專利名稱:大跨度空區(qū)頂板硐室爆破最佳厚度的確定方法及爆破方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦山開采中的爆破方法，特別是大跨度空區(qū)頂板硐室爆破最佳厚度的 確定方法及其爆破方法。背景技術(shù)：
在進行地下礦山開采過程中， 一般采用空區(qū)法開采，其采空區(qū)的跨度一般為
20M-50M，當(dāng)采空區(qū)的跨度大于50M時，即為大跨度空區(qū)。
為保護地下開采作業(yè)的安全，必須在采空區(qū)下方礦體頂板上形成一定厚度的緩沖 墊層。在以往的生產(chǎn)實踐中，通常采用如下方法充填采空區(qū)，從而形成緩沖墊層
1、 尾砂充填法，即在尾礦庫建立砂泵站，通過管道將尾砂輸送至采空區(qū)形成設(shè)計 需要厚度的緩沖墊層。
2、 干式充填法，即在地面建立采石場，將剝離的廢石通過充填井運至采空區(qū)進行 充填，形成設(shè)計需要厚度的緩沖墊層。
3、 爆破充填法，即在采空區(qū)周邊的巖體內(nèi)布置集中藥室或進行深孔爆破，將爆破 的巖石拋至采空區(qū)，形成設(shè)計需要厚度的緩沖墊層。
上述三種方法充填采空區(qū)， 一個共同的缺點是施工周期長(一般半年以上)、 管理復(fù)雜、投資大，充填成本高。且前二種充填方法對礦山環(huán)境保護還會造成一定影響， 第三種方法在采空區(qū)周邊的巖體內(nèi)布置集中藥室，或進行深孔爆破，這樣對采空區(qū)周邊 巖體的穩(wěn)定性影響很大，造成很大安全隱患，同時集中藥室的設(shè)置高度很難確定，因為 既要滿足地采作業(yè)安全的緩沖墊層厚度要求，又要能滿足施工安全的安全厚度要求。如 果設(shè)置高度選擇不好，既不能保證作業(yè)安全，又可能增加爆破工程量，延長施工周期， 增大投資。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有大跨度空區(qū)頂板硐室爆破最佳厚度難以 確定的不足，提供一種既能保證作業(yè)安全，又能盡量減少爆破工程量，縮短施工周期， 減小投資的大跨度空區(qū)頂板硐室爆破最佳厚度的確定方法及爆破方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種大跨度空區(qū)頂板硐室爆破最佳厚度的確定方法，包括下列步驟
(1) 、進行采空區(qū)頂板巖體穩(wěn)定性分析，當(dāng)采空區(qū)頂板巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)時，實 施下一步，如果采空區(qū)頂板巖體不處于穩(wěn)定狀態(tài)，則終止此方法；
(2) 、參照B.P伊緬尼托夫提出的緩沖層厚度計算經(jīng)驗公式hb=0.74k。Hl'25L°°2 (F。 /F)，計算滿足采空區(qū)地采安全生產(chǎn)的緩沖墊層厚度hb，式中
k-緩沖層巖石粗糙系數(shù)，H—緩沖層至頂板高，F(xiàn)。一頂板崩落層面積，L一頂板崩 落層厚度，F(xiàn)—頂板暴露面積；
(3) 、計算爆破振動安全允許距離R- (K/V) 1/aXQ1/3，式中 0~延時爆破最大一段炸藥量， V—保護對象安全允許振速，
K一與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)， a—與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的衰減指數(shù)；
(4) 、計算大爆破施工的安全厚度h^RXA，式中A為安全系數(shù)，其取值范圍為 1.3-1.8;
(5) 、根據(jù)大爆破施工的安全厚度ha》地采安全生產(chǎn)的緩沖墊層厚度hb，確定采
空區(qū)頂板硐室爆破最佳厚度h，即從空區(qū)頂板至爆破硐室的中心線距離當(dāng)Dhb時，
h=ha;當(dāng)ha〈hb時，h=hb。
本發(fā)明還公開了 一種大跨度空區(qū)頂板硐室爆破方法，包括下列步驟
(1) 、進行采空區(qū)頂板巖體穩(wěn)定性分析，當(dāng)采空區(qū)頂板巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)時，實 施下一步，如果采空區(qū)頂板巖體不處于穩(wěn)定狀態(tài)，則終止此方法；
