露天煤礦爆破大塊率控制技術(shù)

姬 超

（青海義海能源大煤溝煤礦，青海 德令哈 817000）

爆破大塊率是影響露天煤礦生產(chǎn)效率的一個(gè)重要因素，尤其在結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育的礦山，爆破大塊率通常高于正常水平。因此，對(duì)結(jié)構(gòu)面發(fā)育的露天煤礦爆破大塊率控制技術(shù)研究尤為重要。大煤溝露天煤礦目前采用常規(guī)爆破，由于受發(fā)育的結(jié)構(gòu)面影響，爆破大塊率較高，較多大塊巖石需二次爆破破碎后方可裝車，不僅生產(chǎn)成本較高，還嚴(yán)重影響裝車效率及礦山產(chǎn)量。因此，根據(jù)大煤溝露天煤礦實(shí)際情況，通過理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)摸索出適合現(xiàn)場(chǎng)爆破大塊率的控制措施，對(duì)提高礦山經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

1 工程概況

大煤溝煤礦開采方式為露天+地下開采，即礦區(qū)東部3450 m 以淺采用露天開采，3450 m 以下采用井工開采。其中露天煤礦可采煤層為F2 和F1 兩層，F(xiàn)2 煤層與F1 煤層的間距為0.92～9.96 m，平均3.22 m，巖性以深灰色粉砂巖、泥巖為主，層位穩(wěn)定。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力30 萬t/a，自建礦以來，現(xiàn)已形成走向長(zhǎng)約1600 m、傾向?qū)捈s900 m、最大開采深度約140 m 的露天采坑。采坑封閉圈標(biāo)高約3500 m，現(xiàn)開采最低標(biāo)高約3466 m，出入溝位于采坑西南部，溝口標(biāo)高3500 m。邊坡高度34～124 m，傾角24°～30°，臺(tái)階坡面角40°～65°，臺(tái)階高度8～12 m，工作平臺(tái)最小寬度30 m，到界平臺(tái)寬度8～15 m。

2 大塊率較高的原因分析

要解決大塊率較高問題，必須從各方面分析爆破產(chǎn)生大塊巖石的原因，然后針對(duì)各因素采取針對(duì)性措施，并根據(jù)各措施取得的效果進(jìn)行綜合應(yīng)用，以期取得最佳控制效果。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)爆破產(chǎn)生大塊巖石的各種原因進(jìn)行分析，具體影響因素分為以下幾點(diǎn)：

（1）巖石結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育。巖石結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況直接影響爆破效果，主要原因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)面存在裂隙或破碎的軟巖夾層，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面處巖石硬度較低，爆破期間炸藥爆破能量將優(yōu)先從硬度較低的結(jié)構(gòu)面卸能，導(dǎo)致爆破效果降低。同時(shí)，受結(jié)構(gòu)面卸能影響，各結(jié)構(gòu)面間的大塊巖石爆破破碎能力下降，是結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育的礦山爆破產(chǎn)生大塊巖石的主要原因。

（2）爆破參數(shù)不合理。保證爆破效果的前提是根據(jù)實(shí)際情況多次實(shí)踐、總結(jié)和優(yōu)化，得出較為理想的爆破參數(shù)。爆破參數(shù)主要包括炮孔間排距、炮孔深度及超深、單孔裝藥量、封堵長(zhǎng)度等。

（3）孔口段封堵長(zhǎng)度的影響。炮孔裝藥爆破期間，為避免爆破能量提早向孔口方向卸能，裝藥后必須對(duì)孔口段進(jìn)行一定長(zhǎng)度的封堵?？卓诙畏舛缕陂g，封孔長(zhǎng)度過長(zhǎng)，則爆破重心偏低，孔口段巖石破碎效果較差，易產(chǎn)生大塊巖石。封孔長(zhǎng)度過短或封孔質(zhì)量較差，則可能發(fā)生孔口“沖炮”導(dǎo)致卸能影響爆破質(zhì)量。故采取合理的孔口封堵長(zhǎng)度對(duì)孔口段大塊率的控制至關(guān)重要，合理的孔口封堵長(zhǎng)度可充分利用封堵段的慣性阻力、堵塞物與孔壁摩擦阻力，增加炸藥爆炸后高溫高壓氣體的做功時(shí)間，使之前由沖擊波產(chǎn)生的裂隙在高壓氣體的楔入作用下充分發(fā)展，形成楔形塊裂破壞[1-3]。

