露天煤礦深孔松動(dòng)爆破的應(yīng)用與技術(shù)

賀曉歡

（中國神華能源股份有限公司哈爾烏素露天煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

深孔松動(dòng)控制爆破的“深孔”是指孔徑大于75mm，孔深大于5m的孔；“松動(dòng)”是指深孔爆破，使爆破巖石破碎而不飛散，便于機(jī)械清方；“控制”是指對個(gè)別飛石、爆破震動(dòng)效應(yīng)、沖擊波的有效控制。深孔松動(dòng)控制爆破是近年來在常規(guī)深孔爆破基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際需要發(fā)展起來的一種新的爆破技術(shù)。

一、深孔松動(dòng)爆破參數(shù)的確定

（一）設(shè)計(jì)原則

爆破參數(shù)的確定至關(guān)重要，它是深孔松動(dòng)爆破的理論指導(dǎo)。1.重要性。主要爆破參數(shù)指標(biāo)能體現(xiàn)出大部分影響爆破效果的因素，只要控制住主要爆破參數(shù)就可達(dá)到預(yù)期爆破效果，也可忽略影響程度較小的次要因素。2.獨(dú)立性。主要爆破參數(shù)指標(biāo)間必須具有獨(dú)立性，不同的影響指標(biāo)能分別反映出各自某一方面獨(dú)立的屬性，各指標(biāo)間相互獨(dú)立，相互關(guān)聯(lián)性較低。3.定量性。每個(gè)爆破參數(shù)指標(biāo)是具體化、準(zhǔn)確定量的，不能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)等而含糊不清。4.通用性。主要影響參數(shù)指標(biāo)的選取，應(yīng)在常規(guī)條件下得到，并排除在某些特殊情況下出現(xiàn)的特例情況。

（二）選擇炸藥

炸藥對深孔松動(dòng)爆破的效果會(huì)產(chǎn)生很大影響。1.為達(dá)到良好效果，要使爆破后盡可能產(chǎn)生多的裂隙，而且裂隙要有足夠長寬度，這就要求炸藥有爆速低、爆力小，作用時(shí)間短等特點(diǎn)，使在破碎圈中消耗的能量降為最低。2.為達(dá)到安全目的，要求炸藥能量控制在一定范圍內(nèi)，盡可能低的爆熱、爆溫。3.由于炮孔較深，為防止出現(xiàn)炸藥未完全爆盡的現(xiàn)象，要求炸藥要有較高的起爆敏感度及較強(qiáng)的傳爆能力。

（三）確定炮孔間距

確定炮孔的合理間距，至少要滿足炮孔間距小于兩個(gè)相鄰炮孔產(chǎn)生的裂隙區(qū)半徑之和，才能達(dá)到爆破效果。

（四）選擇孔徑

露天深孔爆破孔徑主要取決于鉆機(jī)類型，臺(tái)階高度和巖石性質(zhì)。我國大型露天礦多采用牙輪鉆機(jī)，孔徑250mm 和310mm。

（五）確定孔深

孔深是由臺(tái)階高度和超深確定。臺(tái)階高度的確定應(yīng)考慮為鉆孔，爆破和鏟裝創(chuàng)造安全和高效率的作業(yè)條件，主要取決于挖掘機(jī)的鏟斗容積和礦巖開挖技術(shù)條件。

（六）裝藥結(jié)構(gòu)和起爆方式

炮孔正向起爆是在單點(diǎn)起爆時(shí)，起爆點(diǎn)置于裝藥頂端，爆轟波向孔底傳播。而起爆點(diǎn)置于裝藥底端，起爆后，爆轟波由眼底傳向眼口，稱之為反向起爆，沖擊波的破壞作用是從炮眼底向自由面擴(kuò)展。

