1、 礦業(yè)與安全工程學(xué)院研究生考試專用紙 考試類別: 碩士 考試科目：_安全信息管理_ 論文題目：_深部礦井精細(xì)爆破安全信息管理系統(tǒng)_ 姓 名：_ 張超 _學(xué) 號: _ 201001031727 _ 成 績：_ 閱 卷 人：_ 考試日期：_2015年05月10日_2 山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全工程學(xué)院 研究生考試專用深部礦井精細(xì)爆破安全信息管理系統(tǒng)張超(山東科技大學(xué)礦山災(zāi)害預(yù)防控制-教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266590）摘 要：以唐口煤礦為代表的深部礦井為工程背景，在掘進(jìn)時(shí)采用精細(xì)爆破施工技術(shù)，解決深井軟巖巷道爆破精確成型、巷道圍巖離層的問題。通過設(shè)計(jì)深部礦井爆破安全信息管理系統(tǒng)，對爆破方案的

2、設(shè)計(jì)校核、爆破施工危險(xiǎn)源和爆后檢查等，均能實(shí)現(xiàn)及時(shí)的觀測及控制。現(xiàn)場試驗(yàn)方案及地質(zhì)雷達(dá)探測表明，該方案與原方案相比，可提高循環(huán)進(jìn)尺38%、降低巷道圍巖超欠挖量50%、節(jié)約成本25%，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。關(guān)鍵詞：深部礦井；精細(xì)爆破；信息管理系統(tǒng)；地質(zhì)雷達(dá)Deep mine blasting safety information management systemZhang- Chao (Shandong university of science and technology of mine disaster prevention and control- Provincial minis

3、try of construction of state key laboratory breeding base, Qingdao 266510, China )Abstract: Deep mine in Tangkou Coal Mine for engineering background, the construction technology of fine blasting in tunneling, solve the blasting of soft rock roadway in deep mine roadway surrounding rock strata, accu

4、rate forming problems. Through the design of deep mine blasting safety information management system, for each link, a three inspection and inspection of blasting equipment after the explosion, can realize the observation and control in a timely manner. The field test shows that compared with the or

5、iginal scheme, this scheme can improve circulation and reduce the footage of 38% roadway overbreak volume 50%, cost savings of 25%, and achieved good technical and economic effect.Key words: Soft rock tunnel; fine blasting; Rapid Excavation0.引言唐口煤礦設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為3Mt/a，是我國第一對井筒垂深超千米的礦井。隨著礦井開采深度的增加，深部巖體處于“三高一擾

6、動”的復(fù)雜地質(zhì)力學(xué)環(huán)境1，使得深部巖體的結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)行為更為復(fù)雜，淺部開采中表現(xiàn)為硬巖特性的巖體，進(jìn)入深部開采后相繼表現(xiàn)出高地壓、大變形、難支護(hù)等非線性軟巖力學(xué)特性2。目前，我國煤礦綜采、煤巷綜掘技術(shù)均達(dá)到世界先進(jìn)水平，具備了在國際煤炭市場競爭的能力，但巖巷的掘進(jìn)速度和機(jī)械化水平都明顯落后，與20世紀(jì)80年代相比，掘進(jìn)技術(shù)和機(jī)械化程度變化不大3-4。同時(shí)，受到成本和巷道斷面等因素的限制，我國煤礦巖巷掘進(jìn)仍以鉆爆法為主5。但是，傳統(tǒng)的爆破方式進(jìn)度緩慢，無法精確控制深部地層的巷道成型，超欠挖和片幫現(xiàn)象嚴(yán)重，支護(hù)難度大，頂部圍巖離層嚴(yán)重,造成諸多安全隱患，對礦井的正常開拓造成很大影響。本文以唐口礦

