Entwurfsplan für den Aushub von unterirdischen Minenstollen
Einleitung: Die Planung von Sprengungen für den unterirdischen Stollenvortrieb ist ein entscheidender Bestandteil des Bergbauprozesses. Die Planungsqualität wirkt sich direkt auf die Effizienz, die Kosten, die Sicherheit und die Auswirkungen auf das umgebende Gestein aus. Ein optimierter Sprengplan kann die Vortriebsgeschwindigkeit erhöhen, die Sprengschwingungen kontrollieren, die Stabilität des umgebenden Gesteins schützen und günstige Bedingungen für den anschließenden Abbau schaffen. Dieser Artikel beschreibt anhand mehrerer Quellen die wichtigsten Elemente und praktischen Methoden zur Planung von Sprengungen für den unterirdischen Stollenvortrieb.
Vorbereitungen für die Sprengplanung: Analyse der geologischen Verhältnisse: Verschaffen Sie sich ein detailliertes Verständnis der Geologie des Bergwerks, einschließlich Gesteinsart, Härte und Verteilung von Klüften und Brüchen. Beispielsweise können Klüfte und Brüche die Ausbreitung von Spannungswellen und Gesteinsbrüchen beeinflussen. Genaue geologische Informationen sollten durch Felduntersuchungen, Bohrlochdaten und geophysikalische Untersuchungen gesammelt werden. Unterschiedliche Gesteinsarten und Härten erfordern unterschiedliche Sprengparameter; hartes Gestein erfordert typischerweise höhere Sprengladungen und eine entsprechende Bohrlochanordnung.
Definieren Sie die technischen Anforderungen: Klären Sie die Abmessungen des Streckenabschnitts, die Querschnittsform und die Aushubrichtung. Beispielsweise erfordern kreisförmige und rechteckige Streckenabschnitte unterschiedliche Sprengkonzepte. Ecken in rechteckigen Streckenabschnitten können spezielle Bohrlochanordnungen zur Profilkontrolle erfordern. Berücksichtigen Sie die erforderlichen Vortriebsgeschwindigkeiten – schnellerer Vortrieb erfordert möglicherweise effizientere Sprengtechniken und Parameterkombinationen.
Sprengloch-Layout-Design Schlitzloch-Design:
Wahl der Schlitzmethode: Zu den gängigen Schlitzmethoden gehören das Keilschlitzen und das Gerade-Loch-Schlitzen. Das Keilschlitzen eignet sich für mittelweiches bis weiches Gestein: Abgewinkelte Schlitzlöcher erzeugen eine keilförmige freie Fläche für die anschließende Sprengung. Gerade-Loch-Schlitzen wird für hartes Gestein verwendet, wobei parallele leere Löcher eine freie Fläche und einen Ausgleichsraum erzeugen, während umgebende geladene Löcher den Bruch bewirken. Innovative Schlitztechniken wie das Hohlraum-Schlitzen und das Splitter-Auswurf-Schlitzsprengen (CCFT) wurden untersucht und angewendet; beispielsweise verstärkt ein paralleles Schlitzdesign mit doppelten Wurflöchern (P-DFH) die Bodenladungen und erzeugt eine zweistufige Detonation, die einen vollständigeren Schlitzhohlraum bildet und so die Einschränkungen des herkömmlichen Dichtbohrens überwindet.
Bestimmung der Schlitzlochparameter: Geben Sie Tiefe, Abstand und Winkel der Schlitzlöcher an. Die Schlitzlochtiefe ist typischerweise 15–20 % größer als bei anderen Sprenglöchern, um ein effektives Schlitzen zu gewährleisten. Für mittelhartes Gestein können Keilschlitzwinkel von 60°–75° mit Abständen von 0,5–1,0 m, abhängig von den Gesteinseigenschaften, erreicht werden. Beim Schlitzen gerader Löcher beträgt der Abstand zwischen leeren und gefüllten Löchern in der Regel 0,2–0,5 m.