（七）填塞長度

在深孔松動(dòng)爆破中，炮孔的填塞長度對爆破效果的影響較大。若填塞長度較短，易發(fā)生“沖炮”現(xiàn)象，即使堵塞密實(shí)不發(fā)生“沖炮”現(xiàn)象，也會(huì)在爆炸時(shí)產(chǎn)生爆破拋擲漏斗而影響爆破效果；若填塞過長，會(huì)造成裝藥量過少使爆破能量減少，達(dá)不到預(yù)期松動(dòng)效果，造成資源浪費(fèi)。確定合理的填塞長度，既能保證巖體爆破松動(dòng)，又不產(chǎn)生孔口碎石拋擲現(xiàn)象。

二、深孔爆破技術(shù)存在的問題

露天煤礦一般使用深孔爆破技術(shù)，該技術(shù)為我國露天煤礦的開采做出了巨大貢獻(xiàn)，但其本身也存在著諸多問題，這些問題嚴(yán)重影響了礦山開采效率，根底、硬幫及滑坡飛散塊度不均勻等都是常見問題，這給機(jī)械清方帶來很大困難。由于爆破造成的沖擊效應(yīng)存在著較大安全隱患；每次爆破需對設(shè)備進(jìn)行移動(dòng)，且工作人員無法正常作業(yè)需躲避到較遠(yuǎn)地方，防止飛石和設(shè)備出現(xiàn)傷人事故，這嚴(yán)重影響了礦山開采效率，爆炸所造成的沖擊波甚至?xí)χ車ㄖ斐捎绊?，?dǎo)致建筑損傷。目前大多數(shù)露天煤礦在爆破后都采用單斗挖掘機(jī)開采，效率低。這種爆破方式不僅耗藥量高且出礦量少，處于一種高成本且極易出現(xiàn)重復(fù)作業(yè)的情況，不可避免地會(huì)增加二次爆破，不僅造成成本的提升，也在一定程度上降低礦山開采效率。

三、深孔松動(dòng)控制爆破效果的影響因素

1.孔徑確定?？讖叫∮绊戜@油炸藥爆轟速度，大孔徑對淺孔爆破不經(jīng)濟(jì)，所以大孔徑鉆機(jī)適于打深孔，小孔徑鉆機(jī)適于打淺孔。2.臺(tái)階高度確定。臺(tái)階高度的確定，要滿足開挖量和生產(chǎn)進(jìn)度要求、給機(jī)械設(shè)備(鉆機(jī)、挖掘機(jī)、自卸車等)創(chuàng)造高效率工作條件、能使開挖工程達(dá)到最好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)?？咨畋仨毚笥谂_(tái)階高度，否則爆破后會(huì)使下一臺(tái)階超高或產(chǎn)生拉底。3.超深的確定。超鉆是為了克服臺(tái)階底盤的夾制作用使爆破后不留根底，而在鉆孔時(shí)使孔深大于臺(tái)階高度的那一部分長度。超深過大，影響下一臺(tái)階頂盤的平整，而且造成穿孔和炸藥的浪費(fèi)，并增大爆破地震波；超深過小，造成拉底，對采裝不利。超深主要取決于巖石的可爆性能，若巖石堅(jiān)硬，結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，則超鉆要加深。另外，超鉆與底盤抵抗線的大小、坡面角和底部裝藥情況有關(guān)。4.底盤抵抗線的確定。底盤抵抗線過大會(huì)造成根底多、大塊率高、后沖作用大、超深大等不良后果；底盤抵抗線過小不僅浪費(fèi)炸藥，增加穿孔工作量，邊排孔爆破后爆堆伸出過長給運(yùn)輸工作造成影響，同時(shí)增加維護(hù)道路的工作量。5.填塞長度對爆破效果的影響。確定合理的填塞長度和保證填塞質(zhì)量，對提高炸藥能量利用率和改善爆破質(zhì)量具有重要作用。合理的填塞長度保證爆生氣體能量充分做功。填塞長度過長，爆破后上部效果不佳，產(chǎn)生大塊；填塞長度過短則炸藥能量損失大，產(chǎn)生較強(qiáng)氣體沖擊波、噪音和飛石，并且炮孔底部形成根底。一般情況下，填塞長度不小于底盤抵抗線的0.75 倍，或取20～40 倍的孔徑。6.爆破排數(shù)對爆破效果的影響。爆堆寬度應(yīng)滿足電鏟正常作業(yè)。有時(shí)因工程需要，安排爆堆過寬，爆破排數(shù)隨之增加。這樣靠近橫向自由面的3 排孔效果最好，反之隨排數(shù)增加爆破效果逐漸惡化。此時(shí)應(yīng)調(diào)整3排以外炸藥單耗，確保爆破質(zhì)量，增加幅度為20%，同時(shí)穿孔工作還得每3 排增加1m 超深，以克服夾制作用。7.火工品性能對爆破效果的影響。銨油炸藥性能不穩(wěn)定和起爆器材拒爆會(huì)影響爆破效果。8.充填質(zhì)量欠佳也會(huì)影響爆破質(zhì)量。機(jī)械充填時(shí)，有時(shí)會(huì)有大塊將孔口卡堵，造成爆破作用時(shí)間過短，爆生氣體過早溢出，底部巖石破碎不好造成根底。