7、南部回風(fēng)大巷為工程實(shí)例，根據(jù)南部回風(fēng)大巷地質(zhì)條件和現(xiàn)有的施工條件，采用精細(xì)爆破施工技術(shù)，精確控制巷道成型，提高掘進(jìn)效率，實(shí)現(xiàn)了大斷面軟巖巷道的快速掘進(jìn)。利用Visual Basic軟件，設(shè)計(jì)深部礦井爆破安全信息管理系統(tǒng)，對爆破方案的設(shè)計(jì)、爆破施工危險(xiǎn)源控制和爆后檢查等流程，能夠?qū)崿F(xiàn)對爆破施工質(zhì)量的精細(xì)控制。1. Visual Basic軟件介紹Visual Basic是一種由 Microsoft 公司開發(fā)的結(jié)構(gòu)化的、模塊化的、面向?qū)ο蟮?、包含協(xié)助開發(fā)環(huán)境的事件驅(qū)動為機(jī)制的可視化程序設(shè)計(jì)語言6。從任何標(biāo)準(zhǔn)來說，VB都是世界上使用人數(shù)最多的語言不管是盛贊VB的開發(fā)者還是抱怨VB的開發(fā)者的數(shù)量。它源

8、自于BASIC編程語言。VB擁有圖形用戶界面（GUI）和快速應(yīng)用程序開發(fā)（RAD）系統(tǒng)，可以輕易的使用DAO、RDO、ADO連接數(shù)據(jù)庫，或者輕松的創(chuàng)建ActiveX控件。程序員可以輕松的使用VB提供的組件快速建立一個(gè)應(yīng)用程序。Visual Basic 具有“面向?qū)ο蟆钡奶匦裕琕isual Basic 應(yīng)用種程序的基本單元是對象，用 Visual Basic 編程就是用“對象”組裝程序。這種“面向?qū)ο蟆钡木幊谭椒ㄅc傳統(tǒng)的全部用代碼編制程序的方法有很大區(qū)別，就像用集成電路芯片組裝電視機(jī)和用三極管，二極管組裝電視機(jī)的區(qū)別一樣。顯然，“面向?qū)ο蟆钡木幊谭椒ū葌鹘y(tǒng)的編程方法更簡單，更方便，并且編寫出的程

9、序也更加穩(wěn)定。因此，“對象”可以被看做 Visual Basic 程序設(shè)計(jì)的核心。2. 地質(zhì)及工程概況唐口煤礦南部回風(fēng)大巷井筒埋深為-925m，圍巖為松軟的層狀頁巖，呈波浪狀水平層理，風(fēng)化嚴(yán)重，各結(jié)構(gòu)體互相切割，易破碎，屬級圍巖5，巷道采用普通鉆爆法施工，臺階法分次爆破。上臺階斷面凈寬5.6m，凈高2.8m。“耙斗機(jī)+礦車”出渣。作業(yè)方式為兩掘一噴，單循環(huán)進(jìn)尺1.8m，月進(jìn)尺保持在90m左右。原爆破作業(yè)采用7665型鑿巖機(jī)鉆孔，配B22中空六棱鋼釬，32柱齒鉆頭鑿巖，鉆機(jī)數(shù)量3臺。鉆桿直徑28mm，成孔直徑32mm。 采用煤礦許用乳化炸藥，規(guī)格為27mm270mm160g。復(fù)式楔形掏槽，5段煤

10、礦許用電雷管串聯(lián)起爆。周邊眼采用正向間隔裝藥，緊挨輪廓線標(biāo)點(diǎn)鉆孔，外插角為35。在巷道開挖過程中，根據(jù)現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)：沿水平層理，超挖主要集中在拱部，幾乎無炮眼殘痕，爆后巖體極易沿拱部某一層理面整體脫落；當(dāng)該層理被構(gòu)造切割而成豎向或斜向裂隙時(shí)，巷道拱部超挖現(xiàn)象非常嚴(yán)重，拱腰處最大超挖量能達(dá)0.7m左右，拱部平均線超挖量達(dá)0.6m左右。綜合分析后，決定采用軟巖爆破施工技術(shù)，借助爆炸理論及輔助鉆爆裝置，改變周邊眼鉆孔方式，預(yù)留超挖保護(hù)層，提高施工質(zhì)量。3. 精細(xì)爆破安全管理信息系統(tǒng)組成分析3.1施工步序分析在進(jìn)行精細(xì)爆破方案設(shè)計(jì)前，首先利用地質(zhì)雷達(dá)對已經(jīng)開挖的南部回風(fēng)大巷進(jìn)行圍巖離層探測分析，對巷道

