爆破诱发砖混楼房振动的能量分布特性研究外文翻译资料

12.1简介

IMC钾卡尔斯巴德钾盐公司是IMC全球公司的全资子公司，它拥有并经营一个距美国新墨西哥州东南角的小城市卡尔斯巴德(拥有二万五千人口)以东26千米（16英里）的钾盐矿。该矿拥有七个竖井并且持有超过28800公顷（71200英亩）的钾矿租约。该公司开采两种类型的矿石，一种含有钾盐(KCl)和另一种含钾镁盐(KzSO₄·2MgSO₄)，这些矿石经过两个独立的炼油厂进行加工，另外加工装置包括钾镁造粒装置、氯化钾（钾盐）压实装置、硫酸钾生产装置、仓库、铁路和卡车装载设施。

在20世纪70年代中期，在东西约29公里（18英里）南北约38公里（24英里）区域有七家公司经营矿山公司和加工厂。今天，在区域整合和关停后，仅剩下两公司，IMC钾肥公司和密西西比州的钾盐公司。

卡尔斯巴德生产的钾肥主要是农业肥料中钾元素的来源。当时是为了钻取岩床下面石的油，1925年在卡尔斯巴德地区岩屑测试过程中，首次发现发现钾盐。美国钾肥公司的第一个钾盐矿在1931开始运营，1933年开始另一个运营第二个钾盐矿山。1936年，钾肥矿联盟和化学公司联合开始为占盆地三分之一的矿山开凿竖井。在竖井和开拓工作完成之前，国际矿物和化学公司（现在为IMC钾肥公司）购买了所有权。IMC钾肥公司第一个产品是两辆在1940十月运行的装精制无水钾镁矿的铁路车。

自开采以来，已提升超过2.25亿吨（2.48亿吨）的原料并通过IMC钾肥的炼油厂加工。该矿山从占地超过东西14.5公里（9英里）和南北19公里（南北）区域的四个不同的矿石区（开采水平）生产原料。在开采同时已经开拓了大约4800公里深的竖井。

今天，IMC的钾肥加工有从每年提升的815万吨（900万吨）矿石超过136万吨产品的产能（150万吨）。，IMC钾肥矿以23500吨/天（25000吨/天）成为全国产能最大的地下矿山之一。直到去年，工厂的生产能力被限于20000吨/天（22000吨/天）的平均产量。1999八月，IMC钾肥启动一个新的产能12700吨/天（14000吨 /天）的钾镁加工厂，并且在二号竖井安装了第二个生产提升机来满足新的工厂。

在地下开采中安全是非常重要的。必要的时间和资源致力于提高整个生产过程的安全意识文化。IMC钾肥矿山已经实施了一个基于行为的安全程序，该程序通过每小时劳动力的标准来指导和运行。在1999年IMC钾肥矿达到了126万的总工作小时并且只有一个损失工时事故。过去3年，事故的数目减少了40%，而同期的工人赔偿费用减少了35%。在1999前9个月相比较全国采矿业7.46的事故发生率，矿山安全与健康管理局（MSHA）的报告事故发生率为2.31，MSHA达拉斯区为4.63，卡尔斯巴德地区为4.11。

12.2地质和水文

卡尔斯巴德矿区是沉积于新墨西哥东南部和西南部的特拉华盆地中的蒸发岩层的一部分。特拉华盆地上部二叠统矿床的特点是有厚的蒸发岩堆积，蒸发岩从底部到顶部被细分成Castile, Salado, and Rustler地层（图12.1）。这些蒸发岩被埋在标志着二叠纪时代结束的露水湖红层中。

Salado地层是一个基本的岩盐单元，夹杂着硬石膏、杂卤石、钾盐、粘土、少量砂岩和粉砂岩。在卡尔斯巴德地区其厚度从零沿溶解边界以东的城市以超过厚600米（2000英尺）长24公里（15英里）向东。Salado分为三个单元：较下的（古老的），McNutt，和较上的（年轻的）。在McNutt组成中经济钾矿物限于11个成矿带。最常见的含钾矿物是杂卤石、钾盐、光卤石、钾盐镁矾、钾镁和钾镁矾。确定矿石储量的McNutt部分仅限于卡尔斯巴德以东地区，由联邦政府的“已知钾租赁区”分隔。这个面积超过1100平方公里（425平方英里），尽管钾矿化预计覆盖面积在十倍以上。

Salado地层形成的硬石膏和杂卤石床在整个地区是存在的。43号矿床和通过126号矿床在McNutt部分相遇的117好矿床由美国地质调查局(USGS)确定为正式标志床。一些非正式的杂卤石夹层存在，例如2.5厘米（1英寸）单元分开第三区和第四区。对钾盐区域的地层对比这些标志是至关重要的，因为它们的持久性。