四、深孔松動(dòng)控制爆破技術(shù)

為提高露天礦的爆破效率，減少潛在的安全隱患，可采用目前較常用的深孔松動(dòng)控制爆破技術(shù)，且經(jīng)過實(shí)踐應(yīng)用達(dá)到了預(yù)期效果，極大地降低了露天煤礦爆破的安全隱患，提高爆破效率。深孔松動(dòng)控制爆破技術(shù)是在原深孔爆破技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。深孔松動(dòng)爆破技術(shù)深孔的孔徑要不小于75mm，孔的深度要大于5m；松動(dòng)是指在爆破后，只是造成周圍巖石的散碎而不會(huì)飛散，不僅減少了安全隱患且利于機(jī)械清方；控制是指在爆破過程中控制散碎的飛石，控制爆破所造成的振動(dòng)和沖擊波。深孔松動(dòng)控制爆破技術(shù)的裝藥技術(shù)可分為間隔裝藥和連續(xù)裝藥兩種模式。

（一）間隔裝藥

間隔裝藥是通過計(jì)算所需藥量的60%裝到底部，40%裝到孔的深處，裝藥方式如下圖所示：

以我礦DM75 鉆機(jī)為例，鉆孔直徑為250mm，鉆孔深度17m,臺(tái)階高度15m,超深2m 為例，通過對所需藥量的計(jì)算，間隔所裝藥單個(gè)孔需370kg，而連續(xù)裝藥則需至少450kg 炸藥，這種情況下每個(gè)孔大約減少炸藥的使用80kg。單個(gè)孔的巖石量大約為1170m3，單位的耗藥量為0.31kg/m3，采取三角形布孔的方式。充分利用爆破所產(chǎn)生能量，盡量減少炸藥過于集中在爆炸孔下部的情況，使炸藥能最大限度地在巖體中均勻分布，保證巖體受到的爆破力均勻產(chǎn)生整體破碎。由于采用這種裝藥方式上部炸藥較少，一般不會(huì)造成巖石的飛散情況。采用這種間隔裝藥方式，巖石的受力均勻，且有利于機(jī)械清方處理，能有效提高電鏟效率，減少二次爆破和挖掘。但采用間隔裝藥也存在缺點(diǎn)，如每增加一個(gè)間隔器，相應(yīng)的成本都會(huì)產(chǎn)生一定程度的提高。采用間隔裝藥方式，耗費(fèi)時(shí)間長導(dǎo)致工作效率也不高，且難以控制裝藥結(jié)構(gòu)，容易出錯(cuò)。

根據(jù)對底部硬巖巖石臺(tái)階產(chǎn)生根底原因的分析，主要影響因素包括：填充密實(shí)度或高度不足、硬巖條件下的孔網(wǎng)參數(shù)過大、含水炮孔加空氣間隔器后致超深不足。因此，根據(jù)以上幾個(gè)潛在影響因素，提出以下幾個(gè)適用于上軟下硬巖石臺(tái)階的爆破質(zhì)量提升方案：