(2) 、參照B.P伊緬尼托夫提出的緩沖層厚度計算經(jīng)驗公式h^0.74MT5lT2 (F。 /F)，計算滿足采空區(qū)地采安全生產(chǎn)的緩沖墊層厚度hb，式中
k。-緩沖層巖石粗糙系數(shù)，H—緩沖層至頂板高，F(xiàn)。一頂板崩落層面積，L一頂板崩 落層厚度，F(xiàn)—頂板暴露面積；
(3) 、計算爆破振動安全允許距離R- (K/V) 1/aXQ1/3，式中 Q—延時爆破最大一段炸藥量， V—保護對象安全允許振速，
K一與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)， a—與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的衰減指數(shù)；
(4) 、計算大爆破施工的安全厚度h^RXA，式中A為安全系數(shù)，其取值范圍為1. 3-1.8;
(5) 、根據(jù)大爆破施工的安全厚度ha》地采安全生產(chǎn)的緩沖墊層厚度hb,確定采
空區(qū)頂板硐室爆破最佳厚度h，即從空區(qū)頂板至爆破硐室的中心線距離當(dāng)ha^hb時，
h=ha;當(dāng)h"hb時，h=hb。
(6) 、在采空區(qū)上方距頂板最佳厚度h處布置相互平行的條形藥室；
(7) 、開挖巷道，以解決沖擊波問題；
(8) 、放置炸藥，實施爆破。
下面對本發(fā)明進行進一步說明
所述步驟4中的安全系數(shù)A根據(jù)頂板巖石的硬度系數(shù)確定， 一般為均質(zhì)、致密堅 硬，硬度系數(shù)^12 16的花崗巖、玄武巖、輝綠巖等時，A取1.3;均質(zhì)、中硬，f=6 8的大理巖、石灰?guī)r、斜長巖等，A取1.6;不均質(zhì)、節(jié)理裂隙較發(fā)育、中硬，f=5 6 的千枚巖、石灰?guī)r、斜長角閃巖、石英砂巖等，A取1.8。
該采空區(qū)頂板硐室爆破最佳厚度h也就是采空區(qū)上方頂板距藥室的距離，在本發(fā) 明中，確定采空區(qū)頂板硐室爆破最佳厚度后，就在采空區(qū)上方距頂板的最佳厚度上布置 相互平行的條形藥室，該條形藥室采用小斷面(巷道寬X高4.3MX1.7M)，淺眼微差爆 破，減少施工過程對采空區(qū)頂板穩(wěn)定性的影響；同時在條形藥室施工過程中，采用聲波 儀、多點位移計進行定期監(jiān)測，及時預(yù)報頂板巖體的穩(wěn)定性，保證了大爆破實施過程的 安全。
本發(fā)明首先進行采空區(qū)頂板巖體穩(wěn)定性分析，當(dāng)空區(qū)頂板巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)時，確 定既滿足地采作業(yè)安全的緩沖墊層厚度要求，又能滿足施工安全的安全厚度要求，即尋 找出能滿足2個安全厚度要求的最佳厚度。同時在最佳厚度上開挖小斷面條形藥室，條 形藥室暴露的空間小， 一次爆破使用的炸藥量少，條形藥室的施工對空區(qū)頂板巖石的穩(wěn) 定性不至造成安全影響。該方案的優(yōu)點是利用破碎巖石的自重充填采空區(qū)，炸藥單位 消耗量小，充填料墊層分布均勻，施工周期短，投資省，成本低，管理方便，能適應(yīng)不 規(guī)則空區(qū)頂板的爆破要求。


圖1為本發(fā)明大跨度空區(qū)頂板硐室爆破最佳厚度的確定方法的流程示意圖。
圖2為本發(fā)明一較佳實施例的條形藥室平面布置示意圖。 圖3為圖2的A-A剖面示意圖。
具體實施方式
