分集藥包在爆破封堵非法盜采煤窯中的應(yīng)用

馬占科,王愛華

(寧夏天宏爆破有限公司,銀川750001)

石嘴山市石炭井礦區(qū)“露頭煤”分布廣、埋藏淺、易開采,歷來是盜采的重災(zāi)區(qū),一些不法分子深入賀蘭山腹地,采用簡易洞采、人工開挖的方式非法開采,造成了賀蘭山國家自然保護(hù)區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞。自賀蘭山國家級自然保護(hù)區(qū)環(huán)境整治工作啟動(dòng)以來,為保護(hù)賀蘭山生態(tài)環(huán)境,徹底消除盜采煤炭資源的隱患,石嘴山市國土資源局決定,采用爆破方式將現(xiàn)有小川、菜園溝等區(qū)域的盜采煤窯徹底炸毀、炸塌,從根本上杜絕非法開采。

1 工程概況

小川地區(qū)盜采地點(diǎn)共有非法開采的煤窯11個(gè),煤窯全部由山體根部煤層露頭部分沿煤層走向往里挖掘,煤窯距離1.5～6 m不等,內(nèi)部煤層大部分已被采空,相鄰煤窯中間有煤柱支撐,開挖深度大約30～50 m,整體形成不規(guī)則的水平巷道,斷面高約1.5～2.5 m,寬約2～3.5 m,內(nèi)部環(huán)境十分惡劣,巷道內(nèi)無支護(hù)或用木料進(jìn)行簡單的支護(hù)。煤層頂板為礫巖和砂巖,巖層水平分布,盜采地點(diǎn)位于賀蘭山腹地,周邊無需要保護(hù)的設(shè)施,爆破環(huán)境簡單。煤窯的洞口環(huán)境如圖1所示。

圖1 盜采煤窯環(huán)境Fig.1 Illegal mining pit environment

2 爆破設(shè)計(jì)

2.1 方案選擇

爆破封堵非法開采小煤窯的新聞媒體報(bào)道較多,但相關(guān)爆破實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)較少,一般參考采空區(qū)的處理方法,如充填法、崩落法、封閉隔離法和綜合法[1]?？紤]快速消除隱患,徹底阻斷不法分子復(fù)采的可能和增強(qiáng)震懾效果,本次使用崩落法炸毀非法開采小煤窯,由于巷道支護(hù)條件差,不具備穿孔作業(yè)條件,無法采用鉆孔爆破的方法對巷道進(jìn)行封堵。崩落法一般采用“鉆孔爆破”或“硐室爆破”的施工方法[2],其中鉆孔爆破首先需要在坑道內(nèi)進(jìn)行鑿巖,之后裝填炸藥炸毀小煤窯;硐室爆破是在巷道內(nèi)直接放置藥包,或者用人工在巷道一側(cè)巖壁掏出一定大小的藥洞裝藥,在藥包位置兩端分別用編織袋和碎石渣碼放填塞,利用炸藥爆炸釋放的能量使巷道內(nèi)圍巖穩(wěn)定性破壞,巖石坍塌封閉礦井。

硐室爆破中藥包形態(tài)一般有集中藥包、條形藥包和分集藥包,利用不同的藥包形態(tài)進(jìn)行爆破,可以實(shí)現(xiàn)不同的工程目的[6]。分集藥包主要在處理一些特殊地形和地質(zhì)構(gòu)造,或者小抵抗線爆破、填塞效果不理想時(shí)采用[9],根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘查分析結(jié)果,結(jié)合盜采煤窯巷道的分布情況,本次爆破的最小抵抗線方向與煤層頂板的巖層走向一致,易形成順層沖炮,不利于爆破[7],結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)[3-5],決定采用“分集藥包結(jié)構(gòu)、強(qiáng)松動(dòng)爆破”的方案,爆后盜采煤窯頂部圍巖整體坍塌,實(shí)現(xiàn)徹底封堵的目標(biāo)。

2.2 藥包布置

藥包位置的確定是保障爆破和封堵效果的關(guān)鍵,本次盜采煤窯巷道需要炸毀長度約20 m,如采用集中裝藥結(jié)構(gòu),會(huì)使這種短支洞且填塞長度較短的巷道在爆破時(shí)易發(fā)生“打槍”現(xiàn)象,造成填塞料整體拋出,影響爆破效果?？紤]到盜采煤窯封堵的要求,結(jié)合周邊環(huán)境、地形條件和巖層構(gòu)造,采用分集藥包形式[10],單個(gè)藥包間距4 m,藥包靠凹陷一側(cè)的洞壁碼放,藥包間用編織袋裝土后進(jìn)行填塞。有研究表明[5],帶有空腔的分集裝藥結(jié)構(gòu),空腔比在4～5之間,爆破效果最好,并且一定的空腔比可改善爆破作用條件,提高炸藥能量利用率。本次分集藥包間隔段采用碎石渣填塞,并留有一定比例的空腔。為了保證爆破安全及封堵效果,洞口和洞底填塞長度大于8 m。