（4）炸藥選取的影響。巖石的硬度越高，則波阻抗越高，應(yīng)相應(yīng)選擇波阻抗較高的炸藥，以保證爆破效果。

3 大塊率控制技術(shù)方案

3.1 結(jié)構(gòu)面發(fā)育致大塊控制方案

結(jié)構(gòu)面發(fā)育導(dǎo)致爆破期間大塊率較高問題，可通過優(yōu)化起爆網(wǎng)路進(jìn)行一定程度上解決。利用電雷管毫秒延期爆破功能，使不同起爆時(shí)間的各爆破應(yīng)力波疊加，以及先后起爆產(chǎn)生的巖塊間相互碰撞來提高結(jié)構(gòu)面爆破出的巖塊破碎度，從而實(shí)現(xiàn)降低大塊率的目的。優(yōu)化起爆網(wǎng)路需制定合理的起爆順序以及延期間隔時(shí)間的控制，可在優(yōu)化前的起爆網(wǎng)路上進(jìn)行優(yōu)化改造。

（1）優(yōu)化前起爆網(wǎng)路

優(yōu)化前的爆破網(wǎng)路，采用逐孔、逐排延期起爆，孔間每孔延時(shí)50 ms，采用ms-3 雷管連接，排間每排延時(shí)110 ms，采用ms-5 雷管連接，孔內(nèi)采用延時(shí)650 ms 的ms-13 雷管起爆。優(yōu)化前起爆網(wǎng)路如圖1。

圖1 優(yōu)化前起爆網(wǎng)路示意圖

（2）優(yōu)化后起爆網(wǎng)路

由于結(jié)構(gòu)面較發(fā)育巖體爆破期間結(jié)構(gòu)面會(huì)產(chǎn)生一定的卸能作用，為減少結(jié)構(gòu)面卸能帶來的大塊巖石產(chǎn)生，需增加單段雷管的起爆量，以增大同時(shí)段起爆的爆破能力，故將孔間逐個(gè)延時(shí)優(yōu)化為每3 個(gè)一延時(shí)。優(yōu)化后起爆網(wǎng)路如圖2。

圖2 優(yōu)化后起爆網(wǎng)路示意圖

3.2 爆破參數(shù)優(yōu)化方案

優(yōu)化調(diào)整過程主要是對(duì)裝藥密度、炮孔間排距、孔口封堵長(zhǎng)度等進(jìn)行調(diào)整，通過不斷試驗(yàn)，優(yōu)化后的爆破參數(shù)見表1。

表1 優(yōu)化前后爆破參數(shù)一覽表

3.3 孔口段封堵致大塊優(yōu)化方案

（1）孔口封堵長(zhǎng)度調(diào)整

優(yōu)化前現(xiàn)場(chǎng)炮孔封堵長(zhǎng)度為3 m，爆破后根據(jù)爆堆情況檢查發(fā)現(xiàn)上部出現(xiàn)較為集中的大塊矸石，為減少因孔口段封堵過長(zhǎng)導(dǎo)致孔口段巖石爆破后大塊率較高問題，在保證爆破安全且不發(fā)生“沖炮”現(xiàn)象的前提下，可適當(dāng)減少孔口封堵長(zhǎng)度。封堵長(zhǎng)度可按公式（1）、（2）計(jì)算：

式中：L為封堵長(zhǎng)度，m；W為炮孔排距，m；d為炮孔直徑，mm；

根據(jù)表1 優(yōu)化后爆破參數(shù)結(jié)果，式（1）計(jì)算結(jié)果為2.1～2.7 m，式（2）計(jì)算結(jié)果為1.8～2.7 m，綜合取值范圍確定為2.1～2.7 m，取值2.5 m。

孔口封堵長(zhǎng)度調(diào)整為2.5 m 后，較調(diào)整前減少0.5 m，單孔裝藥量得到增大，裝藥位置相應(yīng)提高，爆破對(duì)孔口段巖石的破碎能力加大。

（2）深淺孔結(jié)合方案

為使孔口封堵段巖石得到充分破碎，在炮孔間增加淺孔爆破，直接減小孔口段的炮孔排距，淺孔爆破加大了對(duì)孔口段巖石的破碎能力。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，采取深淺孔結(jié)合爆破取得較好效果。具體方案為：在每?jī)膳耪Ｅ诳祝ㄉ羁祝╅g增加一排淺孔，淺孔深度2.5 m，淺孔底部裝藥0.7 m，剩余孔口全部封堵。深淺孔結(jié)合布置平面、剖面示意圖如圖3、圖4。

