《深孔预裂爆破振动影响预测分析与应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《深孔预裂爆破振动影响预测分析与应用（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、深孔预裂爆破振动影响预测分析与应用 张浩 张治高 孙广京 万晓 李廷春 山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室 山东新巨龙能源有限责任公司 摘 要： 应用深孔预裂爆破技术预先弱化断层带岩石, 能帮助采煤机渡过断层, 但爆破施工中振动效应严重威胁了施工安全。通过对质点峰值振动速度安全判据以及我国采用的萨式公式分析讨论, 在新巨龙煤矿 2304S 工作面 FD8 断层爆破巷进行了振动影响范围预测应用, 根据现场实际炮孔布置, 提出分组起爆方式, 降低最大一次起爆药量, 保证各区域起爆时对周围影响最小, 同时加强薄弱地点防护措施, 有效保护了邻近巷道安全。关键词： 深孔预裂爆破; 大落差断层;
2、 爆破振动; 施工工艺; 作者简介：张浩 (1993-) , 男, 山东东营人, 硕士研究生, 主要从事矿山爆破、巷道快速掘进等方面的研究。作者简介：李廷春 (1968-) , 男, 山西朔州人, 教授、博士生导师, 主要从事裂隙岩体力学特性、矿山爆破等方面的研究。收稿日期：2017-11-3Study on Pre-splitting Blasting Construction in the DeepHoles on Faults with an Excessive DropZhang Hao Zhang Zhigao Sun Guangjing Wan Xiao Li Tingchun S
3、handong Provincial Key Laboratory of Civil Engineering Disaster Prevention and Mitigation, Shandong University of Science and Technology; Shandong New Dragon Energy Limited Liability Company; Abstract： The application of deep hole pre splitting blasting technology to weaken the fault zone rock in ad
4、vance can help the Shearer to pass through the fault, but the vibration effect in blasting construction seriously threatens the construction safety. By comparing the peak value of vibration speed and safety criteria used in China, the formula of analysis and discussion, the influence of vibration ra
5、nge prediction applied in2304 S working face of coal mine blasting xinjulong fault FD8 lane, according to the actual operation of the blast hole arrangement, put forward packet initiation way, reduce the once detonation quantity and ensure the initiation of regional around the minimal impact, while
6、strengthening the weak place of protective measures, the effective protection of the adjacent tunnel safety.Keyword： pre-splitting blasting in the deep hole; faults with an excessive drop; blasting vibration; construction technology; Received： 2017-11-3综采工作面遇断层时, 应用深孔预裂爆破技术将硬岩弱化到一定程度, 能有效帮助采煤机通过断层。由
7、于深孔预裂爆破孔深长、装药量大, 同时受断层带围岩稳定性差的影响, 爆破过程中引起的振动效应很难控制, 对附近人员、设备安全造成威胁1-2。通过加强爆破区域的锚杆、锚网支护等来预防爆破振动是必要措施, 但过度投入支护材料, 加上过断层期间本身需要大量资金, 经济效益并不理想。因此, 有必要借助于爆破振动理论计算, 对其影响范围进行预测分析, 避免盲目支护, 实现在安全和经济上的最大化收益。1 爆破振动影响范围确定井巷硬岩爆破工程中, 爆破振动一直是不可避免的因素影响着邻近构筑物以及机械设备设施等。振动效应会引起位于振动影响区的岩体不同程度损伤, 造成锚杆松动、岩石冒落, 随着振动效应传播范围的
