露天煤矿爆破降低水位的实例分析

露天煤矿爆破降低水位的实例分析

胜利东二号露天矿位于胜利煤矿的中部。矿区东西长7.3.8.0km，南北6.1.6.3km，面积49.63公里。开采煤层为4#~11#煤层,其中露天开采煤层为4#、5#、6#煤。总储量7038.26Mt,露天开采资源储量为5318.72Mt,可采储量3970.02Mt,平均剥采比2.93m3/t。胜利东二号露天煤矿是国家煤炭工业“十一五”规划的10个千万t露天煤矿之一,是中国大唐集团进军煤炭产业的重点项目,2010年6月11日露天矿一期工程通过国家发改委竣工验收,已形成10.0Mt/a生产能力,同年7月5日露天矿二期工程被国家发改委列为2010年西部大开发新开工建设的23个重点工程之一,2011年2月24日露天矿二期工程(新增产能20.0Mt/a)获得核准,现处于建设中。胜利东二号煤矿为露天开采,一期工程工艺为:剥离采用单斗-卡车间断开采工艺,采煤采用单斗-卡车-可移式破碎站-带式输送机半连续开采工艺。二期工程工艺为:剥离采用单斗-自移式破碎机-带式输送机-排土机半连续工艺、单斗-卡车+半移动破碎站-带式输送机-排土机半连续工艺和单斗-卡车工艺相结合的综合开采工艺。采煤采用单斗-卡车+半移动破碎站-带式输送机半连续开采工艺。根据勘探资料,胜利东二号露天矿区地层自下而上分布有白垩系巴彦花群胜利组,第三系上新统及第四系松散岩类地层。巴彦花群胜利组是盆地内主要含煤地层,其赋存特征是以多煤组单层巨厚的褐煤组成。岩性由一套巨厚的河湖相沉积的煤及灰、深灰及黑灰色为主的泥岩组成,中间夹多层的粉砂岩,细砂岩及砂砾岩。多为泥质胶结,结构松散。第三系上新统以棕黄色、桔黄色的粘土(岩)类为主,局部含灰黄、杏黄泥质胶结的砂岩、砂砾岩,多呈半风化状态,泥质成分较高,结构比较松散,岩石的抗稳定性差。第四系松散岩类以浅黄、灰黄色的细砂、粉砂、粘土为主,局部有砂砾石透镜体,岩相变化大,结构松散。第四系底至4煤顶板、4煤底板至5(6)煤顶板发育有稳定较好的隔水层,岩性以粘土、泥岩粉砂岩及砂质泥岩为主,夹砂岩透镜体。隔水层厚度变化较大,但总的趋势是由南向北增厚。4煤底板至5(6)煤顶部隔水层的岩性以泥岩、粉砂岩、砂质泥岩为主,夹薄层砂砾岩、粗砂岩及细砂岩。1地下水疏干排水胜利东二号露天煤矿地质受2条边缘同生断裂的影响,局部地质结构复杂,地下含水层段较深,含水比较丰富。在含水层区域,在采装施工过程中含水层中的水渗出流入工作面,常常出现陷车陷铲的现象;一段时期后,含水层区域四周被水包围,成为矿区中的“孤岛”,局部区域已经无法进行采装工作,严重影响和制约了工程质量及进度。疏干排水很难解决岩层含水、出水的问题。为了保证采装工作的正常进行,根据现场地质分层含水的实际情况,决定在含水量丰富的位置采用爆破的方法降低水位,利用爆破破坏承载含水层的结构,同时利用爆破延伸和产生的大量裂隙,使含水层中的水分散和下降,达到排水、降水的目的。2爆破质量与结构露天矿水文地质条件对现场爆破会产生影响,爆破能够改变含水层和水位原有的赋存形态。爆破作用产生的强破坏区和轻微破坏区围岩中产生了不同程度的张性裂隙,将成为地下水流的良好通道。由于爆破应力的作用减小了岩体结构面的抗剪强度,破坏了岩体的完整性,同时爆破作用使原有的裂隙延伸、扩大,生成更多的新生裂隙,有利于降低水位。