Hilfslöcher (Entlastungslöcher): Sie werden zwischen den Schlitzlöchern und den Randlöchern platziert, um das Schlitzvolumen zu vergrößern und eine bessere freie Fläche für die Randladungen zu schaffen. Der Abstand der Hilfslöcher ist in der Regel etwas größer als der der Randlöcher, und die Sprengladungen können relativ größer sein. Bei mittelhartem Gestein kann der Abstand der Hilfslöcher 0,6–0,8 m betragen, wobei die Ladungsmenge an die Gesteinseigenschaften angepasst wird.
Konturbohrungen: Dienen der Profilkontrolle und der Sicherstellung der Querschnittsabmessungen. Der Lochabstand und die Sprengladungsmenge sind entscheidend für die Profilkontrolle. Numerische Simulationen und Feldversuche zeigen, dass unter bestimmten Bedingungen – beispielsweise in tiefen Stollen der Kaiyang-Phosphatmine – ein Lochabstand von S = 0,70 m, eine lineare Sprengladungsdichte von β = 0,9 kg/m und ein Entkopplungskoeffizient von ζ = 2,5 gute Kontursprengergebnisse mit minimalem Über-/Unterbruch lieferten. Durch Sandverstopfung der Konturbohrungen werden Schäden am umgebenden Gestein reduziert und die Sprengenergienutzung verbessert.
Berechnung der Sprengparameter: Die Sprengmenge ist ein entscheidender Faktor für das Sprengergebnis und wird üblicherweise durch Gesteinseigenschaften, Bohrlochdurchmesser, Bohrlochtiefe und Bohrlochabstand bestimmt. Gängige empirische Formeln sind die Volumenformel und die Verbrauchsformel pro Einheit. Beispielsweise lautet die Volumenformel Q = qV, wobei Q die Ladung, q der Sprengstoffverbrauch pro Gesteinsvolumeneinheit und V das zu sprengende Gesteinsvolumen ist. Der Verbrauch pro Einheit q hängt von der Gesteinsfestigkeit ab und liegt üblicherweise im Bereich von 0,3–1,5 kg/m³.
Zündfolge und Verzögerungszeiten: Eine rationale Zündfolge und Verzögerungszeitpunkte können die Sprengvibration kontrollieren und die Zertrümmerung verbessern. Typischerweise werden zuerst Schlitzlöcher gezündet, dann Zusatzlöcher und schließlich Randlöcher. Bei der Festlegung der Verzögerungszeiten sollten Gesteinsbruch- und Wurfzeiten sowie die Vibrationsreduzierung berücksichtigt werden. Beispielsweise können die Verzögerungen zwischen Schlitzlöchern und Zusatzlöchern 25–50 ms und zwischen Zusatzlöchern und Randlöchern 50–100 ms betragen. Numerische Simulationen und Feldversuche können zur Optimierung der Verzögerungszeiten eingesetzt werden, um die Fragmentierung zu verbessern und Vibrationen zu reduzieren.
Auswahl von Sprengstoffen und -geräten Auswahl des Sprengstoffs: Wählen Sie einen für die Bedingungen im Bergwerk geeigneten Sprengstofftyp. Für den unterirdischen Stollenaushub werden üblicherweise Sprengstoffe mit guter Sicherheit und mittlerer Sprengkraft verwendet, beispielsweise Emulsionssprengstoffe. Emulsionssprengstoffe sind gut wasserbeständig und stabil und eignen sich daher für die meisten unterirdischen Sprengarbeiten. In gasgefährdeten Kohlebergwerken sollten nur für den Einsatz im Bergwerk zugelassene Sprengstoffe gemäß den Sicherheitsvorschriften verwendet werden.
