露天煤礦剝離臺階降低大塊率爆破方法研究

李永剛 馬修勝 馬修利

（新疆祥瑞安全生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)中心有限公司，新疆 烏魯木齊 830002）

新疆哈密大南湖二號煤礦是一座手續(xù)齊全的正在生產(chǎn)中的深凹露天煤礦，該礦位于吐哈煤田內(nèi)的干旱半荒漠化地區(qū)，多風(fēng)、少雨、晝夜溫差大成為礦區(qū)的典型氣候特征，在風(fēng)化剝蝕強烈作用下，均質(zhì)巖體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化呈非構(gòu)造裂隙賦存，由于節(jié)理、裂隙的作用，爆破后產(chǎn)生大量巖塊，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。

1 存在的主要問題

1.1 巖體結(jié)構(gòu)面對爆破作用影響分析

從開采已形成的+425 水平爆破巖石臺階進行勘驗分析，非構(gòu)造裂隙的地質(zhì)條件顯現(xiàn)的非常突出。巖體被非構(gòu)造裂隙切割破碎產(chǎn)狀不穩(wěn)定，裂口時寬時窄分布零亂沒有規(guī)律性，巖體結(jié)構(gòu)受到破壞，使巖體強度小于巖塊強度，受巖體結(jié)構(gòu)面影響，在爆破作用下，造成巖石最容易沿原生裂隙錯動或張開形成巖塊。

1.1.1 結(jié)構(gòu)面使巖體的連續(xù)性遭到破壞，炸藥爆炸時，爆炸應(yīng)力波對巖體的破壞是瞬時的，處于脆性狀態(tài)，使應(yīng)力集中現(xiàn)象更加突出，巖體從結(jié)構(gòu)面處首先開裂。

1.1.2 巖體結(jié)構(gòu)面造成部分能量泄露，當(dāng)藥包位于巖體結(jié)構(gòu)面處，就使得爆破能量利用率降低，爆破效果變差。另外，爆生氣體侵入巖體結(jié)構(gòu)面，對巖體產(chǎn)生氣楔劈裂破壞作用，使結(jié)構(gòu)面進一步擴展。

1.2 爆破技術(shù)問題

1.2.1 現(xiàn)場采用的多排孔耦合連續(xù)集中裝藥非電導(dǎo)爆管排間毫秒微差起爆的爆破方案，孔內(nèi)藥包類似球形藥包，爆破作用相對集中炮孔底部，臺階上部巖石破碎作用減弱，易產(chǎn)生爆破巖石大塊。

1.2.2 炸藥單耗0.35kg/m3取值偏大使起爆能在裝藥點上作用集中造成過度破碎。炮孔鄰近系數(shù)取值偏小，使孔間裂隙優(yōu)先形成造成的爆破能量較早泄逸，未使爆破能量充分利用而影響破碎效果。

2 爆破設(shè)計方案

2.1 裝藥結(jié)構(gòu)

在炮孔裝藥量不變的條件下，采用不耦合分段裝藥，即將孔中炸藥分成數(shù)段，可提高裝藥高度，減少孔口不裝藥部分的長度，使爆炸能量沿炮孔深度分布比較均勻，降低炸藥爆炸時對初始峰值壓力對孔壁巖石過度粉碎，減少巖石的過度粉碎，使破碎均勻，大塊率降低，起到改善爆破質(zhì)量、降低大塊率的目的。

2.2 起爆位置

一般來說，在巖石性質(zhì)、炸藥用量和炮孔深度一定的條件下，與正向起爆相比，反向起爆可以提高炮孔利用率，降低巖石的夾制作用，減少大塊率。在炮孔較深、起爆間隔時間較長及炮孔間距較小的情況下，反向起爆可以消除正向起爆時易于出現(xiàn)的起爆藥卷被鄰近炮孔內(nèi)的裝藥爆破的影響。

2.3 爆破參數(shù)

設(shè)計確定爆破臺階高度10m，不耦合系數(shù)1.20，藥包裝藥密度980kg/m3，藥包重量5kg，炸藥單耗0.34kg/m3，選用孔徑120mm 的潛孔鉆機垂直打眼，爆破參數(shù)可見表1。

表1 爆破參數(shù)