如圖1-圖3所示，在第一較佳實施例中，采空區(qū)頂板崩落層面積F。為13000m2，緩 沖層至頂板高H為40m，頂板崩落層厚度L為20m，頂板暴露面積F為14800m2，緩沖層 巖石粗糙系數(shù)k￡=6. 6X0. Ida, da取0. 5， da是與巖石艱硬及粗糙程度有關(guān)的系數(shù)，da 變化范圍為0.4-0.6。首先采用有限單元法模擬在巖體重應(yīng)力場作用下，對采空區(qū)四個 剖面的應(yīng)力分布情況進行分析，其剖面上的點應(yīng)力安全系數(shù)均大于1.0，證明采空區(qū)頂 板巖石整體是穩(wěn)定的；接著計算滿足采空區(qū)地采安全生產(chǎn)的緩沖墊層厚度 hb=0. 74k。H125L°°2 (F。/F) =19. 3m (該公式為B. P伊緬尼托夫提出的緩沖層厚度公式); 再根據(jù)GB6722-2003爆破安全規(guī)程確定延時爆破最大一段炸藥量Q為9kg，保護對象安 全允許振速V為10cra/s，與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)K為250，衰減指數(shù)a為L8， 計算爆破振動安全允許距離R= (K/V) l/aXQ1/3=12.44 m (該公式為公知公式)；由于該 采空區(qū)頂板為均質(zhì)、中硬，f:6 8的石灰?guī)r，故取安全系數(shù)A為1.6，計算大爆破施工 的安全厚度ha=RXA=12.44 mX 1.6=20 m;最后，根據(jù)大爆破施工的安全厚度ha》地采 安全生產(chǎn)的緩沖墊層厚度hb，確定采空區(qū)頂板硐室爆破最佳厚度h=ha=20 m。確定最佳 厚度后，在采空區(qū)上方距頂板20m處開挖條形藥室，共布置T1、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6、 T7、 T8、 T9 、 TIO、 Tll、 T12、 T13、 T14等14個條形藥室，其斷面均為高1. 7m，寬1. 3m， 并開挖釋放沖擊波的巷道，同時在條形藥室中布置硝銨炸藥7.73t，銨油炸藥154.77t， 實施爆破，達到了施工過程安全、投資省、充填效果好的目的。
在第二較佳實施例中，該實施例與第一較佳實施例相比大致相同，只是該采空區(qū) 頂板為均質(zhì)、致密堅硬，硬度系數(shù)f^2 16的花崗巖，這時可取安全系數(shù)A為1.3，這 樣計算大爆破施工的安全厚度ha=RXA=12. 44 mX 1. 3=16. 17 m;為滿足地采生產(chǎn)安全所 需緩沖墊層厚度19. 3m的要求，同理可確定采空區(qū)頂板硐室爆破最佳厚度為19. 3m。在 采空區(qū)上方距頂板19. 3m處開挖條形藥室實施爆破后，同樣實現(xiàn)了施工過程安全、投資 省、充填效果好。
在第三較佳實施例中，該實施例與第一較佳實施例相比大致相同，只是該采空區(qū) 頂板為不均質(zhì)、節(jié)理裂隙較發(fā)育、中硬，f=5 6的千枚巖，這時可取安全系數(shù)A為1.8， 這樣計算大爆破施工的安全厚度ha=RXA=12. 44 mX 1. 8=22. 39 m;同理可確定采空區(qū)頂 板硐室爆破最佳厚度為22. 39m。在采空區(qū)上方距頂板22. 39 m處開挖條形藥室實施爆破 后，同樣實現(xiàn)了施工過程安全、投資省、充填效果好。
權(quán)利要求
1、一種大跨度空區(qū)頂板硐室爆破最佳厚度的確定方法，其特征在于包括下列步驟(1)、進行采空區(qū)頂板巖體穩(wěn)定性分析，當(dāng)采空區(qū)頂板巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)時，實施下一步，如果采空區(qū)頂板巖體不處于穩(wěn)定狀態(tài)，則終止此方法；(2)、參照B. P伊緬尼托夫提出的緩沖層厚度計算經(jīng)驗公式hb＝0.74kcH1.25L0.02(F0/F)，計算滿足采空區(qū)地采安全生產(chǎn)的緩沖墊層厚度hb，式中kc-緩沖層巖石粗糙系數(shù)，H—緩沖層至頂板高，F(xiàn)0—頂板崩落層面積，L—頂板崩落層厚度，F(xiàn)—頂板暴露面積；(3)、計算爆破振動安全允許距離R＝(K/V)1/a×Q1/3，式中Q—延時爆破最大一段炸藥量，V—保護對象安全允許振速，K—與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)，a—與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的衰減指數(shù)；(4)、計算大爆破施工的安全厚度ha＝R×A，式中A為安全系數(shù)，其取值范圍為1.3-1.8；(5)、根據(jù)大爆破施工的安全厚度ha≥地采安全生產(chǎn)的緩沖墊層厚度hb，確定采空區(qū)頂板硐室爆破最佳厚度h，即從空區(qū)頂板至爆破硐室的中心線距離當(dāng)ha≥hb時，h＝ha；當(dāng)ha<hb時，h＝hb。
