北團礦井巷工程爆破設(shè)計

馬春杰

(福建連城縣物安爆破工程有限公司， 福建 龍巖市 366200)

1 工程概況

1.1 礦床地質(zhì)和構(gòu)造特征

福建省連城縣北團煤礦礦區(qū)內(nèi)出露地層有二疊系下統(tǒng)為海相沉積的灰?guī)r為主，中下部為灰-灰黑色含燧石條帶的灰?guī)r；上部為灰黑色灰?guī)r夾泥灰?guī)r、鈣質(zhì)粉砂巖；頂部為灰色-深灰色硅質(zhì)巖。風(fēng)化后呈棱角狀碎塊的棲霞組(P1q)、巖性由深灰、灰黑色泥質(zhì)巖、粉砂巖夾少量石英細砂巖組成，為一套不含煤淺海相細碎屑巖沉積，水平、波紋層理發(fā)育，含菱鐵質(zhì)結(jié)核，產(chǎn)豐富海百合莖、腕足類、雙殼類、菊石及螺等動物化石的文筆山組(P1w)、巖性以泥巖、細粉砂巖為主，夾薄層細砂巖，含豐富的動物化石的童子巖組(P1t)、由泥巖、粉砂巖和各種粒級的砂巖或含礫砂巖組成，泥質(zhì)巖及粉砂巖中普遍含菱鐵質(zhì)鮞粒的二疊系上統(tǒng)翠屏山組(P2cp)和巖性主要為棕黃色、深灰色砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細砂巖，局部含鈣，產(chǎn)腕足類動物化石的大隆組(P2d)。

北團井田已查明或基本查明落差大于30 m的斷層共24條，有南北向、東西向和北西向幾組，以正斷層為主，一般傾角較大(除F1、F5等斷層外)，另外落差小延伸長度大的斷層也不少，如F4、F17、F19等。斷層、褶皺發(fā)育對井田含煤地層、可采煤層的形態(tài)、完整性、連續(xù)性有較明顯的破壞，但對煤層的厚度影響不甚明顯。

1.2 水文地質(zhì)條件

礦區(qū)為低山丘陵地形，山巒起伏，山嶺走勢南高北低，延綿長約3.5 km。東坡平緩、西坡較陡峻，最高峰“老鼠鼻”，海拔+772.30 m，侵蝕基準(zhǔn)面上江坊村北海拔+325.0 m。主要水系為羅坊溪(不在整合區(qū)內(nèi))，自南向北流經(jīng)北團井田西側(cè)，平水期日流量81200 m3。區(qū)內(nèi)地形較為平緩，溝谷向四周呈放射狀，較為寬緩，有利于大氣降水及地下水的排泄。

礦區(qū)內(nèi)各巖層的含水性十分不均勻，概略劃分為含水巖組和隔水巖組。本煤礦巷道揭露零星少量巖漿巖體，規(guī)模較小，一般呈巖脈狀產(chǎn)出，煤巷中常見淋、滴水現(xiàn)象，水量初見時大，以后逐漸變小，其含水性一般較差，富水性弱。

本區(qū)由于受多條斷層的切割，煤層的連續(xù)性受到一定程度的破壞,而且為地下水的運移和儲存創(chuàng)造了條件，使一些本來隔水或富水性弱的巖層局部變成不均勻裂隙含水帶。巷道內(nèi)滴水、淋水等現(xiàn)象的發(fā)生大都出現(xiàn)在斷層破碎帶中，出水量初見時大，以后逐漸變小，雨季大，旱季小。表明這些斷層雖然含水，但導(dǎo)水性較差補給來源有限，不會有大的突水危害，且受大氣降水的影響。

造成本礦區(qū)各礦井充水的主要因素有大氣降水、含水巖層和老窯積水。大氣降水一般通過風(fēng)化帶、裂隙帶等補給各巖層，再向深部逕流或向礦坑排泄，其補給路程和徑流條件很不一致。因本區(qū)小窯眾多，部分已廢棄，停采后極易造成老窯積水，形成隱患，對礦井開采構(gòu)成較大威脅，因此要加強老窯采空區(qū)的調(diào)查，并在開采中小心接近采空積水區(qū)，以防老窯透水對礦坑造成突水危害。

2 爆破設(shè)計方案

2.1 井巷工程掘進施工方法

因本礦井巷工程的各種斷面面積均在20 m2以下，屬于小斷面開挖，結(jié)合巖體穩(wěn)固性，為減少爆破開挖對圍巖的擾動，設(shè)計采用全斷面一次爆破挖成形的施工方法。