根据爆破作用的基本原理,药包在有临空面的半无限介质中爆炸,从药包中心向外分成压缩破碎区、爆破漏斗区、破裂区和振动区。压缩破碎区和爆破漏斗区是爆破后需挖运的范围,而破裂区和振动区将是爆破影响原有工程地质条件的区域。破裂区的裂隙大部分沿岩体中原有节理裂隙扩展而成,少部分是岩体破裂出现的新裂隙。爆破的关键是利用爆破产生和延伸的张性裂隙破坏和分割隔水层结构,释放地表水和岩层含水。由于本次穿孔爆破是在首采区有含水层且含水量比较大的区域,含水层岩性是含水丰富的泥沙岩,穿孔和成孔都比较困难,同时炮孔的装药量也很难满足设计要求。根据现场的具体情况,采用大孔径钻机穿孔,打好孔后用PVC管护孔,保证炮孔的成孔率和装药量。穿孔和爆破在同一天进行。为了确保降水效果良好,采用加强松动爆破的方法,缩小孔网参数,采用连续装药结构,来达到充分破坏岩层的原始结构,实现降低水位的目的。1)施工现场地质与钻孔参数设计。从现场实际钻孔过程中可以看出,该部位上部为1.5~3m的泥岩,4~5m位置是1.0~2.0m砂砾岩,下部为含水丰富的砂质泥岩,11~12m以下为泥岩,局部水砂层中夹杂1.5m左右的硬泥岩。钻孔过程中牙轮钻机吹出的水沙岩呈混凝土状,地表需要清理和护孔。含水层段随着水的渗出,水沙岩向孔底滑落,钻孔质量遭到破坏。根据现场的具体情况,采用大孔径(准200)钻机垂直钻孔,打好孔后用逐根联接好的与孔径相匹配的PVC管护孔,保证炮孔的质量和成孔率。防止水沙炮孔遭到破坏,在保证安全的前提下钻孔和爆破在同一天进行。穿孔按设计参数完成,其孔径:准200mm;孔深:15m;孔距:5m;排拒:4m。穿孔完毕未下PVC管护孔前测量孔深为14.5m左右,下PVC管护孔后测量孔深13.5m左右,同天装药前孔深变化不大。详情见表1。2)现场装药和填塞。爆破区域全部是水孔,现场装药全部采用乳化炸药,单孔设计装药量为110kg。装药前测量孔深变化不大,PVC管孔内2m以下全部是水,水深可达11~13m。装药施工要求PVC管内采用连续耦合装药,保证单孔装药量,避免管道效应的发生。水孔的填塞要求缓慢均匀,避免使用水沙孔吹出的物料填孔,要求使用干燥的表土填塞,同时要用木质炮杆捣实,排除炮孔中填塞区域的水。保证填塞长度和质量,防止爆炸气体过早泄出,提高爆炸能量的利用率。3爆破过程的作用1)爆破后,从地表看爆破裂隙均匀,爆破效果良好,原来爆破区周边的水全部渗入地下,爆破量中含水量较小,能够满足采装施工要求。2)采用加强松动爆破后,使原来含水层的原始结构充分破坏,含水层中的水全部渗入硬质泥岩中。3)采装工作能够高效地正常进行,工作面未出水,保证了工程位置的正常延深,此次爆破达到了降水的目的。4)本次降低水位爆破采用了PVC管进行护孔,同时为了达到预期降水目的,相应的缩小了孔网参数,适当增加了单孔装药量,爆破施工采用的相关技术措施使爆破成本有所增加,爆破的完全成本6.5元/m3左右。实现了降低水位保证了采装工作的正常高效地进行,在经济上是合理的。4将爆破作为一种新的药剂,其爆破效果好1)在有含水层区域采用爆破的方法降低水位技术上是可行的,经济上是合理的,在现场施工方面比较容易操作。2)在有含水层区域采用PVC管护孔技术可以实现良好的成孔率,同时能够保证孔内高质量的连续装药结构和设计装药量,达到我们的预期爆破效果。3)加强松动爆破可以充分破坏岩体的原始结构,