11、圍巖情況有一個(gè)系統(tǒng)的掌握。然后，采集現(xiàn)場的爆破施工參數(shù)，鉆爆機(jī)具及炸藥雷管等的參數(shù)。利用LS-DYNA/ANSYS軟件，進(jìn)行三維建模分析，對巷道的爆破振動和應(yīng)力分布進(jìn)行計(jì)算分析。通過上述分析，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和理論公式，進(jìn)行精細(xì)爆破的方案設(shè)計(jì)，并形成精細(xì)施工的教材，對精細(xì)爆破班組進(jìn)行培訓(xùn)。在實(shí)際施工前，對爆破施工中潛在的危險(xiǎn)源進(jìn)行分析，劃分危險(xiǎn)等級。爆破后，繼續(xù)采用地質(zhì)雷達(dá)對圍巖離層和爆破效果進(jìn)行分析。施工步驟如圖1所示。本試驗(yàn)采用精細(xì)爆破安全管理信息系統(tǒng)，來控制爆破施工的質(zhì)量。圖1 精細(xì)爆破施工流程分析2.2精細(xì)爆破信息管理系統(tǒng)功能模塊通過上述分析，精細(xì)爆破信息管理系統(tǒng)主要包括以下內(nèi)容：（1）

12、登陸界面。（2） 爆前離層探測系統(tǒng)：包括基巖距離、離層范圍、最大值和平均值等參數(shù)。（3） LS-DYNA建模結(jié)果分析：包括最大振速、最大應(yīng)力分布位置、爆堆形態(tài)分布等。（4） 危險(xiǎn)源辨識：包括落石、個(gè)別飛散物等。（5） 振速驗(yàn)算。（6） 精細(xì)爆破綜合評估體系。3. 精細(xì)爆破安全管理信息系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)3.1登陸界面登陸界面如圖2所示。圖2 精細(xì)爆破施工流程分析3.2 爆前離層探測系統(tǒng)爆前離層探測系統(tǒng)是對精細(xì)爆破施工前，圍巖的離層現(xiàn)狀和拱頂?shù)钠扑榍闆r等進(jìn)行綜合分析。界面如圖3所示。圖3 地質(zhì)雷達(dá)分析界面3.3 爆破振動速度校核系統(tǒng)為降低圍巖離層，控制爆破振動對圍巖的損傷，應(yīng)對爆破振動速度進(jìn)行校核。采用

13、薩道夫斯基公式計(jì)算，界面如圖4所示。圖4 爆破振動速度校核3.4 爆破危險(xiǎn)源辨識系統(tǒng)井下爆破是相對危險(xiǎn)的過程，對爆破振動、飛石、個(gè)別飛散物等有較高的控制要求。通過預(yù)先進(jìn)行危險(xiǎn)源辨識，對于積極地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控是有很好的幫助的。界面如圖5所示。. 圖5 爆破危險(xiǎn)源分析3.5 精細(xì)爆破綜合評估體系國家標(biāo)準(zhǔn)爆破安全規(guī)程(GB 6722-2003)規(guī)定：A級、B級、C級和對安全影響較大的D級爆破工程都應(yīng)進(jìn)行安全評估。精細(xì)爆破要求的不僅是安全評估，而是范圍更為廣泛的綜合評估體系。評估是評價(jià)估計(jì)，是指根據(jù)某種目標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)或手段，對得到的信息，按照一定的程序，進(jìn)行分析、研究，判斷其效果和價(jià)值的一種活動8。評