為了減少爆破對圍巖的整體性破壞, 防止超挖或欠挖，保證爆破開挖后輪廓線的平整度，優(yōu)先考慮采用周邊炮眼光面爆破技術(shù)。為減少鉆孔數(shù)量和施工方便，設(shè)計采取垂直楔形掏槽方式，在確保安全施工和施工便利的前提下，盡可能加大一次循環(huán)掘進進尺量，減少掘進循環(huán)次數(shù)。

使用7655型鑿巖機配氣腿鉆眼，鉆頭直徑為38 mm，選擇藥卷直徑32 mm的煤礦許用乳化炸藥，采用煤礦許用毫秒延期電雷管串聯(lián)起爆網(wǎng)路。

2.2 爆破參數(shù)選擇與裝藥量計算

2.2.1 掏槽方式、角度和掏槽眼間距的確定

根據(jù)本煤礦施工設(shè)備和地質(zhì)構(gòu)造等條件，參照國內(nèi)外類似斷面掘進經(jīng)驗來選擇掏槽方式。

(1) 巷道在寬度3 m以下的井巷工程開挖，選擇一級楔形掏槽方式，掏槽炮眼4～6個，掏槽眼與作業(yè)面的夾角為65°～75°，掏槽眼底部水平間距16～20 cm，掏槽眼孔口水平距離視巷道寬而確定，掏槽眼上下之間排距40～50 cm。

(2) 巷道寬度大于3.6 m的井巷工程開挖，采取兩級掏槽方式，掏槽炮眼6～8個，一級掏槽炮眼與作業(yè)面的夾角為63°～68°，掏槽眼底部水平間距16～20 cm；二級掏槽眼與作業(yè)面的夾角為68°～75°，掏槽眼孔口水平距離視巷道寬而確定，掏槽眼上下之間垂直間距40～60 cm。

2.2.2 光面爆破參數(shù)

(1) 光面爆破炮眼直徑取d=40～42 mm。

(2) 炮眼間距：E=(8～18)d,實際施工中，一般取E=(0.50～0.60) m。

(3) 最小抵抗線：W光=(10～20)d，實際施工中，一般取W=(0.55～0.70) m。

(4) 炮孔密集系數(shù)：m=E/W光，施工中一般取0.75～0.9。

(5) 不耦合裝藥系數(shù)：n=d孔/d藥=42/32=1.31。

(6) 線裝藥密度：q=0.1～0.2 kg/m,本設(shè)計按0.2 kg/m選取。

(7) 光面炮眼裝藥量：Q光=2*(0.1～0.2)=(0.20～0.40)kg。

實際施工中要根據(jù)巖石性質(zhì)和地質(zhì)結(jié)構(gòu)，選取合理的爆破參數(shù)。

2.2.3 光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)

為保證不使藥包沖擊破碎周邊炮眼孔壁，采取將藥卷捆綁于竹片上，各藥卷用煤礦許用低能導(dǎo)爆索相連，用煤礦許用非電毫秒雷管起爆。

孔口用粘土堵塞，填塞長度取0.5～0.6 m，現(xiàn)場根據(jù)炮孔間距和光面層厚度適時調(diào)整。

2.2.4 炮孔數(shù)量計算

炮眼總數(shù)量計算根據(jù)下列公式：

N=3.3(fS2)1/3

式中：N—炮眼孔數(shù)，個；

S—巷道掘進斷面面積。

用圖解法根據(jù)掘進斷面、巖石硬度和地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況來布置炮眼。

2.2.5 炮眼深度選擇

炮眼深度根據(jù)開挖斷面大小、鉆眼設(shè)備和巖石性質(zhì)來選擇，圍巖穩(wěn)固時，為增加一次循環(huán)掘進進尺，炮眼深度盡量取大值。

按公式Lmax=KLB(H) 求各種開挖斷面的最大炮眼深度,其中，Lmax為最大一次掘進炮眼深度(周邊眼和輔助眼深度)，m；KL為炮眼裝填系數(shù)，參照巖石硬度和結(jié)構(gòu)特性選??；B(H)為巷道的寬度(高度)，m，取斷面尺寸的最小值。經(jīng)計算，求得開挖各種巷道斷面合適的最大一次掘進尺寸，參與國內(nèi)外實際經(jīng)驗，一次掘進的炮眼深度為1.5～2.5 m。