Zündung und Zünderauswahl: Zu den gängigen Zündgeräten gehören elektrische Zünder und Stoßrohrzünder (nicht elektrisch). Elektrische Zünder sind einfach und zuverlässig zu bedienen, können aber in Umgebungen mit Streuströmen gefährlich sein. Stoßrohrzünder sind resistent gegen statische Aufladung und Streuströme und werden häufig bei unterirdischen Sprengungen eingesetzt. In komplexen Sprengumgebungen können elektronische Zünder eingesetzt werden; sie ermöglichen eine präzise Zeitsteuerung und verbessern so die Wirksamkeit und Sicherheit der Sprengung.
Vorhersage und Bewertung der Sprengwirkung: Numerische Simulationsvorhersage: Verwenden Sie numerische Simulationssoftware (z. B. ANSYS/LS-DYNA), um ein numerisches Modell für Stollensprengungen zu erstellen. Durch Eingabe von gesteinsmechanischen Parametern, Bohrlochanordnung und Sprengparametern simulieren Sie Gesteinsbruch, Gesteinswurf und Vibration während der Sprengung. Simulationen können beispielsweise die Auswirkungen verschiedener Schlitzverfahren und Sprengparameter auf das Aushubergebnis bewerten und eine Grundlage für die Optimierung des Designs schaffen.
Auswertung von Feldversuchen: Führen Sie vor dem Großaushub kleine Feldversuche durch. Bewerten Sie die Sprengwirkung durch Beobachtung der Gesteinsfragmentierung, der Stollenprofilbildung und Messung der Sprengvibration. Passen Sie das Design anhand der Versuchsergebnisse an und optimieren Sie es, um eine zufriedenstellende Leistung bei Großbaustellen zu gewährleisten.
Sicherheitsmaßnahmen Festlegung von Sicherheitsabständen: Legen Sie Sicherheitsabstände für Sprengungen anhand der Sprengstoffmenge und der Gesteinsbeschaffenheit fest. Markieren und sichern Sie Sperrzonen innerhalb des Sicherheitsabstands, um unbefugten Zutritt zu verhindern. Bei Stollensprengungen liegen die Sicherheitsabstände üblicherweise im Bereich von 100–300 m, wobei die spezifischen Werte von Fall zu Fall berechnet werden.
Belüftung und Staubkontrolle: Beim Strahlen entstehen Gase und Staub, die umgehend entfernt werden müssen. Verwenden Sie lokale Ventilatoren, Kanäle und andere Belüftungsgeräte, um sicherzustellen, dass die Luftqualität den Sicherheitsstandards entspricht. Verwenden Sie zusätzlich Wassersprays und -nebel, um die Staubbelastung der Arbeiter zu reduzieren.
Kontrolle von Sprengschwingungen: Reduzieren Sie die Auswirkungen von Sprengschwingungen auf umliegendes Gestein und Strukturen durch Optimierung der Sprengparameter – Kontrolle der Sprengladungsgröße sowie geeignete Zündfolgen und Verzögerungen. In vibrationsempfindlichen Bereichen können Vorspaltung, sanftes Strahlen und andere kontrollierte Techniken die Vibrationen zusätzlich begrenzen.
Fazit: Die Ausarbeitung eines Sprengplans für den unterirdischen Stollenvortrieb ist eine komplexe, systematische Aufgabe, die die Berücksichtigung geologischer Bedingungen, technischer Anforderungen, Sprengstoffe und Sicherheitsmaßnahmen erfordert. Durch eine rationelle Bohrlochanordnung, präzise Auslegung der Sprengparameter, die geeignete Auswahl von Sprengstoffen und Zündsystemen sowie strenge Sicherheitsvorkehrungen kann ein effizienter, sicherer und wirtschaftlicher Stollenvortrieb erreicht werden. Numerische Simulationen und Feldversuche sollten genutzt werden, um die Sprengleistung vorherzusagen und zu bewerten und die Planung kontinuierlich zu optimieren, um den spezifischen Bedingungen verschiedener Bergwerke gerecht zu werden und die Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Abbaus zu verbessern.