14、估結(jié)論是對評估對象的價(jià)值或所處狀態(tài)的一種意見和判斷。而這種意見和判斷是建立在技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性的客觀和科學(xué)分析基礎(chǔ)上的，因此能給相關(guān)部門提供可靠的參考依據(jù)。評估的內(nèi)容是由評估的要求所決定的，不同的評估部門有不同的要求，其評估內(nèi)容也不盡相同。精細(xì)爆破的評估內(nèi)容應(yīng)該包括以下幾個(gè)方面。3.5.1爆破安全評估內(nèi)容 國家標(biāo)準(zhǔn)爆破安全規(guī)程(GB 6722-2003)中，有關(guān)安全評估的內(nèi)容如下：（1）設(shè)計(jì)和施工單位的資質(zhì)。（2）設(shè)計(jì)所依據(jù)數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。（3）設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性。（4）起爆網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)爆性。（5）設(shè)計(jì)選擇方案的可行性。（6）存在的有害效應(yīng)及可能影響的范圍。（7）保證工程環(huán)境安全

15、措施的可靠性。（8）對可能發(fā)生事故的預(yù)防對策和搶救措施是否適當(dāng)。3.5.2爆破安全評估指標(biāo)根據(jù)評估內(nèi)容以權(quán)重的方式將精細(xì)爆破的評估指標(biāo)定量化，如表1所示。表1 精細(xì)爆破評估指標(biāo)與權(quán)重序號評估指標(biāo)權(quán)重子方案指標(biāo)二級權(quán)重1爆破安全評估基礎(chǔ)0.1設(shè)計(jì)和施工單位的資質(zhì)0.03爆破工程技術(shù)人員的資質(zhì)等級和數(shù)量0.03持安全作業(yè)證的爆破員、安全員、保管員、押運(yùn)員的數(shù)量0.02設(shè)計(jì)所依據(jù)數(shù)據(jù)的完整性和可靠性0.02調(diào)查研究，掌握施爆的客觀條件0.022定量化的爆破設(shè)計(jì)0.2優(yōu)化爆破方案0.02分散釋放全部能量，實(shí)施延期爆破0.02應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)0.023精心的爆破施工0.2設(shè)計(jì)人員到場率0.025檢查驗(yàn)收

16、，確保關(guān)鍵工序的施工質(zhì)量0.025防護(hù)措施0.025施工機(jī)械數(shù)量，完好程度0.025爆破作業(yè)人員持證上崗0.034精細(xì)化的爆破管理0.1爆破器材的購買、運(yùn)輸、儲存、使用、銷毀的管理0.03建立本單位工程爆破質(zhì)量保存體系0.045能源和資源的節(jié)約0.1炸藥的品種0.01炸藥的數(shù)量0.02單位炸藥消耗量（kg/m3）0.02起爆器材的品種0.01雷管單耗（個(gè)/m3）0.01成本估算0.036爆破有害效應(yīng)的預(yù)防和減弱0.2爆破振動0.04爆破沖擊波0.03爆破個(gè)別飛散物0.037減少對自然環(huán)境的影響，與周圍自然環(huán)境相融合0.1爆破有害氣體0.03爆破噪聲0.03爆塵0.02對水中生物的影響0.024. 總結(jié)深井軟巖巷道地應(yīng)力高、圍巖自穩(wěn)性差，爆破后成型困難。通過在深部礦井推行軟巖爆破施工技術(shù)，根據(jù)工程實(shí)際，進(jìn)行精細(xì)設(shè)計(jì)；施工過程中，每步施工對應(yīng)著嚴(yán)格的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，不達(dá)標(biāo)不裝藥。利用精細(xì)爆破安全管理系統(tǒng)，對系統(tǒng)的掌握工程現(xiàn)狀和進(jìn)展有著積極地意義。通過嚴(yán)格管理和培訓(xùn)，達(dá)到了預(yù)期的爆破效果，取得了良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，對其他同類礦井具備借鑒意義。參考文獻(xiàn)1何滿潮,謝和平,彭蘇萍,姜耀東. 深部開采巖體力學(xué)研究J. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2005,16:2