（二）加大超深，尤其保證含水孔超深部位裝藥

目前設(shè)計(jì)中采用超深為2m，而當(dāng)炮孔中含水時(shí)采用下部裝空氣間隔然后上部裝銨油炸藥，在此條件下，空氣間隔器占用0.8m的超深而無法裝藥，致使實(shí)際有效超深降低。而炮孔中含水是由含水巖層滲入，并不是由孔口標(biāo)高水匯入，并不能通過增加孔深實(shí)現(xiàn)降低孔內(nèi)水位的效果。因此，這種情況下，為保證爆破質(zhì)量，唯有將原含水孔“下部空氣間隔上部裝銨油炸藥”調(diào)整為“下部含水部位裝乳化炸藥加空氣間隔上部裝銨油炸藥”，這樣能充分保證炮孔超深。同時(shí)，炮孔超深高度可以增加0.5m～1m，即將超深提高至2.5m～3m。

圖2 含水炮孔裝藥結(jié)構(gòu)調(diào)整示意圖

另一方面，在保證了下部裝藥重心以外，在臺(tái)階下部為硬巖條件下還應(yīng)盡量控制使臺(tái)階坡底部分處于最下部藥包的最小抵抗線范圍以內(nèi)，能充分保證在炸藥能量釋放前對底盤抵抗的作用時(shí)間和效果，克服前排根底。同時(shí)，在后排根底嚴(yán)重的情況下也應(yīng)該適當(dāng)增加后排炮孔超深。

（三）減小排距和底盤抵抗線

排距或底盤抵抗線過大也是產(chǎn)生根底的另一因素，因前排孔臨空面為傾斜坡面，最低裝藥部位的最小抵抗線方向下方容易產(chǎn)生根底。如果在保證同等炮孔長度和裝藥長度的條件下，減小前排孔至坡面的距離，則產(chǎn)生根底的部位和剖面上根底面積會(huì)明顯降低（圖3）。因此，應(yīng)在保證鉆機(jī)作業(yè)安全所需的最低安全距離條件下，減小鉆機(jī)至臺(tái)階坡頂線的距離。

圖3 炮孔位置調(diào)整對應(yīng)最小抵抗線方向示意圖

另一方面，堅(jiān)硬巖石間排距過大也是重要因素。因此，應(yīng)針對易出現(xiàn)根底的爆區(qū)降低排距。

五、深孔松動(dòng)控制爆破技術(shù)的應(yīng)用

經(jīng)反復(fù)的理論推導(dǎo)和實(shí)際應(yīng)用實(shí)踐，本文認(rèn)為采用一裝到底的深孔松動(dòng)控制包括技術(shù)具有較明顯的技術(shù)優(yōu)勢與爆破效果，應(yīng)在實(shí)踐中推廣，且經(jīng)實(shí)際測試和反復(fù)研究對一裝到底的裝藥方式進(jìn)行調(diào)整，且進(jìn)行了實(shí)地實(shí)驗(yàn)。

采用深孔松動(dòng)控制爆破技術(shù)要比傳統(tǒng)深孔爆破技術(shù)每立方米減少約0.065kg 炸藥。假設(shè)所采用的炸藥為5 元每千克，則采用深孔松動(dòng)控制爆破技術(shù)能實(shí)現(xiàn)每立方米減少0.3 元的成本。此外，采用深孔松動(dòng)控制爆破技術(shù)實(shí)現(xiàn)對巖石爆破中的巖石飛散及爆炸所產(chǎn)生的震動(dòng)和沖擊波的有效控制，真正做到不產(chǎn)生巖石飛散情況下巖體的整體破碎處理，且在此過程中有效減少了工作人員和設(shè)備警戒距離，使爆破后，工作人員和設(shè)備能迅速投入到工作中，極大地提高了工作效率。