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×××露天煤礦首采區南幫設計最終幫坡角:+820水平以上的礫石層25°,+820水平以下的基巖臺階37°。為了防止上部礫石層松動或石頭滾落出現安全問題,特意將礫石層最終幫坡角設計的比較緩。由于上部礫石層巖性松軟,適當進行松動爆破,采用液壓反鏟,每5 m一次降段,二次降段就可以采全高10 m,達到最終邊幫清理的目的。所以在實際邊幫清理中,沒有出現邊幫超挖或凸凹不平的現象,邊幫形狀一直保持的很好。
根據初步設計的具體要求,設計采用單斗——汽車間斷式開采工藝。為了實現內排作業,采用在首采區南幫建立一個內排運輸系統,將南幫+820水平以下的基巖單臺階等寬平臺每30 m合并成一個高段運輸平臺,形成+820~+790 m、+790~+760 m兩個運輸水平。并在保證最終幫坡角為37°不變的情況下,使運輸平臺的寬度由原來單臺階等寬平臺的8m增大到24 m,足以保證別拉斯42 t自卸載重汽車的安全運行。從而使西部工作幫的剝離物通過南幫30 m的并段臺階運輸到東幫進行自下而上、由東向西的跟蹤式內排作業,以減少外排作業帶來的運距長、成本高、不經濟的不利因素,見圖10-4-1。
圖10-4-1 并段臺階示意圖
H-并段臺階高度,m;h-單臺階等寬平臺高度,m;
A-并段臺階寬度,m;
由于南幫+820水平以下完全是基巖臺階,要想形成30 m的并段臺階并達到臺階坡面角75°的技術要求,在施工各個環節上必須有新的技術措施。
一、設計與施工
由于南幫爆區距離米泉市煤礦和大洪溝煤礦生活區直線距離不超過400 m,在清理和修整邊幫的爆破中不得不考慮爆破帶來的振動問題。根據南幫多為細砂巖、粉砂巖,巖體均質,巖性致密、單一的具體狀況,設計要求在邊界輪廓線以外的正常剝離區,采用深孔松動爆破,爆破方式、起爆方法和爆破參數可參考第五章所推薦的爆破方案和參數。在邊界輪廓線以內,為了嚴格控制邊坡位置,保持邊坡穩定,設計采用打預裂孔進行預裂爆破,在主爆孔起爆之前先炸出一條預裂帶,借以吸收和反射主爆孔爆破能量,從而降低地震效應,以達到保護邊坡完整和控制超挖的目的。
(一)穿孔
1.鉆機就位即開鉆前的準備與檢查
(1)場地準備。將鉆孔場地的松渣盡可能清除干凈,并大致平整,用木樁按設計鉆孔位置編號于孔位上;
(2)準備鉆具(包括鉆頭、沖擊器、鍵、銷子、彈簧、鉆桿)即各種所需工具。
2.鉆機到位
鉆機要按設計孔距、排距布孔就位,鉆孔要先難后易,視場地情況從臺階邊緣開始,先鉆邊角孔,后鉆中部孔。要考慮鉆機移動對鉆成孔的影響,移動時要保護已成孔和孔位的標記。鉆機就位一定要平穩,若場地不平,要用石塊或道木墊塞使之平穩,防止鉆孔時鉆機傾斜。
3.開鉆前的檢查
檢查各部連接螺栓,風水管路接頭是否牢靠,電器部分是否正常,電動機正反轉是否正確,升降部分是否靈活,注油器內是否有油,沖擊器內是否帶油,水箱內是否有水,開關是否正常等。
(二)施工方案
首先在邊界放出境界線,確定+820水平形成30 m并段的臺階位置,保證留有24 m足夠的運輸平盤寬度,采用潛孔鉆(鉆頭直徑150 mm)在邊界輪廓線打密集的預裂孔,孔間距2m,最小抵抗線0.8 m。傾斜角選取和臺階坡面角相同為75°,按10 m臺階高度一次打全深10.4 m;每10 m一次降段,分二次降全深。在預裂輪廓線以外的正常剝離區采用垂直深孔爆破。為了防止預裂孔和垂直深孔間距過大而出現大塊或硬層,可根據情況在預裂孔和垂直深孔(主爆孔)之間打垂直輔助緩沖孔,預裂孔和垂直緩沖孔之間的距離一般為3.5~4 m,見圖10-4-2。
圖10-4-2 預裂爆破孔與主爆破孔的關系
1-主爆破孔;2-輔助緩沖孔;3-預裂傾斜孔
4-境界線,a-臺階坡面角;h-單臺階等寬平臺高度