2.2.6 單位炸藥消耗量q值

合理確定炸藥單位消耗量是爆破施工中的重要問題，主要取決于巖石的性質(zhì)、炸藥性能、斷面尺寸、爆破塊度和拋擲效果的要求。根據(jù)下列國內(nèi)外爆破施工經(jīng)驗，參照巷道掘進炸藥消耗定額進行選擇。

2.2.7 單個炮孔裝藥量Q

(1) 掏槽眼。根據(jù)巷道掘進爆破實踐經(jīng)驗，一般比輔助炮眼多裝30%～50%的裝藥量，根據(jù)國內(nèi)外巷道掘進爆破實踐經(jīng)驗，一般取炮眼深度的75%～85%計算各種巷道斷面掏槽炮眼的裝藥量。

(2) 輔助眼。根據(jù)經(jīng)驗取炮眼長度的45%～55%，計算各種巷道斷面掘進輔助炮眼的裝藥量。

(3) 底部眼。根據(jù)巷道掘進爆破實踐經(jīng)驗，底部炮眼一般比輔助炮眼多裝藥10%～20%，一般取炮孔的55%～65%計算各種巷道斷面掘進底部炮眼的裝藥量。

(4) 周邊孔。取線裝藥密度0.15～0.25 kg/m，計算裝藥量為0.30～0.50 kg。

2.2.8 井巷工程一次掘進循環(huán)炸藥量

根據(jù)爆破體積公式：Q=q*S*L*η

式中：Q—掘進每循環(huán)裝藥量，kg。

q—單位炸藥消耗量，kg/m3,參照類似巷道開挖或現(xiàn)場試驗。

S—開挖斷面面積，m2;

L—炮孔深度，m;

η—炮孔利用率，一般取0.85～0.95。

實際施工中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)煤礦采掘面的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件和巖石性質(zhì)，酌情布置炮眼數(shù)量和裝藥量。

2.3 炮眼布置原則

(1) 掏槽眼的布置。按公式Lt=(L+0.2)/sinα計算各種開挖斷面的掏槽炮眼的深度。為使鉆眼施工方便，掏槽炮眼的中心位置選擇離底板高1.3 m處，正常條件下采取對稱布置，若有軟弱結(jié)構(gòu)面或斷層，則優(yōu)先考慮布置在軟弱結(jié)構(gòu)面附近。

(2) 周邊炮眼和底部的布置。兩側(cè)墻邊幫和頂幫炮眼離巷道邊緣輪廓線10～15 cm，邊幫炮眼間距為55～65 cm，頂幫光面炮眼間距50～60 cm；底部炮眼離巷道底邊緣輪廓線15～20 cm，底部炮眼眼底超出底板線15～20 cm，底部炮眼間距65～75 cm。

(3) 輔助炮眼布置。底部周邊炮眼眼底離掏槽炮眼眼底距離大于80 cm時，需要布置輔助炮眼，輔助炮眼距離底部炮眼45～60 cm。側(cè)墻周邊炮眼眼底離掏槽炮眼眼底距離大于80 cm時，需要布置輔助炮眼，輔助炮眼距周邊炮眼55～70 cm。

(4) 井巷掘進斷面炮眼布置順序。掏槽炮眼→邊幫炮眼→頂部炮眼→底部炮眼→輔助炮眼。

2.4 裝藥和填塞及起爆網(wǎng)路

掏槽眼、輔助眼、底眼均采用連續(xù)裝藥形式,起爆雷管裝在孔底，反向起爆，堵塞長度約0.5～0.8 m。

周邊眼為光面爆破眼,一般是采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，堵塞長度約0.4～0.6 m。

眼口未裝藥部分需要用炮泥嚴密堵塞,炮泥材料為黃泥,濕度18%～20%。

采用煤礦許用毫秒延期電雷管串聯(lián)起爆方法，根據(jù)光面爆破的要求,炮眼內(nèi)可用煤礦許用低能導(dǎo)爆索將各段藥卷串聯(lián)起來。

炮眼起爆順序為:掏槽眼→輔助眼→幫眼→頂眼→底眼。將所有電雷管串聯(lián)，并將起爆母線引到安全地點,用煤礦許用防爆型起爆器起爆。

3 爆破安全技術(shù)

3.1 爆破有害效應(yīng)校核

因爆破點都為地下且離洞口和地面建筑物均在200 m以外，因此爆破震動、沖擊波、爆破飛石對地面建筑物的影響極小，對爆破震動、爆破飛石和爆破沖擊波造成的危害進行如下校核。

