复杂环境下的露天凹陷富水石灰石矿床开采技术

　　0 前言

　　驻马店市豫龙同力水泥有限公司5000 t／d熟料生产线，其石灰石矿山位于河南省确山县境内。在矿区西、南和东侧各分布有三个居民点，距东侧村民点280m，距西侧距民点约200m，南距村民点约350m。三个村庄房屋多为砖混结构，正在积极组织搬迁。因此，确保生产用矿石的正常供应，并保证爆破绝对安全，严格控制飞石、震动等爆破危害对周围环境的影响，成为矿床开采中最重要的工作。

　　1  工程概况

　　独山大型熔剂灰岩矿床，位于确山县刘店镇独山一牛湾一带。地理座标：东径114° 07′30″～114°08′40″，北纬32°44′40″～32°45′30″。含矿岩系为奥陶系，矿床共有9个矿层，主矿层长2000m；宽340～480m，厚250～382 m，矿石主要化学成分CaO的质量分数：53.19％～55.57％，总储量18542．2万t，在熔剂灰岩上下部伴生水泥灰岩地质储量3373万t。矿区岩石的普氏系数为f=8～10，熔剂灰岩未单独开采，现全部当作水泥灰岩开采。目前，开采区域为独山矿区卧牛山矿段，由于多年民采，现已成为一个凹陷石灰石矿(图1)，区内24m标高以上矿体内岩溶发育，地下水丰富，矿区内层理、节理极其发育，见图2。

图1  凹陷石灰石矿                 　　　　  　　 图2  矿体内岩溶

　　2  爆破设计参数

　　(1)钻孔设备选择。考虑地下水丰富，用一般中低风压钻机钻孔时，岩粉吹不出来，钻孔效率极低，所以选用中高风压钻机，型号为CL-120G高风压露天潜孔钻车。所配空压机为：移动式VHP750型，其容积流量：21.2 m³/min；排气压力1.38 MPa；额定功率：224kW；成孔直径：120mm。

　　(2)孔网参数。爆破采用深孔微差爆破，一般台段高度为10m；孔网参数为：a=4.0～4.5m，b=3.0～3.5m，w=3.0～3.5m，超深h=0.5～1.0m。

　　(3)装药及炸药单耗。炸药为#2岩石乳化炸药，有粉状和药卷两种，由于岩体内含水丰富，孔内水位较高，每次爆破，含水钻孔占60%以上。水处理后很快就涌满，所以只能在水孔内装药，一般粉状药装不进去，只能用药卷，规格为900mm×450mm，每卷炸药重为3 kg。每孔装药量50kg左右，炸药单耗0.3～0.35 kg/m³，属松动爆破。

　　(4)充填。上部充填高度为3．5～4m，充填材料为钻孔岩沫。

　　(5)起爆方式。采用毫秒雷管延期单孔微差起爆方式，每孔下两发毫秒塑料导爆管雷管，连接雷管也为两发雷管，孔内为7、8、9、10段高段雷管，孔外连接雷管为3段，网络连接一般形式为：孔间接力单孔爆破。最大一段起爆药量：l孔，50kg左右。

　　(6)爆破效果见图3；挖掘设备为沃尔沃Volvo EC290BLC和EC210BLC，铲装见图4。

   图3  爆破效果                                 图4 爆破后铲装作业

　　(7)爆破危害效应控制。由于属松动爆破，爆破现场没有飞石，爆区只鼓了一下，震动很小。据武汉理工大学爆破工程研究所进行的现场测试，得出矿山现行生产爆破所引起的周围建筑物地面质点震动速度为0.092～1.03137cm/s，频率范围为6.71～20.03Hz。根据《爆破安全规程》，这对矿山周围三个村庄的建筑物是安全的；目前条件下的生产爆破，其要求控制的最大一段安全起爆药量为Qmax=3.1×10-5R3kg，所以目前的50kg最大起爆药量是安全的，单孔起爆控制振动的方法是可行的。但在200～300m范围内能感受到空气冲击波的作用，主要是爆区处于凹陷半封闭空间内，空气冲击波作用不能快速消散所致。但考虑到长期爆破作用存在的累积效应，有可能促进软弱地基上建筑物原有损伤的发展，所以随台阶开采水平的继续降低，振动的高程影响因素将会显现出来，所以还要加强爆破振动监测，以进一步优化爆破参数。

　　3  结语

　　(1)在富水的矿层中钻孔，装药是十分困难的，操作上很不方便，成孔也困难，易塌孔、堵孔，药装不进去。我们的经验是：在水孔内装入密度较大的长药卷不失为一种解决水孔作业的好办法。

　　(2)当必须严格控制飞石、震动等爆破危害时，采取松动爆破是可取的方案。我公司采用松动爆破后，虽挖掘设备效率有所下降，但基本上能正常作业，可以保证每天生产所需6000～7000 t的矿石供应，其震动情况，据专业爆破测震机构对该开采区的爆破测震表明，对最大一段起爆药量50 kg左右的爆破检测表明，其产生的震动远低于对周围建(构)筑物造成危害的震动值。

　　(3)在矿山周边环境复杂的情况下，必须确定适合的爆破方案，如采用化整为零的多次爆破、多地点爆破的方法；并应严格控制爆破规模，如应严格限制最大一段起爆药量和每次爆破的总装药量。

　　(4)研制密度大于水的炸药，以便能够在水孔内快速装入足量设计炸药，满足地下水位较高矿山爆破的特殊用户需要，这应该得到爆破器材研发和供应单位的重视和开发。