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工程水壓爆破在煤層爆破中的應用

2015-01-05 12:41:06.0 責任編輯:崔瑋娜

王振新

(葛洲壩易普力新疆爆破工程有限公司,新疆烏魯木齊,830002)

摘要:通過工程試驗,總結工程水壓爆破技術(水土復合填塞炮孔)的原理及在露天煤礦爆破施工中的應用效果。在露天煤礦爆破施工中應用這項技術,可以提高煤層爆破的大塊率,降低單位立方巖石耗藥量,降低爆破氣體的溫度,在一定程度上可以降低煤層爆破失火,降低了粉塵和有害氣體的排放量,降低了爆破振速和噪聲,有效的控制了爆破飛石。

關鍵詞:工程水壓;爆破;煤層;效果

1工程水壓爆破的原理

水壓爆破是指將藥包置于注滿水的被爆容器中的設計位置上,以水作為傳爆介質傳爆爆轟壓力使容器破壞,且空氣沖擊波、飛石及噪聲等均可有效控制的爆破方法。利用水的不可壓縮性質,能量傳播損失小。炸藥爆炸瞬間水傳播沖擊波到容器壁使其產生位移,并產生反射作用形成二次加載,加劇容器壁的破壞,遂使容器均勻解體破碎。此法簡便易行,效果良好。

大量工程實踐和試驗研究證明,不堵塞炮孔的爆破炸藥的能量便以“沖炮”形式泄出。而爆轟波傳到炮孔不回填部位時,由于空氣的可壓縮性極大,應力波大部分能量因壓縮空氣而衰減消失,極大削弱了對炮眼巖壁的破碎。利用炮泥回填堵塞炮孔,可以解決加強膨脹氣體的破巖作用的問題。但炮泥也是可壓縮的,只不過與空氣相比壓縮性小,應力波能量損失相對比空氣少。如果用水作為應力波的傳播介質,水是不可壓縮的,吸收的爆炸能力小,就解決了應力波在傳播過程中的能量損失問題。但如果全用水堵塞,水對膨脹氣體沒有約束能力,實驗表明,全用水袋堵塞,也會發生“沖炮”現象,起不到提高炸藥能量利用率的作用。

而工程水壓爆破技術,就是針對巖體爆破動力(爆轟應力波和爆轟氣體綜合作用),用水和炮泥(沙土)回填炮孔,利用水的不可壓縮性和炮泥(沙土)的堵塞作用,減少爆轟應力波在傳播過程中的衰減,使爆轟氣體的作用時間相對延長,加強破碎巖石的作用。

2工程水壓爆破的特點

由于水的物理力學性能同空氣不一樣,與空氣不耦合裝藥相比,工程水壓爆破(水耦合裝藥)具有以下特點:

(1)基于水的不可壓縮性和較高的密度、較大的流動黏度,水中爆轟產物的膨脹速度要慢,在耦合水中激起爆炸沖擊波的作用強度高和作用時間長。

(2)在炮孔周圍巖石中產生的爆炸應力波強度高,衰減慢,作用時間較長,即有較高的爆炸壓力峰值,因此,對巖石造成的破壞作用強。

(3)因為水的不可壓縮性和較高的能量傳遞效率,同時相當于炮泥,水又具有一定的堵塞作用,因此,傳遞給巖石的爆破能量分布更加均勻、利用率高。

(4)在爆破破碎質量上,它能使破碎塊度更加均勻;在爆破安全方面,它能夠有效地控制爆破震動、爆破飛石、空氣沖擊波和爆生有毒氣體的強度和數量、降低爆破粉塵。

(5)與耦合裝藥相比,水耦合裝藥又能夠降低孔壁巖面上的初始沖擊壓力,利于提高光面爆破,預裂爆破的成型質量。

3  工程水壓爆破在露天煤礦煤層爆破的應用

31  工程概況

新疆宜化礦業公司五彩灣煤礦位于新疆維呂爾自治區吉木薩爾縣北偏西約350°方向,礦區區域范圍處于準噶爾盆地腹地偏東位置,海拔690m左右,儲量1.07億噸,設計生產能力150萬噸/年。

煤礦品質:煤層平均厚度66。76m,密度1。26/m。屬于抗拉、抗剪斷能力較低的不穩定-較軟-中等堅硬的巖石類,易自然。

針對該煤礦煤層的特點和新疆宜化礦業公司要求我們在爆破過程中,提高爆破煤層爆破大塊率以滿足銷售所需要塊煤的需求。葛洲壩易普力新疆爆破工程有限公司準東分公司決定成立科研小組,在煤層爆破進行一系列的試驗,意在減少爆破引起煤層著火情況和確保煤層爆破塊度要求的技術和試驗。

32爆破試驗

(1)主要爆破參數。孔深H:根據臺階高度及業主方要求,孔深有95m6Om15m三種主要參數,無超深(見圖1)