圖3 深淺孔結(jié)合布置平面示意圖

圖4 深淺孔結(jié)合布置裝藥結(jié)構(gòu)剖面示意圖（m）

3.4 炸藥選取方案

炸藥的爆破能量在巖石中的傳導(dǎo)效率主要與巖石的波阻抗有關(guān)，巖石的波阻抗越高，則需相應(yīng)選取波阻抗較高的炸藥，只有兩者波阻抗相匹配時(shí)，方可取得較好的爆破效果，因此，炸藥的類型必須根據(jù)巖石的波阻抗進(jìn)行合適的選取。研究表明，高阻值的巖體應(yīng)選取高阻值的炸藥，炸藥的波阻抗與巖石波阻抗比值在0.5～2 之間時(shí)，能夠取得較好的爆破效果[4]。當(dāng)被爆巖體松軟破碎時(shí)，波阻抗較低，工業(yè)炸藥波阻抗與巖石波阻抗比值達(dá)到2。當(dāng)被爆巖體硬度系數(shù)較高且較為完整時(shí)，波阻抗較高，工業(yè)炸藥波阻抗與巖石波阻抗比值通常小于0.5。針對(duì)堅(jiān)硬巖石選取炸藥時(shí)，應(yīng)盡量選取波阻抗值較高、炸藥與巖石波阻抗比值較大的炸藥。

大煤溝露天煤礦煤層上部巖層硬度系數(shù)為10.3，波阻抗值為（7～14）×106kg/（m2·s），屬堅(jiān)硬巖石。礦山前期爆破采用硝銨炸藥，其波阻抗值為2.56×106kg/（m2·s），與石灰?guī)r波阻抗比值為0.18～0.37，波阻抗比值相對(duì)較低。炸藥更改為乳化炸藥，乳化炸藥波阻抗值為3.45×106kg/（m2·s），與石灰?guī)r波阻抗比值為0.25～0.49，最高比值已接近0.5，炸藥與巖石的比值匹配已明顯提高。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，更換為乳化炸藥后的爆破效果較硝銨炸藥有明顯改善。

4 工程效果分析

較好的大塊率控制技術(shù)是在不斷地理論結(jié)合實(shí)踐下產(chǎn)生的，并在實(shí)踐過程中對(duì)逐個(gè)優(yōu)化方案實(shí)施后的爆破效果進(jìn)行分析，具體效果分析如下：

（1）通過起爆網(wǎng)路的優(yōu)化及爆破參數(shù)的調(diào)整，增加同段雷管起爆的數(shù)量，增大孔距，縮小排距，減少孔口封堵長(zhǎng)度，加大裝藥量，提高對(duì)巖石的爆破能力?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施后對(duì)大塊率的降低效果甚微，但在爆堆高度及臺(tái)階眉線的控制方面較優(yōu)化前效果較為明顯。

（2）采用深淺孔結(jié)合爆破方案下，孔口段巖石大塊率有明顯降低。

（3）更換炸藥類型后，炸藥與巖石的比值匹配明顯提高，爆破效果較更換前有明顯改善。

（4）綜合采用各優(yōu)化方案后，受巖層結(jié)構(gòu)面影響導(dǎo)致的大塊率較高問題基本得以解決，孔口段大塊率也得到明顯控制，綜合方案效果下，大塊率較優(yōu)化前降低1/2。

5 結(jié)語(yǔ)

通過理論結(jié)合實(shí)踐不斷進(jìn)行工程試驗(yàn)，采取優(yōu)化起爆網(wǎng)路及爆破參數(shù)、深淺孔結(jié)合爆破、更換炸藥等方案，在起爆網(wǎng)路優(yōu)化及爆破參數(shù)的調(diào)整下，爆堆高度及臺(tái)階眉線的控制效果明顯；深淺孔結(jié)合爆破下，孔口段巖石大塊率有明顯降低；更換炸藥后，對(duì)巖石的破碎效果明顯改善。在各方案的綜合利用下，對(duì)結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育的堅(jiān)硬巖石爆破大塊率控制取得明顯效果。