在接近東南幫最終境界的拐角處進行預裂爆破時,為了提高爆破效果,剝離區位于90°拐彎處的內側時,孔間距比直線區段更密一些,設計將孔間距確定為1.5 m,每隔一個孔柱狀裝藥,不裝藥的孔作為導向孔引導裂隙向兩孔的中心線方向發展,形成光滑、平整的坡面,見圖10-4-3(a)。在南部采區形成東、北兩個自由面的+760水平,剝離區位于90°拐彎處的外側,最終邊界位置,如圖10-4-3 (b)所示,設計采用在拐角處每隔1-5 m打輪廓線鉆孔,均勻少量裝藥,使爆破以后形成較好的最終邊界。
圖10-4-3 在采掘邊界內、外側剝離時炮孔布置圖
●標準間距的預裂孔;○導向和輪廓線孔
圖10-4-4 預裂爆破孔裝藥示意圖
1-導爆索;2-藥卷;3-底藥
(三)爆破
設計線裝藥密度2.6 kg/m,傾斜炮孔深度11 m,裝藥高度7.6 m,采用藥包直徑100 mm的銨梯炸藥作為藥卷不耦合裝藥,不耦合系數1. 25,藥包直徑80 mm,藥包長度50 cm,每包藥卷重2.5 kg,每孔裝藥量20 kg,共需8個藥包。采用間隔柱狀裝藥。設計采用導爆索每隔50 cm纏繞一個藥包固定。用黃土或流動性很強的砂子當作充填物。充填時上下輕輕地拉動導爆索,以便填實藥卷之間的空隙。實踐證明,如果藥卷之間不充填,則有可能在炮孔全深未能實現預裂之前,爆生氣體有可能會沿著巖層中的裂隙逸出,同樣,爆生氣體也有可能沿裂隙涌向孔壁,從而造成超挖。由于每孔起爆藥量較小,在整個炮區的預裂孔的爆破中,設計采用導爆索同時起爆藥量。預裂孔裝藥結構見圖10-4-4。
(四)采裝
輪廓線以外正常剝離區采用WK-4型電鏟10 m段高整層開采,在接近臺階坡面處,采用和礫石臺階相同的清幫方式,用液壓反鏟修整邊幫進行分次降段,每5m降一次,分二次降段采全高。
(五)運輸
在正常剝離區用42 t汽車配合電鏟進行采裝運輸。在用反鏟進行清幫時,由于工作面狹小,車輛很難掉頭,需要修建簡易的運輸溝道使運輸車輛能進入臺階修整工作面。因此,設計采用15 t自卸載重汽車配合液壓反鏟進行運輸。
在完成了第一個10 m臺階的清幫以后,由于要形成連續30 m高的大坡面,同時,由于沒有足夠的穿孔作業空間,鉆機無法在緊貼著臺階坡面穿斜孔,所以,只能采用如圖10-4-2所示的垂直預裂孔的爆破方法,根據臺階坡面不同位置所處的孔深,設計采用打不同深度的垂直孔加以控制,在預裂孔和垂直深孔(主爆孔)之間加一排緩沖孔,繼續采用預裂爆破法來控制第二個、第三個10 m段的臺階坡面,使炸藥的爆轟作用剛好影響到臺階坡面。對于所出現的三角巖體,可根據巖體性質和爆破以后巖石的松動情況加以處理。
二、爆破效果評價
根據現場爆破效果觀察,在首采區南部最終邊幫+820~+790水平的清理和修整中,第一個10 m段采用了打傾斜鉆孔進行預裂爆破法形成了很好的臺階坡面,裂縫寬度、不平整度、殘留孔痕都基本上達到了設計要求。根據對振動影響監測結果分析表明,減震效果比以往的爆破振動明顯,震速值遠遠低于所規定值,房屋震感很小,幾乎感覺不到振動。由此可以說明,在具備了穿孔設備作業空間及邊幫巖體構造簡單、均質、致密的條件下,對于最終邊幫的清理和修整,應采用預裂爆破法對邊幫加以控制和保護。根據不同的巖性,在有條件的情況下,應盡可能地在最終邊幫的臺階坡頂處打密集的傾斜鉆孔,在主爆區爆破前先爆,沿預裂孔連線方向形成裂縫,使主爆區爆破后產生的爆生氣體從裂縫中逸出,不至于對形成的臺階坡面產生破壞作用,從而形成比較規整的臺階坡面。這樣做的目的可以大大減少邊幫的清理工作量,保持邊幫長期穩定,其爆破效果是比較好的。在沒有穿孔作業條件的工作面,也可采用打垂直預裂孔的辦法進行預裂爆破。對于受各種條件的限制,在基巖臺階的最終邊幫處,無法采用控制爆破以達到保護邊坡的邊幫地段,采用其他爆破方法,要想達到和采用控制爆破法相同的爆破效果顯然是不現實的。