8、增加, 岩体损伤程度逐渐减弱。通过计算爆破振动速度能间接地表达振动影响程度, 将振动速度进行等级划分, 实现振动影响区和安全区的范围预测, 便于制定爆前准备工作和爆后处理措施。目前, 国内外采用爆破振动速度作为判据进行爆前验算时, 由于理论依据不同, 其计算方法、安全判据的设计不尽相同1-6。1.1 质点峰值振动速度安全判据应力波在裂隙区以外的爆源近区内传播, 并以指数规律衰减, 由一维应力波理论得到, 质点峰值振动速度 PPV 应与岩体的动应变或动应力间有对应关系, 见式 1, 利用岩石拉伸破坏的极限应变值或岩石抗拉强度可反求临界振动速度。式中:C p为岩体纵波速度, m/s;为岩体极限拉应
9、变;E 为弹性模量; t、 e分别为岩石抗拉、抗压强度, MPa;k t为关系系数。采用 PPV 安全判据时, 通过临界速度预测岩体损伤效果, 再结合实践经验修正参数, 以指导高精度的控制爆破施工。Bauer 和 Calder 曾根据爆前、爆后岩体中新增裂隙调查、声波比对测试等方法提出质点峰值振动速度建议安全判据3, 见表 1, 其结果具有很大的参考价值。1.2 质点振动速度萨式公式表 1 Bauer 和 Calder 安全判据 下载原表 根据我国采用的爆破安全规程 (GB6722-2014) 4, 仍继续沿用了经典萨道夫斯基公式作为质点振动速度的衰减规律计算公式, 见式 2。式中:v 为质点
10、振动速度, m/s;Q 为最大一次起爆药量, kg;R 为爆心距, m;k、 为与场地、装药等情况有关的拟合参数。在施工场地确定的情况下, 可根据实际采用的爆破参数将式进行变形, 得到爆破振动影响范围的计算方法 (式 3) 。根据规程规定, 在进行地下深孔爆破时, 对于矿山巷道振动安全允许标准为 1830m/s。2 FD8 断层爆破巷施工方案新巨龙煤矿 2304S 工作面存在落差为 1416m 的 FD8 断层, 计划沿断层走向施工爆破巷, 在爆破巷内应用超前深孔预裂爆破技术, 弱化爆破巷两帮断层硬岩, 以便采煤机通过断层时直接切割岩石, 保证生产连续。2.1 主要技术问题FD8 断层爆破巷在
11、 2304S 下平巷 2W28 端点开门, 沿断层走向布置, 如图 1 所示, 由于爆破巷在 130 延米段离 2304S 下平巷距离较近, 若直接进行预裂爆破, 引起振动效应有可能对下平巷右帮的稳定造成破坏性影响;同时爆破过程中各种不确定性因素会严重威胁施工安全, 因此需要优化爆破方案, 并做好爆前防护措施。图 1 FD8 断层爆破巷炮孔布置及振动范围预测 下载原图2.2 爆破方案(1) 炮孔布置。在 FD8 断层爆破巷内通过结合所爆岩层厚度对各 182 号炮孔进行设计, 炮孔最小间距 2m, 采用正向不耦合柱状连续装药, 炸药选用煤矿二级乳化炸药。(2) 分组起爆与爆破振动验算。通过前文对
12、 PPV 安全判据与萨式公式分析讨论, 考虑断层带稳定性差, 确定安全区振动允许速度应小于 20cm/s。为了降低最大一次起爆装药量, 提出了分组起爆方式:A、B、C、D 各区域分组起爆, 其余接近 2304S 下平巷的炮孔采用两孔一爆或单孔一爆。基于上述爆破方案, 对其爆破振动影响范围进行理论计算, 见表 2, 并将振动影响区域于图 1 中表示, 可以看出, 在 2W28 端点 10m 段振动影响已波及 2304S下平巷, 因此需采取必要的保护措施。表 2 起爆药量与爆破振动安全距离对应关系 下载原表 2.3 爆前防护措施(1) 爆破振动可能造成巷道局部冒顶或垮塌, 可在巷道薄弱点设置单体液
13、压支柱, 通过支护结构和单体液压支柱共同发挥作用, 保证巷道围岩稳定。(2) 爆破施工前, 应进行施工现场清理和准备工作, 将需要保护的设备移至安全允许距离之外, 做好现场施工机械配置及其安全防护措施。(3) 成组起爆时, 为保证爆破巷内围岩稳定, 对于保护侧边缘孔以及次边缘孔应加强封堵, 中间炮孔可根据实际情况进行调整, 如图 2 所示。图 2 保护侧炮孔加强封堵长度 下载原图2.4 爆破效果通过对爆破振动影响范围的预测, 利用分组起爆方式降低了爆破振动对邻近巷道影响, 爆破后 2304S 下平巷受到较小扰动, 支护体系未受影响, 断层爆破巷内仅有少量顶板碎石掉落, 同时, 预裂爆破效果较好
14、, 未出现冲孔现象。3 结语(1) 基于应力波理论, 分析了应用 PPV 安全判据时可利用岩石抗拉强度等反求临界振动速度;指出我国采用萨式公式计算爆破振动时, 通过公式变形可用于预测振动影响范围。(2) 新巨龙煤矿 FD8 断层爆破巷内应用深孔预裂爆破技术时, 对爆破振动影响范围进行了预测分析, 提出了分组起爆方式, 降低最大一次起爆药量, 并给出爆前防护措施, 有效保护了邻近巷道安全。参考文献1罗忆, 卢文波, 陈明, 舒大强.爆破振动安全判据研究综述J.爆破, 2010, 27 (1) :14-22. 2汪海波, 宗琦.煤矿软岩巷道掘进爆破振动特性研究J.岩石力学与工程学报, 2012,
15、31 (S2) :3876-3881. 3BAUER A, CALDER P N.Open pit and blast seminarR.Kingston, Ontario, Canada:Department of Mining Engineering, Queens University, 1978. 4中华人民共和国国家标准编写组.GB6722-2014 爆破安全规程S.北京:中国标准出版社, 2015. 5卢文波, 周俊汝, 陈明, 严鹏, 王高辉.爆破振动主频衰减公式研究J/OL.工程爆破, 2015, 21 (6) :1-6, 24. 6贾虎, 徐颖.岩体开挖爆炸应力损伤范围研究J.岩石力学与工程学报, 2007 (S1) :3489-3492.