2.4 爆破技術(shù)要求

2.4.1 爆破后的巖石塊度應(yīng)滿足礦山現(xiàn)有鏟運設(shè)備的作業(yè)要求，大塊率不超過5%。

2.4.2 爆堆的尺寸應(yīng)該滿足鏟運設(shè)備的回轉(zhuǎn)性能，使穿爆工作與采裝工作協(xié)調(diào)。

2.4.3 臺階規(guī)整，不留根底和傘檐，爆破后沖小，延米炮孔崩巖量高。

2.4.4 保證施工人員、機械設(shè)備、附近的建筑設(shè)施的安全，減少炸藥的使用量和爆破器材的消耗，降低爆破成本。

2.5 爆破網(wǎng)路設(shè)計

采用非電導(dǎo)爆管進行爆破網(wǎng)路設(shè)計，“四通”進行導(dǎo)爆管連接，多段位的導(dǎo)爆管雷管實現(xiàn)小斜線起爆單元毫秒微差起爆（圖1）。

圖1 +425 水平爆破網(wǎng)路

2.5.1 采用大區(qū)深孔爆破，三角形布孔，每個炮區(qū)視爆破工作面大小布設(shè)不少于4 排孔，每排不少于7 個孔進行起爆，起爆點位于正向和側(cè)向自由面交匯處，傳爆方向由外向內(nèi)沿斜線方向穿爆。

2.5.2 實施爆破作業(yè)的炮區(qū)需具備正向和側(cè)向兩個自由面，以增強第一排孔在自由面處由反射拉伸波產(chǎn)生的徑向拉應(yīng)力作用，并為后爆孔創(chuàng)造爆破側(cè)向自由面使破碎效果更加明顯。

2.5.3 為防止爆破飛石將后起爆孔的起爆網(wǎng)路炸斷而產(chǎn)生拒爆，孔內(nèi)藥包均采用15 段的導(dǎo)爆管雷管延遲起爆。

2.5.4 設(shè)計將小斜線連接的同段位2 個炮孔為一起爆單元，分段起爆單元之間采用25ms 微差時間間隔，每2 個起爆單元之間采用50ms 微差時間間隔起爆。

2.5.5 先起爆的小斜線炮孔，為后起爆的小斜線炮孔增加了巖體內(nèi)的爆破側(cè)向自由面，受所產(chǎn)生的破裂面影響，后爆孔縱波傳播方向發(fā)生改變，避免出現(xiàn)爆破能量集中向某一方向作用而出現(xiàn)爆破病害。

3 破巖機理及爆破效果分析

受非構(gòu)造裂隙巖體結(jié)構(gòu)面的作用和影響，原施工現(xiàn)場采用的直線型排間毫秒微差深孔爆破技術(shù)方案，爆破作用減弱，除少部分巖塊則是由爆破作用直接產(chǎn)生的外，大部分巖塊則是因爆生氣體沿巖體原有的節(jié)理、裂隙錯動擴張而產(chǎn)生，爆破大塊率高達35%以上。采用多排孔大區(qū)深孔爆破，非電導(dǎo)爆管加“四通”的小斜線分段毫秒微差起爆，后爆孔爆破側(cè)向自由面2-3個，每增加一個爆破側(cè)向自由面，爆破巖石大塊率降低4-6%，爆堆集中便于采裝，爆破作用明顯。

4 結(jié)論

4.1 對于受非構(gòu)造裂隙作用的巖體，節(jié)理、裂隙和結(jié)構(gòu)面直接影響爆破效果，采用非電導(dǎo)爆管小斜線分段毫秒微差起爆技術(shù)，將所有炮孔按設(shè)計的時間和空間順序逐個依次準(zhǔn)確起爆，增加每個后爆孔的自由面，加強應(yīng)力疊加作用，以解決排間微差爆破法存在的應(yīng)力加強區(qū)和降低區(qū)破碎不均勻問題。

4.2 為使爆破能量分散作用在炮孔四周并使爆破作用效果平衡，選用合理的爆破參數(shù)，采用不耦合分段裝藥孔內(nèi)藥包多點瞬發(fā)起爆，減少應(yīng)力波對巖壁的過度破碎而使爆破效能更加持續(xù)有效。