地下矿复杂条件下集束孔大爆破

完成时间：2005年3月

工程地点：广西南丹铜坑矿

完成单位：北京矿冶研究总院、华锡集团铜坑矿

项目主持人及参加人员：孙忠铭、张友宝、李仕庆、陈何、苏家红、姚根华、玉子庆、刘建东、潘家旭、吴桂才、罗先伟、余斌、余阳先、韦方景、杨伟忠、蔡汉迁、王湖鑫、董卫军、曾伦生、莫荣世、夏海亮、文衍瑜、刘孟宏、袁向全、谢源、韦可利、吴增强

撰稿人：孙忠铭

2002年，由中国工程院和国家发展和改革委员会组织的广西院士行活动曾就铜坑矿特大事故隐患治理这一问题进行过专题讨论，明确指出铜坑矿特大事故隐患治理的迫切性和可能的技术途径。据此，北京矿冶研究总院与华锡集团合作于2005年3月28日在广西南丹铜坑矿进行了一次装药量为150t的地下大爆破。这次大爆破是国家重点安全隐患整治项目——铜坑矿特大事故隐患治理的关键工程，也是迄今为止国内最大爆破量的一次地下矿山爆破。

华锡集团公司铜坑矿是一座有30余年开采历史的大型地下矿山。开采的三大矿体自上而下依次为细脉带、91号和92号矿体，三大矿体在竖直方向上局部呈重叠状态。最早开采的细脉带矿体自1976年发生自燃，形成了一条无法根治的火区，造成后续回采顺序的紊乱，留下了相当数量的不规则分布的空区。随着矿山生产建设的发展，矿山的主要采区已逐渐转移至下部的92号矿体，形成了上下空区群，矿山地压控制更加困难。1998年起，采场局部垮塌和岩层移动时有发生，继而开始出现局部贯通性垮塌，同时为保证下部采区作业安全所留的隔火矿柱已呈现不完整状态，控制火区蔓延和防止地压灾害的难度越来越大，细脉带矿体剩余的360万t矿石无法回采。下部92号矿体的采矿作业受到直接威胁。1997年被广西列为特大事故隐患区，2002年列为国家重点安全隐患整治项目。

为了根治火区隐患和地压灾害，同时对矿石资源进行回收，华锡集团坚持“预防为主、安全第一”的原则，在国家安全生产监督管理总局、广西壮族自治区安全生产监督管理局的指导下，积极主动地开展细脉带事故隐患区的治理工作。北京矿冶研究总院是大型国家综合性研究院所，在矿山工程技术的开发与研究方面进行了长期系统的工作，许多研究成果达到国际先进水平。特别是在高效采矿技术、大规模爆破技术等方面具有丰富的工程实践经验和创新技术。2003年10月，华锡集团与北京矿冶研究总院共同合作，开始进行适合铜坑矿具体情况的治理方案、相关技术的科技攻关。自2003年开始，北京矿冶研究总院与华锡集团铜坑矿合作，经多次调研分析和论证，决定采用局部充填，强制崩落，强采强出，封闭覆盖的综合治理方案，治理范围划分为三个爆区，分阶段实施爆破。

第一爆区位于细脉带采区570m至650m水平，包括大14号、12号采场及其对应的上部隔火矿柱。由于大量不规则空区、民窿破坏以及邻近火区等因素造成的相当复杂的爆破条件和环境，针对不同的矿柱条件，第一爆区采用以线形、环形、方形等不同形式的阶段束状密集深孔为主，辅之以局部中深孔和小硐室的爆破方案，实现矿岩区域整体崩落。

束状孔的爆破抵抗线5～14m。束状孔爆破技术具有在特殊工艺条件下的可行性和适用性。技术上可靠、效率高、强度高。大爆破设计建立了爆破振动衰减模型、井下冲击波传播衰减模型，对爆破有害效应进行准确预测。采用预裂降振、柔性阻波墙、实时监测等技术手段，有效控制了爆破有害效应。

爆破凿岩硐室位于原有采准进路中或两侧，高4m。束孔孔深30～62m，垂直平行布孔。束孔孔数3～9个。孔网参数：束间距6m×(6～12)m。束孔孔间距825mm。深孔爆破炸药选用多孔粒状铵油炸药，含水孔和温度较高的炮孔选用乳化铵油炸药。主起爆网路采用双回路环形布置。孔口导爆索的连接：环形束孔采用环形复式起爆，孔内采用双导爆索与加强药包方式起爆。

按照预定方案要求，先后进行了第一爆区采准和爆破技术设计，爆破条件模拟试验，爆破有害效应计算和安全范围圈定，以及工程施工和爆破施工组织设计等工作，并于2005年2月28日进行了第一爆区的爆破。

第一爆区爆破崩落面积为6500m²，崩落矿量77万t，总装药量达150t，爆破分20段毫秒延时起爆，起爆总延迟时间为2s，这是迄今为止国内最大的一次地下矿山爆破。

爆破作业严格按爆破设计的技术要求和爆破施工组织设计的程序进行，总计投人人力1200人。自2005年3月27日8时至28日14时完成全部的装药、爆破网路敷设和防护工程施工，于14时10分准时起爆。爆破同时，进行了爆破地震和空气冲击波效应的监测。大爆破产生的冲击波强度在爆区口为9.3kPa左右，一道阻波墙的降压效率为77.2％，阻波墙的作用显著。大爆破冲击波未对矿井生产系统产生破坏作用，矿山生产系统完好无损。爆堆块度较好。爆破后，经地表和井下检查，整个爆区设计范围崩落完全，对临近采场、井巷工程、设施和构筑物、爆区附近地表建筑物和民房等均未造成任何破坏。

第一爆区成功实施大爆破后，矿山即组织大量放矿，采区生产能力可达2500～3000t／d。矿石回收率68％，贫化率20％。年效益可达1.75亿元。

第一爆区的成功爆破基本消除了铜坑矿细脉带的空区，使爆区范围内560m水平至地表形成连续崩落体，从根本上消除了地压灾害隐患，并为回收细脉带矿体剩余矿石资源创造了条件。待余下的两个爆区爆破后，经出矿封闭，将使铜坑矿的火区蔓延、地压灾害等安全隐患得以根除。经济效益和社会效益非常显著。

2005年8月16日中国有色金属工业协会在北京主持召开了科技成果鉴定会，对北京矿冶研究总院和华锡集团铜坑矿完成的“地下矿复杂条件下集束孔大爆破”的研究成果进行鉴定。专家组一致认为：地下矿复杂条件下集束孔大爆破取得成功，将为我国地下矿山工程爆破提供新的技术和手段。具有一定的开拓性、创新性，总体技术水平达到国际先进水平。