3.1.1 爆破震動安全距離校核

單響藥量按下式計算：

式中：Qmax—爆區(qū)允許一次齊爆的最大藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時爆破為最大一段藥量，kg；

R—爆點距被保護建(構(gòu))筑物的最近距離，m；

v—為被保護建(構(gòu))筑物允許的震動速度；

α、k—與爆破點至被保護對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，按《爆破安全規(guī)程》分別取200，1.6；

根據(jù)爆點距不同被保護建筑物的不同距離計算最大單段藥量。

一般磚混結(jié)構(gòu)房屋取v=2.0 cm/s，計算結(jié)果見下表1。

表1 最大起爆藥量計算

因煤礦掘進一次爆破總藥量控制在60 kg以下，單響藥量控制在10 kg以下，爆破引發(fā)的地震對100 m以外的建(構(gòu))筑物不會造成損壞。本煤礦爆破作業(yè)離地表最小距離200 m以外，因此爆破作業(yè)不會對地表建筑物造成損害。

3.1.2 爆破飛石的安全距離

鑒于目前國內(nèi)外對井下掘進爆破沒有相應(yīng)的計算公式，借鑒硐室爆破飛石計算公式計算飛石距離：

Rf=20Kfn2W

式中：Rf─飛石的安全距離

Kf─與巖石性質(zhì)及地形有關(guān)的系數(shù)，Kf=1.5;

n─最大一個藥包的爆破作用指數(shù)，N≤0.75;

W─最大一個藥包的最小抵抗線，取2.5 m。

計算得出，Rf=37.5 m。

3.1.3 爆破沖擊波的影響

因井下工程爆破，采取裝藥后堵塞起爆，爆破沖擊波和噪聲很小，對100 m范圍內(nèi)的設(shè)備和人員均無危害。

為確保設(shè)備與人員絕對安全，每次爆破時，設(shè)備撤離爆破點直線距離不得小于60 m，人員撤離爆破點直線安全距離不得小于200 m，有安全隔離物阻擋地點，安全距離不得小于100 m。

3.2 通風(fēng)排煙

爆破后應(yīng)及時通風(fēng)排煙，施工通風(fēng)應(yīng)能提供洞內(nèi)各項作業(yè)所需的最小風(fēng)量，每人應(yīng)供應(yīng)新鮮空氣4 m3/min，采用內(nèi)燃機械作業(yè)時，供風(fēng)量不應(yīng)小于4 m3/(min.kw)。通風(fēng)設(shè)計根據(jù)巷道長度、斷面大小、施工方法、設(shè)備條件等綜合確定，礦井投產(chǎn)時采用分列式通風(fēng)系統(tǒng)，根據(jù)各個井田的具體情況不同來設(shè)計通風(fēng)。礦井通風(fēng)方式為機械抽出式通風(fēng)方式，掘進工作面采用局部通風(fēng)機獨立通風(fēng)。巷道掘進施工通風(fēng)的風(fēng)速，全斷面開挖時不應(yīng)小于2.5 m3/s。

3.3 外來電的預(yù)防

外來電主要有雷電、靜電、感應(yīng)電和雜散電流。井下煤礦較為突出的是靜電和供電系統(tǒng)意外漏電對爆破施工會帶來不安全影響。

(1) 炸藥雷管運到爆破作業(yè)面前,切斷通往爆破點的供電，爆后恢復(fù)供電，采取絕緣防爆手電筒或井下防爆礦燈照明。

(2) 施工人員不得穿化纖衣物，預(yù)防產(chǎn)生靜電。

(3) 手持式或其他移動通訊設(shè)備進入爆區(qū)前事先關(guān)閉。

(4) 電爆網(wǎng)路應(yīng)順直、貼地鋪平、盡量縮小導(dǎo)線圈定的面積；網(wǎng)絡(luò)主線應(yīng)和雙股或相互平行、緊貼的單股線(兩股線不超過15 cm)。

(5) 將臨近爆區(qū)的所有電力線與大地絕緣,并設(shè)置一條同所有用電設(shè)備金屬框架相連接的獨立公用回流線。

(6) 檢修所有電器及照明線路,確保接地良好,增設(shè)電路故障時的保護性斷路裝置。

(7) 爆破前，必須檢測作業(yè)面的雜散電流強度，作業(yè)面雜散電流強度超過30 mA時，應(yīng)當(dāng)停止爆破作業(yè)，排除雜散電流來源。

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