发　出的沉闷的爆炸声，相隔约１～２ｓ的时间，观察到采　空仓顶部覆盖层被猛烈向上抛起，然后垂直向下跨　落。跨落声和跨落时间持续５～６ｍｉｎ，由于塌落物　（３）采空仓高度大于ｌＯｍ以上，采用在隔离煤　柱上安放炸药抽柱放顶，炸药安放困难，安全没有保　证。　（４）采空仓放顶，危险性大，安全管理要到位，　空仓探查资料要准确，设计方案要详实，炸药单耗不　小于０．５ｋｇ／ｍ　。　口　（上接第１６页）　当前迫切需要解决以下两方面问题：　（１）切实转变发展观念，健全法规体系，完善体　制机制。在发展思路上要彻底改变重开发、轻节约，　一些突破，但总体上看，工艺技术和装备水平仍比较　落后，缺乏资源高效利用和循环利用的共性和关键　技术，企业自主创新能力不强，不能适应大幅度提高　资源利用率的需要。我们必须加快新技术、新设备、　新材料的推广应用，支持建立露天剥离废石资源化　节约利用信息系统和技术咨询服务体系，推动国际　交流与合作。　参考文献　［１］原振雷，肖荣阁，李明立，等．矿产资源开发区生态环境问题及　其防治［Ｊ］．矿产保护与利用，２００５（１）：４ＪＤ一４４．　［２］　王占岐，魏民．国内外“人工矿床”研究现状与前景［Ｊ］．地　球科学进展，２００１，１６（２）：２３５—２３７．　［３］孙超铨．废石利用的新途径［Ｊ］．采矿技术，２Ｏ０５，５（１）：ｌ１—１２．　重速度、轻效益，重外延发展、轻内涵发展，片面追求　产值增长、忽视节约资源和保护环境的倾向，发展绝　不能以浪费资源和牺牲环境为代价。实现由“资　源一产品—废物”的线性模式向“资源一产品—废　物一再生资源”的循环模式转变。国家要制定合　理、有力的经济政策，设立合理利用资源的补助金拨　款制，破坏浪费资源的经济惩罚制，引导市场、激励　和促进资源综合利用的减免税收制等。建立积极回　收二次资源的市场机制，从而彻底打破行业和地方　保护，促使企业在资源综合利用方面下功夫。　（２）加快技术创新，突破技术瓶颈。近十几年　来，我国在资源节约和循环利用技术上虽然取得了　［４］　高庆荣，潘凤鉴．韩旺铁矿上河露天采场水土保护工程的实施　［Ｊ］．金属矿山，１９９７（３）：３８—４ＪＤ．　Ｕ