钾肥区被各种采矿企业划分成能从石盐和粘土石盐中分离矿化床的地层区间。钾肥区通常在底部有一个泥泞的夹层，它的上边界在石盐、杂卤石、和/或粘土之间变化。矿化间隔变化从几厘米到1米（3.3 英尺）厚，和几个夹层构成钾区。在地层中，钾盐区从1到超过6米不等（3.3到20英尺）厚。采矿区域的选择要考虑地面控制，采矿设备的限制，和经济的钾矿化带。

FIGURE 12.1 Stratigraphic column Castile/Salido/Rustler with

detailed McNutt member of the Salado

主要经济矿物是钾石盐和钾镁盐。经济数量被限制在区间1到5，7，10。其中4，5，10被IMC钾肥公司开采(1区间从1940到1987年被开采)，第四区间主要是钾镁带，虽然在某种程度上无水钾镁矾矿化发生在大部分区域。

11个成矿带与标志层的地层关系一致；然而，它们的厚度，矿物质和钾矿化变化非常大。在几千米内区域厚度和矿物质的变化逐渐发生，而在几米到几百米之间的间隔局部变化迅速发生。当地的特点，如钾贫瘠地带（当地称为“盐马”）在整个钾区域是常见的。这些贫瘠的地区可能发生在个别矿化床或整个钾区，其横向范围可能从几米到几千米不等。在地层中，粘土、杂卤石纵梁，和盐床几乎没有干扰，只有钾盐成矿失踪。通常，增长的钾矿化和不常见的较高浓度矿物，如钾、钠镁矾、钾镁矾，或kiesersite，发现在这些贫瘠区边缘。沿着这些联系再结晶岩盐和蓝盐也是常见的。

钾矿化的限制和分布被解释为一系列的主要和次要过程的结果。目前钾分布主要是由于迁移卤水次级沉积的结果。有证据表明，卤水通过被弱透水层控制的松散的蒸发序列迁移，比如粘土层。盐水会流到一个水平通道相交，使卤水继续通过上覆岩层。这种不稳定的起源解释了钾的不规则分布。同样的过程也导致了贫瘠地带的形成。

开采区间上的地层在区域之间是变化的，但一般持续在个别区域超过几公里。上覆地层基本上是不同分布的桁条岩盐和杂卤石、粘土层，粘土石盐床。当在开挖后方附近发现了这些桁条和床，他们作为水平的弱点，因此可能分离。

在Salado地层内，盐水和空气形成的隔绝口袋能经常遇到，沿杂卤石粘土单元或标记矿床最经常发现这些口袋，虽然这些口袋在钾盐开采区域内或者附近时相交。虽然盐水流量很小（小于4 Wmin [ 1加仑/分钟]），但是他们可能滴多年。经常与盐水口袋相联系的空气，主要由氮组成。这些压力空气袋是采矿的关注重点，因为他们可能增加上覆岩层的负载，促进恶劣的地面条件或岩石破坏。

在卡尔斯巴德矿区Rustler地层覆盖在Salado地层之上，Rustler地层主要由白云岩、粉砂岩、石膏、岩盐组成，白云岩和粉砂岩单元为主要含水岩层。

Rustler地层存在三个含水层：Salado-Rustler接触带，Culebra白云岩，Magenta白云岩。这三个区在水文上分离是由他们之间的蒸发弱透水层相隔。伴随着1times;10^-2 / D透射率与总溶解固体含量＞300000 ppm (Mercer and Orr 1979;Mercer and Gonzales 1981)， Salado-Rustler含水层估计每天只能生产几升水。在Culebra 1times;10²平方米/秒到在Magenta 5times;10^-2平方米/天最大变化范围内， Culebra 和 Magenta单元有低的透射率。Magenta含水层是最可能提供优质地下水，三个含水层对卡尔斯巴德盆地采矿几乎没有影响。

12.3岩土工程信息

12.3.1矿岩强度

硫酸钾镁矿石样品无侧限抗压强度取值范围为38至44兆帕（5500至6400 psi）。钾盐矿无侧限抗压强度值通常会更低并且随着样品中的insols，光卤石，水分数量无侧限抗压强度值减小很多。近似矿柱应力，按数量级，可以通过以下公式计算：

平均柱应力=（岩体单位重量times;覆盖深度）divide;（1 - 萃取百分率）

在长期使用的地方要求钾盐最大矿柱荷载限制为21兆帕（3000 psi），无水钾镁矾27至31兆帕（4000至4500 psi）。在矿山，观测证实大于40兆帕（6000 psi）矿柱会开始迅速破坏。

12.3.2矿山支护

二次地面支护主要完成机械顶板锚杆的安装。典型的锚杆直径分别为1.6和1.9厘米（5 / 8和3 / 4英寸），长度为60至180厘米（2到6英尺）。锚杆等级75并且使用外壳长度为7至8厘米（278至394英寸）的胀壳式锚杆。顶板锚杆支撑板尺寸通常是15乘15乘0.6厘米(6 乘以 6 乘以 1/4英寸)。