圖2 藥包布置Fig.2 Charge layout

2.3 爆破參數(shù)

1)標(biāo)準(zhǔn)爆破漏斗炸藥單耗。根據(jù)巖石容重:

式中:r為巖石容重,取2 700 kg/m3。

本次爆破選擇的分集藥包松動(dòng)爆破的炸藥單耗K=(0.2～0.6)K0=(0.28～0.84)kg/m3,實(shí)取K=0.44 kg/m3。

2)取最小抵抗線W=18 m。

3)根據(jù)爆破性質(zhì)、地形條件和同類工程經(jīng)驗(yàn),取爆破作用指數(shù)n=0.8。

4)分集藥包裝藥量:

5)采集藥包壓縮圈半徑[12]:

式中:ρ為炸藥密度,取ρ=0.85 g/cm3;μ為壓縮系數(shù),取μ=10,其他符號(hào)含義同前。

6)下破裂半徑。斜坡地形:R=W 1+n2

7)上破裂半徑。斜坡地形:R′=W 1+βn2,其中β為爆破漏斗上方向崩塌系數(shù),β=6。

爆破參數(shù)計(jì)算如表1所示。

表1 爆破參數(shù)計(jì)算Table 1 Calculation of blasting parameters

2.4 起爆網(wǎng)路

采用主、副起爆系統(tǒng),主起爆網(wǎng)路采用電雷管并、串聯(lián)網(wǎng)路接入母線,聯(lián)結(jié)線使用BV2.5 mm2塑料單芯線;副起爆網(wǎng)路采用非電導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路,每個(gè)起爆體的雷管數(shù)為4發(fā),加工起爆體使用的雷管應(yīng)逐個(gè)挑選。采用“簇聯(lián)”方式連接,所有起爆雷管與接力雷管,在接點(diǎn)處標(biāo)明段別標(biāo)識(shí),接頭用膠布纏裹牢靠,膠布層數(shù)不少于3層。爆前實(shí)施1∶1的起爆網(wǎng)路準(zhǔn)爆實(shí)驗(yàn),加工好的起爆體應(yīng)標(biāo)明藥包編號(hào)、雷管段別。聯(lián)結(jié)網(wǎng)路人員持起爆網(wǎng)路圖,按從后爆到先爆、從洞里到洞口的順序聯(lián)結(jié),裝入起爆體前應(yīng)再次確認(rèn)起爆體編號(hào)和雷管段別。起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 起爆網(wǎng)路Fig.3 Initiation network

2.5 裝藥與填塞

施工前應(yīng)首先對盜采煤窯的周圍環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)勘察,確認(rèn)盜采煤窯巷道有無塌方、落石等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生;煤窯內(nèi)部有無有毒氣體聚集,濃度是否超標(biāo),若發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)隱患后,采取必要的安全防范措施排除后再進(jìn)行施工。

藥包位置由爆破工程技術(shù)人員現(xiàn)場布置,并對搬運(yùn)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)技術(shù)交底,包括藥包碼放位置、裝藥長度與位置,填塞長度和位置、主、副起爆體位置、導(dǎo)線與導(dǎo)爆管長度等。巷道內(nèi)裝藥應(yīng)將炸藥成袋(包)碼放整齊,相互密貼;為了確保裝藥作業(yè)安全,起爆體最后裝入,并放置于藥包的前側(cè)中間部位。裝入起爆體內(nèi)的電雷管腳線長度為20～30 cm,將置于起爆體內(nèi)的電雷管與聯(lián)結(jié)線接頭嚴(yán)密包扎,不要有藥粉進(jìn)入接頭中,腳線留有富余長度以確保接頭在搬運(yùn)和聯(lián)線時(shí)不承受拉力。起爆體加工完成后再次測量電阻值。加工好的起爆體上應(yīng)標(biāo)明藥包編號(hào)、雷管段別和起爆體總電阻值。

洞口填塞長度:LT≥1.2W,取8 m;藥包間填塞長度取3 m,填塞時(shí)應(yīng)保護(hù)好從藥室引出的起爆網(wǎng)路,保證起爆網(wǎng)路不受損壞(見圖4)。填塞時(shí),安排專人負(fù)責(zé)檢查填塞質(zhì)量。填塞完畢,設(shè)計(jì)人員和爆破工程技術(shù)人員進(jìn)行驗(yàn)收。

圖4 裝藥填塞Fig.4 Charge clogging

3 爆破安全措施

本次爆破施工涉及的安全問題主要是爆破飛石[8]和施工安全技術(shù)措施等。硐室爆破飛散物一般是巖體表面射出并飛越很遠(yuǎn)的個(gè)別碎塊,其拋散方向往往無法預(yù)測,會(huì)給爆破區(qū)域附近的人員、設(shè)備及建筑物的安全造成嚴(yán)重威脅[8]。在《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2014)中給出了硐室爆破個(gè)別飛散物的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式[15],其個(gè)別飛散物的安全距離Rf主要由最小抵抗線W、爆破作用指數(shù)n和安全系數(shù)Kf決定,即:Rf=20Kfn2W,經(jīng)計(jì)算Rf=320.64 m,考慮盜采煤窯巷道尺寸規(guī)格不規(guī)范,藥包放置的巷道不是直線,應(yīng)采取以下措施進(jìn)行飛石防控:①準(zhǔn)確測量盜采巷道的尺寸,嚴(yán)格爆破設(shè)計(jì)計(jì)算,保證藥量計(jì)算使用的抵抗線數(shù)值誤差在控制范圍內(nèi);②填塞質(zhì)量好壞也會(huì)對飛石產(chǎn)生重要的影響,施工中應(yīng)嚴(yán)控填塞質(zhì)量,防止出現(xiàn)填塞不嚴(yán)或填塞長度不足,造成爆破飛石或封堵失敗。

為了使爆破工作順利進(jìn)行,施工過程采取了相應(yīng)的安全技術(shù)防范措施。

1)起爆網(wǎng)路聯(lián)結(jié)由專人負(fù)責(zé);網(wǎng)路聯(lián)結(jié)人嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖進(jìn)行連接;網(wǎng)路聯(lián)結(jié),應(yīng)遵循由里到外的順序;電力起爆網(wǎng)路的所有連接線、導(dǎo)線接頭,均應(yīng)采用電工接法,并使用絕緣膠布纏裹。網(wǎng)路連接完成后,由項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行檢查,確認(rèn)聯(lián)網(wǎng)方式與段別等是否有誤。

2)硐室爆破時(shí),起爆網(wǎng)路穿過填塞段的導(dǎo)線和導(dǎo)爆管,均應(yīng)采取穿管保護(hù),以防填塞時(shí)損壞。

3)設(shè)置專門的起爆站。起爆站應(yīng)設(shè)在安全地點(diǎn),并備有良好的通訊設(shè)備,通訊信息應(yīng)清楚、準(zhǔn)確。

4)起爆網(wǎng)路各支路連接完成后,應(yīng)檢查各支路引出線的電阻值,經(jīng)檢查確認(rèn)合格后,方可與主線相聯(lián)結(jié);在下達(dá)準(zhǔn)備起爆命令前,電爆網(wǎng)路的主線不得與起爆器聯(lián)結(jié);只有在無關(guān)人員已全部撤離,下達(dá)準(zhǔn)備起爆命令后,方準(zhǔn)許打開起爆器,將主線接入起爆器的接線柱上。

5)爆破的警戒距離不得小于600 m,在此范圍內(nèi)的人員和車輛必須提前撤離,各警戒人員必須相互在視野范圍內(nèi)用對講機(jī)聯(lián)絡(luò)。

4 爆破效果

爆破過程沿洞口填塞部位產(chǎn)生飛石,飛石控制在200 m范圍內(nèi)。爆后檢查無盲炮,洞口邊坡巖石呈現(xiàn)自然塌落趨勢,盜采煤窯巷道的頂板圍巖坍塌,完全塌陷形成爆破漏斗,封閉了盜采煤窯的主巷道。本次爆破共使用粉狀乳化炸藥6 200 kg,采用“分集裝藥結(jié)構(gòu),強(qiáng)松動(dòng)爆破”技術(shù),并借鑒硐室爆破設(shè)計(jì)理念和施工措施,改善了爆破效果,保證了爆破施工作業(yè)的安全,達(dá)到了封堵盜采煤窯的目的(見圖5～圖6)。

圖5 爆破過程Fig.5 Blasting process

圖6 爆破效果Fig.6 Blasting effect

洞口產(chǎn)生大量飛石主要原因是封堵工程量較大,工期較緊,封堵工作面狹小,采用人工裝運(yùn)土袋工效較低,并且填塞長度不足,影響了洞口封堵的效果。由于爆區(qū)位于賀蘭山腹地,爆破飛石未對周邊產(chǎn)生危害。在以后的類似爆破工程中,應(yīng)考慮爆破施工組織進(jìn)度的合理性,合理安排工期和人員,避免因工期和其他原因造成填塞質(zhì)量問題。

5 結(jié)語

本次盜采小煤窯炸封治理工程,是全面推進(jìn)、保護(hù)賀蘭山國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)恢復(fù)和治理攻堅(jiān)戰(zhàn)的第一炮,受到自治區(qū)、石嘴山市各級領(lǐng)導(dǎo)的高度重視,通過精細(xì)設(shè)計(jì)、精心施工,達(dá)到了本項(xiàng)目政治任務(wù)的要求,取得了良好的社會(huì)效應(yīng),為類似工程提供了新的治理途徑和方法,但由于應(yīng)用案例較少,其爆破效果還需經(jīng)過大量實(shí)踐驗(yàn)證。