孔徑d:采用現有的CM-351鉆機,孔徑d=115mm

最小抵抗線ww=3Om

單位炸藥消耗量q:根據長期生產實踐,q=01kg/m3

孔距排距:a=8Omb=5Om。采用梅花形布孔方式(見圖2)

單孔裝藥量QQ=qabH=312468kg

堵塞長度LL=H-Q/Qm=2435m

(2)水瓶的加工。水瓶為長20cm、直徑6Ocm的聚乙烯塑料瓶,瓶中充滿水后,將瓶蓋擰緊。水瓶放置、運輸時有輕微變形,不影響裝填及最后的爆破效果。

(3)炮孔的裝藥結構如圖3所示。炮孔的裝藥結構依次為炸藥、水瓶、砂土。裝藥量根據煤層條件按常規爆破的鉆爆設計計算。水瓶、砂土的裝填比例根據各孔裝藥后的剩余空間,現場試驗確定。砂土的裝填長度不宜太短,以免發生沖炮現象。

(4)起爆網絡。孔內下導爆索,地表采用高精度雷管-導爆索起爆網絡,如圖4所示。

(5)實驗數據采集。

1)篩分法。每次試驗炮爆破后,隨時抽收長×寬×高=20m×5m×10m斷面爆渣,經挖掘機裝車后過磅,然后經篩分系統進行篩分,將各類粒徑的煤塊分別稱重后計算出塊煤率,填寫試驗報告后存檔。

2)影響法。采用影像設備(數碼相機、DV等)記錄爆破過程及爆后效果,為試驗留下直觀的原始資料。

3)測量法。使用RDK對取樣的爆堆方量進行測量,以校核斷面法相關數據的準確性。利用便攜式紅外線測溫儀測量每次爆破實驗煤層爆破前地表溫度,孔底溫度和爆破后地表溫度、裂隙溫度,并記錄。

4)目測法。通過對試驗炮的爆后質量跟蹤,對爆堆表層的塊煤情況進行形象描述。

(6)爆破效果分析。經過大量實驗,分析爆破效果,爆破后煤層大塊率有較明顯增加,塊度較均勻,易于挖裝。孔深150m爆破區域,塊度基本達到礦方要求,塊度均勻。孔深95m爆破區域表面塊度明顯增加。實驗數據表明,采用工程水壓爆破技術對提高爆破后塊煤率(大塊和中塊)有明顯效果。爆破后溫度變化:孔深95m爆破區域爆破前孔內平均溫度為4℃,爆破后為7℃;孔深60m爆破區域爆破前孔內平均溫度為10℃,爆破后為24℃。數據基本證明,采用工程水壓爆破技術,爆破后對降低孔內溫度有一定效果(見圖5)。(略)

4  工程水壓爆破在露天煤礦煤層爆破應用的成果

41  實驗結果

(1)在煤層爆破中,工程水壓爆破實現不耦合裝藥減少了粉碎圈的范圍,減少了細煤粒的產生,可以提高塊煤率。

(2)工程水壓爆破有效的提高了炸藥能量利用率,爆后煤渣的塊度更加均勻,從而降低炸藥單耗,減少了炸藥用量。

(3)利用廢棄的塑料瓶裝水,作業工程簡單、環保、操作方便,工作人員容易掌握。如果露天煤礦大規模使用,可以進行訂制,在煤層中應用可取代空氣間隔器。

(4)最佳水間隔長度及位置還需通過爆破實驗不斷優化。

42 技術經濟效果

(1)節省炸藥,提高炸藥利用率。

(2)煤層爆破可提高大塊率,且塊度均勻。

(3)煤層爆破可減少爆破后著火現象。

(4)爆堆拋散距離縮短,露天爆破煤層(巖石)原地松弛。

(5)粉塵含量大幅度降低。露天深孔爆破出現常規深孔爆破的硝煙灰塵騰空升起的現象明顯減少。

(6)減少爆破危害。降低爆破振動速度,工程爆破水壓無飛石、噪音、明顯減少。

5  結束語

綜上所述,工程水壓爆破與以往常規工程爆破相比,具有提高炸藥能量利用率、提高施工效率、提高經濟效益和保護環境的顯著優點,符合可持續發展的戰略方針。工程水壓爆破技術在實踐中取得了良好的爆破效果,具有創新性和實用性。采取炮孔充填水,并用砂土回填堵塞,提高了炸藥能量利用率,改善了爆破對環境的影響,具有可操作性,工程水壓爆破技術必將對工程爆破的發展作出重要貢獻。

參考文獻

1〕王玉杰.爆破工程.〔M〕武漢:武漢理工大學出版社,2007

2〕史雅語,顧毅成.工程爆破實踐〔M〕.合肥:中國科學技術大學出版社,2002

3〕霍永基.工程爆破文集〔M〕.武漢:中國地質大學出版社,1993

摘自《中國爆破新進展》



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