每个生产区都有顶板锚杆和卸气孔钻孔方案，该方案由开采尺寸和上覆岩层决定。根据矿山生产、工程和安全人员的需要，对计划进行评审和更新。锚杆支护方式都是基于锚杆屈服强度并且对层状岩石涉及梁或板的概念来确定岩石自重。制定锚杆支护方案时，采用至少2的安全系数。

12.3.3放气孔

在矿山岩层内发现有受限气囊，这气体主要是氮，主要产生在泥缝和硬石膏层的底部。泥缝充当气体游动的管道，地下开挖后作为释放空气压力的自由面。一个密闭的气囊可以对工作地点的上方或下方的地层施加足够的力，导致地面破坏。为了降低开挖后地层的空气压力，放气孔向上钻9米（30英尺）。使用延长钢钻的顶板锚杆机器钻取3.5厘米（1³/₈英寸）直径的孔。通常情况下，在棋盘图案下每一个生产线交叉路口钻孔。

12.3.4开采率和矿柱确定

开采率主要是根据矿石的深度来设计的。根据经验在钾盐领域主要开采设计保持或低于21兆帕（3000 磅）的支柱载荷，在无水钾镁矾区保持或低于27兆帕（4000 磅）。

12.4采矿方法

IMC钾肥公司对煤和许多非金属矿山开采上将基本相似的系统的房柱法做了改变。根据采用的设备类型定义的两种分类是常规开采和连续开采。连续开采进一步分为汽车运输、连续输送机运输。所有这三个变化都取决于一个相对水平矿体。物理尺寸和矿柱连续性等级对决定哪些改变是非常重要的。在1994之前，除了大约1960年早期的掘进机和松土机外生产，几乎全部采用常规开采。多达七个常规采区在同时生产。目前钾盐矿生产由五连续采煤机采区组成，而硫酸钾镁生产由四连续采煤机采区和一个常规采区组成。

12.4.1常规采矿法

在煤矿开采中，IMC钾肥公司定义的常规开采是指钻孔爆破开采。它是通过以下五个基本操作完成：钻孔、切割、爆破、装载、运输和顶板支护。随着改进的连续开采技术的出现，只有一个传统的采矿工作面保持着活力。

典型的常规开采部分的布局由一个每四个房间在左右两边的的输送带给料机（共有九个推进室）或者两个运输带（共有十八个推进室）组成。各种矿房和矿柱尺寸按规定条件已被使用。矿房通常开采是从8.5至9.8米（28至32英尺）宽，2至4米（6.5至13英尺）高。虽然已经使用矩形结构，但矿柱通常是正方形的，范围从9米乘9米（30英尺乘30英尺）到16米乘16米（52英尺乘52英尺）。

12.4.2连续采矿法

为了了解连续开采在IMC钾肥公司中的应用，按顺序简短介绍一下历史。

随着连续采煤机设计技术的进步，很明显，连续采煤生产比传统的采矿具有经济优势。从上世纪六十年代以来在卡尔斯巴德地区利用滚筒式采煤机切割钾盐。这些证明是在柔软的含有相对少的硫酸钾钾盐床是有效的，但是对于含有相对多的硫酸钾钾盐床生产效率低。在IMC钾肥矿钾盐矿体有高硫酸盐含量；因此，连续采煤机的过渡一直比其他许多钾盐矿慢。

传统设备的使用需要一个最小约2米（6.6英尺）采高，这限制了钾盐储量经济复苏。在1994年两个操纵杆为14 PM 10鼓的采煤机被运用到美国地质勘探局勘探的低采高低硫酸根区的第十个矿带的生产。3年内，更可靠的两个鼓式采煤机模型he Joy 14PM-15 和12HM-27运用到含有较多的硫酸盐矿物钾盐矿开采以及钾镁矿开采。

12.4.3连续运输下的连续开采

正如常规开采，IMC钾肥公司连续开采中应用的许多设备和技术来源于煤炭行业。由于最初的两个连续采煤机采矿高度比常规开采的开采高度低，选择工作面的运输设备也要满足这种约束。链式输送机式连续运输的选择是因为较低采高的优势。随着更大更强大的连续采煤机运用到矿山钾镁矿的开采，钾镁矿的储量低层部分出现了连续运输的概念。目前，有五个活跃的连续采矿连续运输部分。

每个盘区由一个滚筒式连续采煤机和一个多单元、移动链条输送系统。运输系统由三个7.6米（25英尺）长，履带式移动输送机装置和三个背着移动装置的12.2米（40英尺）长的桥式输送机装置。六个组件中的每一个都有单独的输送链，但它们在转移点被固定在一起。采煤机最靠近的装置是“料斗”移动装置，它是从连续采煤机的输送机排放臂上脱离。最后的桥式输送机固定在板带结构框架的台车上，这框架通常是约67米（220英尺）长，包括板带尾翼。尾翼给运输系统沿面板带返回的能力。完全伸展时，从板带牵引系统达到大约61米（200英尺）。

这使用两个面板设计:

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