2、 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的大跨度空區(qū)頂板硐室爆破最佳厚度的確定方法，其特征 在于，所述步驟(4)中的安全系數(shù)A根據(jù)采空區(qū)頂板巖體的硬度系數(shù)確定均質(zhì)、致 密堅硬，硬度系數(shù)f=12 16的花崗巖、玄武巖、輝綠巖時，A取1. 3;均質(zhì)、中硬，f=6 8的大理巖、石灰?guī)r、斜長巖時，A取1.6;不均質(zhì)、節(jié)理裂隙較發(fā)育、中硬，f=5 6 的千枚巖、石灰?guī)r、斜長角閃巖、石英砂巖時，A取L8。
3、 一種大跨度空區(qū)頂板硐室爆破方法，其特征在于，包括下列步驟(1) 、進行采空區(qū)頂板巖體穩(wěn)定性分析，當(dāng)采空區(qū)頂板巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)時，實 施下一步，如果采空區(qū)頂板巖體不處于穩(wěn)定狀態(tài)，則終止此方法；(2) 、參照B.P伊緬尼托夫提出的緩沖層厚度計算經(jīng)驗公式hb=0.74k。H125L°°2 (F。 /F)，計算滿足采空區(qū)地采安全生產(chǎn)的緩沖墊層厚度hb，式中k。-緩沖層巖石粗糙系數(shù)，H—緩沖層至頂板高，F(xiàn)。一頂板崩落層面積，L一頂板崩 落層厚度，F(xiàn) —頂板暴露面積；(3) 、計算爆破振動安全允許距離R= (K/V) 1/aXQ1/3，式中 Q"延時爆破最大一段炸藥量，V—保護對象安全允許振速，K—與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)，a—與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的衰減指數(shù)；(4) 、計算大爆破施工的安全厚度h^RXA，式中A為安全系數(shù)，其取值范圍為1.3-1. 8;(5) 、根據(jù)大爆破施工的安全厚度ha》地采安全生產(chǎn)的緩沖墊層厚度hb，確定采空區(qū)頂板硐室爆破最佳厚度h，即從空區(qū)頂板至爆破硐室的中心線距離當(dāng)ha^hb時，h=ha;當(dāng)ha〈hb時，h=hb。(6) 、在采空區(qū)上方距頂板最佳厚度h處布置相互平行的條形藥室；(7) 、開挖巷道，以解決沖擊波問題；(8) 、放置炸藥，實施爆破。
4、根據(jù)權(quán)利要求
3所述的大跨度空區(qū)頂板硐室爆破方法，其特征在于，所述條形 藥室斷面的巷道寬為1.3M，高為1.7M,且在布置條形藥室過程中，定期監(jiān)測頂板巖體 的穩(wěn)定性。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種大跨度空區(qū)頂板硐室爆破最佳厚度的確定方法及其爆破方法，該方法僅適用于采空區(qū)頂板巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)時。該方法的步驟為首先計算滿足采空區(qū)地采安全生產(chǎn)的緩沖墊層厚度，接著計算爆破振動安全允許距離，再計算大爆破施工的安全厚度，最后根據(jù)大爆破施工的安全厚度大于等于地采安全生產(chǎn)的緩沖墊層厚度要求，確定采空區(qū)頂板硐室爆破最佳厚度，并開挖巷道，放置炸藥，實施條形硐室爆破。本發(fā)明提供的大跨度空區(qū)頂板硐室爆破最佳厚度，既能保證作業(yè)安全，又能盡量減少爆破工程量，縮短施工周期，減小投資。
文檔編號F42D3/00GKCN101413774SQ200810143547
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月10日
發(fā)明者李悅良 申請人:長沙有色冶金設(shè)計研究院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan