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节制爆破部分切槽放顶手艺

宣布日期:2017-05-05 17:13    阅读次数:次

择要 坚固顶板下特大型采空场的处置是我国遍及存在的、独有的一类采矿手艺困难。提出了一种简洁合用、经济可行的结合采空场处置方式——节制爆破部分切槽放顶手艺。先容了该方式的特色,研讨了切槽地位、宽度和深度的现实计较方式及松石垫层厚度,停止了二维无限元阐发考证,并操纵声发射手艺和拍照手艺评估了实行功效。在东桐峪金矿现实功效标明,切槽宽度和深度的现实计较方式准确、靠得住;现实计较的切槽地位仅合用于持续、法则的采空场,不然,会产生偏差;对庞杂的采空场,须借助无限元计较补充完美;实行节制爆破部分切槽放顶手艺,能完成空场的小型化及其与深部开采体系的断绝,消弭大范围顶板打击地压隐患,并使顶板应力向有益于宁静出产的标的目标重散布。
关头词 爆破工程,空场处置,切槽放顶,节制爆破,无限元,声发射,监测
1 前 言
大批未处置的采空场的存在,是我国矿山出产中遍及存在的严峻宁静出产隐患。此中,坚固顶板下特大型采空场的处置,是我国独有的一类采矿手艺困难。
国际外已有的采空场处置方式,归结起来有以下 5 类:崩落采空场,充填采空场,撑持采空场,封锁断绝采空场和结合法处置采空场。此中,前 4类是最根基的空场处置方式。结合法是在上述根基方式根本上的结合,今朝有撑持充填、崩落断绝、矿房崩落充填和撑持片落等 4 种结合法。
各种根基采空场处置方式既有长处,也有范围性。操纵结合法,轻易接收各根基方式的长处,降服其范围性。可是,今朝已有的 4 种结合法还比拟高贵,有须要进一步成长和完美。
按照我国的出产现实环境,对前 4 类根基方式停止现实研讨。文[2~5]提出了“节制爆破部分切槽放顶”的采空场结合处置新方式,现场产业实验标明,该方式经济公道、手艺可行、简洁合用、施工快速。2002 年元月 17 日判定以为,该方式在同类岩体前提下是国际外初创,在东桐峪金矿周全实行最少可带来 3 404 万元的间接经济效益和严峻的社会意思,部分实行后,2002 年已为东桐峪金矿带来了 2 900 多万元的间接经济效益,此刻还在持续实行中。
本文先容了该方式的特色,研讨了切槽地位、宽度和深度的现实计较方式及垫层厚度,操纵二维无限元阐发考证了切槽地位,并操纵声发射手艺、拍照手艺评估了实行功效。
2 节制爆破部分切槽放顶手艺特色
节制爆破部分切槽放顶手艺的要点是:操纵节制爆破手腕,别离在顶板拉应力最大的地段沿采空场走向全长实行必然宽度的节制爆破切槽放顶,强迫顶板最早在该地段冒落,并尽能够使冒落接顶,从而完成空场小型化及其与深部开采体系的断绝;并将开采废石有打算地简略单纯排入处置过的采空区,减弱能够产生的必然范围天然冒落所激发的氛围打击波,消弭打击地压隐患,并使顶板应力向有益于宁静开采的标的目标重散布,确保宁静出产。
该手艺的优胜性表此刻以下 4 个方面:(1) 不是 4 类根基采空场处置方式中某几类方式的简略结合,而是操纵节制爆破切槽放顶的手艺手腕,到达应力向有益于宁静开采的标的目标重散布和封隔采空场两个目标,从而确保宁静出产,并消弭打击地压隐患。(2) 经济,简洁,任务量小,施工快速。处置43×104 m2空场,仅需放顶约 1.4×104 m2,处置经费
不跨越 60 万元,2~3 个月可完成施工。(3) 空场处置和矿柱收受接管及底板清算可同时停止。(4) 不会引发上部和下部中段巷道的粉碎,并可有打算地将采、掘废石简略单纯排入处置过的采空区,从而避免在空中排放而占用耕地或构成泥石流隐患。
该手艺合用于处置坚固顶板下的缓倾斜及程度采空场。
3 切槽地位研讨
3.1 初次切槽地位研讨[3,4]
按照东桐峪金矿的现实,对最具代表性的典范剖面 XⅦ停止简化后,假定 866 m程度以上矿柱全数采空。按照梁模子假说,A 点为牢固端,B 点钢筋混凝土断绝墙为牢固支座,矿体露头C为悬臂端。设定剖面宽度为 1 m,拔取典范剖面所成立的坐标系如图 1。则顶板载荷集度为[mem]

3.3 切槽地位的二维无限元计较研讨
操纵 NFAS 非线性二维无限元阐发软件,拔取东桐峪金矿典范剖面 XⅦ ,操纵德鲁克-普拉格塑性原则和拉裂粉碎前提和位移边境前提。开挖范围选定 750~1 260 m程度。计较剖面垂直范围为 300~1 500 m 高程,程度范围为 200~1 475 m。共用节点1 618 个,单位 1 634 个。
计较标明(图 3),采空场顶板别离在 866 和 966 m程度四周均呈现了较着拉应力,申明这两处是实行切槽放顶的公道地位。

比拟现实推导与无限元计较摹拟功效可见,对含有多层不法则或不持续的采空场,如 866 m程度以下、下层采空场俄然尖灭,现实求解的切槽地位有必然偏差;对法则和持续的采空场,如 866~1 133 m 程度绝大部分都有 2 层根基法则且持续散布的采空场,现实求解的切槽地位与计较摹拟根基符合。现实求解的偏差能够是因为采空场不法则、不持续或较庞杂时,简化模子与现实相差太远的原因。
4 切槽深度研讨
文[6~8]的模子担当了原有TCK和Ahrens等模子的长处,完美了爆生气体准静态感化引发的微裂纹二次扩大,并且斟酌了原岩应力和岩体性子对裂纹扩大的影响,几近可操纵于现实爆破工程设想。可是,文[6~8]的模子中孔壁爆生气体压力 p 0的计较较庞杂,且没法计较球形药包之外的裂纹扩大范围,如长条形药包爆破后的裂纹扩大。上面将操纵文[6~8]的模子和文[9,10]的研讨功效,研讨爆破切槽的深度。
挑选顶板所受拉应力最大( σ max)的地址切槽放顶时,原岩应力不只不会部分对消爆生气体压力p 0,相反,会加快岩体的毁伤粉碎。是以,按照文[6~8]的研讨,微裂纹产生二次扩大的地区为

式中:r2 为爆分裂纹扩大半径,r0 为等效球形药包半径, σ max为切槽放顶地段顶板所受的最大拉应力, s t为岩石抗拉强度, p 0为孔壁爆生气体压力。
按照文[9,10]的研讨功效,长条形药包的等效球形药包半径为

式中:r0,re别离为等效球形药包半径、长条形药包半径。
按照文[11],有 2 种计较 p0的方式,即
经历法:

假定节制爆破切顶的冒落疏松岩体全数堆放在放顶带内,为了使冒落岩体布满采空场并接顶,切槽爆破的炮孔深度 L 必须知足:

式(10b)标明,增强梗塞,进步装药密度,可进一步进步爆生气体压力,从而加大裂纹扩大深度,确保必然的凿岩深度能增进的冒落岩体厚度。[/mem]
5 切槽宽度研讨
从已收受接管完顶、底柱的巷道程度的对应顶板起头沿偏向向上实行必然宽度切槽放顶。因为收受接管完矿柱后,巷道底板程度宽度较大,且部分留下的野生矿柱和含极薄矿脉的矿柱崩落时可残留小半段不崩倒(图 4),从而下降了节制爆破筑坝的施工难度,增强了坝体的阻波、抗滑才能。对无平台可操纵的倾斜底板,也可很轻易地操纵爆破手艺制作平台和近似残留矿柱的抗滑键。

设切槽宽度为 W(m);切槽深度为 L(m);采空场断面高度为 A,按照现实,取 A = 2 m。按典范剖面 X Ⅶ取采空场倾角α= 40°。因为底板高低不平,且部分在放顶带外残留有底柱,在放顶带中残留有顶柱。是以,愈靠近底板,石渣堆的抗鞭策才能愈大,鞭策石渣的冲破口应在靠近采空场的顶板处。因而可知,松石坝的阻力 F 操纵下式计较

普通冒落的范围不易肯定,是以,V 没法决议,但可按照石渣堆宽度来查验其能够蒙受的气流速率。按照文[13]的研讨,松石坝断绝带的宽度 W普通为 10~15 m。当 W= 10 m 时,由公式(15)可反算出石渣堆能够蒙受的气流速率 V = 242.5 m/s。按照文[14]的研讨,东桐峪金矿的井下不管产生多大范围的冒落,气流速率都达不到 145.0 m/s。是以,切槽放顶宽度取 10 m 是公道的。
6 松石垫层的厚度研讨
按照文[12],必然厚度垫层 hn能减弱冒落所激发的氛围打击波,即

7 现场现实
按照研讨功效,起首在 966 m程度沿走向实行宽 10 m 的大范围节制爆破切槽放顶。崩落凿岩的垂直孔深度取 L=1.94 m,崩落孔装药 8~9 卷,掏槽孔装药 10 卷。为了充实操纵火药的爆炸能,装药后孔口均用长 10~20 cm 的黄泥梗塞。放顶前、后别离在 866 和 980 m程度停止声发射持久监测,监测孔安排见图 5。为了避免爆破振动影响 980 m 平巷的不变性,在切槽放顶带与 980 m程度间沿走向安排一排分段装药的预裂炮孔。
现实标明,爆后能构成宽 10 m 的松石断绝坝。崩落凿岩的垂直孔深度不请求严酷知足 L= 1.94 m,顶、底板就可以在断绝坝处杰出接顶,见图 6,7。施工进程中未引发开裂严峻的 980 m巷道掉小块。放顶后 866 和 980 m平巷的声发射程度较着下降,部分功效见图 8,9。申明这 2 处的应力程度都下降了[15],这有益于宁静开采深部及 980 m四周的矿体。

8 结 论
(1) 切槽地位的计较公式合用于法则和持续散布的采空场处置。对含有多层不法则或不持续的采空场,计较公式求解的切槽地位有较大偏差,有须要借助无限元计较摹拟批改。
(2) 现实证实,切槽深度和宽度的计较公式简洁靠得住。已知须要提防的井下氛围打击波速率,就可以很便利地计较出松石断绝坝宽度,也便是切槽宽度。一样,已知顶板岩性,也可很便利地计较出切槽深度。
(3) 增强梗塞,进步装药密度,可进一步加大裂纹扩大深度,从而确保必然的凿岩深度,增添冒落岩体厚度。
(4) 将开采废石有打算地排入 12#岩脉采空场,并简略单纯排入处置过的 8#岩脉采空场,可有用地减弱冒落所激发的氛围打击波。
(5) 现实证实,节制爆破部分切槽放顶手艺能完成采空场的小型化及其与深部开采体系的断绝,消弭大范围顶板打击地压隐患,并引发顶板应力向有益于宁静出产的标的目标重散布。

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