勝利東二號(hào)露天煤礦硬巖處理改善

何 川，甘 濤，李 濤

(中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院)

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

勝利東二號(hào)露天煤礦硬巖處理改善

何 川，甘 濤，李 濤

(中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院)

勝利東二號(hào)露天煤礦地質(zhì)資料復(fù)雜，硬巖分布不均對(duì)生產(chǎn)造成極大影響，本文通過節(jié)理裂隙、炸藥、雷管、孔網(wǎng)參數(shù)、臺(tái)階裝藥技術(shù)對(duì)爆破效果的分析，對(duì)該礦硬巖的處理提出建議。

勝利東二號(hào)露天煤礦；節(jié)理裂隙；孔網(wǎng)參數(shù)；臺(tái)階裝藥技術(shù)；爆破效果

勝利東二號(hào)露天煤礦西南邊界拐點(diǎn)距錫林浩特市10 km，行政區(qū)劃隸屬于錫林浩特市郊區(qū)寶力根蘇木。勝利煤田位于二連盆地群—烏尼特拗陷西部邊緣隆起帶的中部，是NE向展布的斷拗型盆地。井田位于盆地中部,主體構(gòu)造形態(tài)為一走向NE—SW，兩翼不對(duì)稱的寬緩向斜。SE翼延伸較遠(yuǎn)，地層較穩(wěn)定，煤層發(fā)育較好；NW翼地層受沖積扇影響，巖性顆粒變粗，煤層有急速分岔、變薄、尖滅的現(xiàn)象，煤層不穩(wěn)定，連續(xù)性不好。

硬巖分布不均勻，在局部較薄，使挖掘設(shè)備采裝十分困難，挖掘后同時(shí)留下大塊較多，造成該作業(yè)區(qū)施工進(jìn)度放慢及施工工程質(zhì)量下降?；诖?，探討對(duì)該部分硬巖層在施工過程中如何破碎處理。

1) 若裝藥量小，藥柱高度較低，炸藥能量主要作用于底盤抵抗線，產(chǎn)生較大或特大塊的機(jī)率高，對(duì)破碎口的生產(chǎn)造成一定的影響。

2) 若裝藥量大，一方面造成炸藥能量的不必要浪費(fèi)，使爆破成本提高；另一方面粉碎區(qū)增大，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。

在某些平盤區(qū)，地質(zhì)條件會(huì)經(jīng)常發(fā)生突變，在進(jìn)行穿爆工作時(shí)，這些地方的孔網(wǎng)參數(shù)、炸藥單耗及裝藥結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)卻沒有跟著發(fā)生變化，這樣經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)大塊和拉底現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了開采進(jìn)度。

1 巖體中節(jié)理裂隙對(duì)爆破效果的影響

巖體爆破技術(shù)已獲廣泛應(yīng)用。由于巖體是經(jīng)歷了長期地質(zhì)作用而形成的復(fù)雜地質(zhì)體, 因而絕大部分的巖石都具有空洞及各種軟弱結(jié)構(gòu)面。 而正是由于節(jié)理的存在導(dǎo)致巖體出現(xiàn)物理上的不連續(xù)性、不均勻和各向異性,炸藥在巖體中爆炸放出大量的能量,由于節(jié)理面的存在而使應(yīng)力波發(fā)生一定的反射、折射和透射,阻礙了爆炸應(yīng)力波在巖體中的傳播,使距炮孔較遠(yuǎn)處的巖體中所受應(yīng)力大為降低,同時(shí), 這類裂隙的存在常常導(dǎo)致爆生氣體和壓力泄漏,降低了爆炸能的利用率，因此，對(duì)爆破破碎效果產(chǎn)生不利影響。

2 炸藥對(duì)爆破效果的影響

研究炸藥和巖石匹配的目的在于提高炸藥爆炸的能量利用率。從經(jīng)濟(jì)和爆破效果考慮，對(duì)不同巖石應(yīng)選擇不同性能的炸藥。炸藥和巖石的匹配有阻抗匹配、全過程匹配和能量匹配三種。其爆破能量模型見圖1。

3 雷管的選擇對(duì)爆破效果的影響

1) 非電毫秒雷管在孔間微差爆破中的應(yīng)用。

a) 孔間微差起爆。自由面在爆破過程中起著重要作用，有了自由面，爆破時(shí)巖石才能向自由面方向發(fā)生破裂和移動(dòng)，自由面愈多愈大，則爆破效果愈好?？组g微差爆破，就是通過制造更多的自由面，來控制爆破作用。

b) 微差時(shí)間的確定。確定合理的微差時(shí)間并準(zhǔn)確地控制它，是關(guān)系到爆破效果的重要問題。從起爆到礦巖發(fā)生破壞和位移的時(shí)間，大約是應(yīng)力波傳播到自由面所需時(shí)間的5～10倍。即巖石的破壞移動(dòng)時(shí)間與最小抵抗線的大小成正比：

Pg—孔壁爆生氣體壓力Pk—爆生氣體最終壓力Pm—孔壁靜力系強(qiáng)度

圖1 爆破能量模型示意圖

t1=kw

(1)

式中:

w—最小抵抗線；

k—常數(shù)。根據(jù)實(shí)地經(jīng)驗(yàn)，取3～5。

一般用的微差時(shí)間t1為25 ms。

排間間隔時(shí)間選擇得合理，可充分利用兩排孔之間的垂直運(yùn)動(dòng)和水平運(yùn)動(dòng)的關(guān)系達(dá)到碰撞，可避免堵塞段出現(xiàn)大塊。合理的排間時(shí)差應(yīng)由下式求出：

(2)

式中：

b—排距；

v1—堵塞段飛行速度；

v2—中部巖塊飛行速度；

H0—降落高度。

根據(jù)每個(gè)礦的巖石特征和理論計(jì)算， 取100 ms為宜，即MS 5段毫秒雷管。

2) 數(shù)碼雷管在拋擲爆破技術(shù)中的應(yīng)用。由于數(shù)碼雷管延期時(shí)間的可編程性，能提供先進(jìn)而精確的起爆時(shí)間，通過更有效地利用炸藥能量，數(shù)碼雷管系統(tǒng)可以在時(shí)間、資源及資金上為礦山爆破帶來可觀的成本節(jié)約，主要體現(xiàn)在以下8個(gè)方面：

a) 優(yōu)化孔網(wǎng)參數(shù)。由于延期時(shí)間可以根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件、巖石特性、炮孔抵抗線等因素來精確設(shè)定，從而能夠進(jìn)一步有效利用炸藥能量，這為孔網(wǎng)參數(shù)的擴(kuò)大創(chuàng)造了條件，降低炸藥單耗，節(jié)約穿爆成本。

b) 增大拋擲率。可提高有效拋擲率5%～8%，改善爆破塊度和爆堆松散度。由于不受原有導(dǎo)爆管雷管固有延期段別限制，可以通過設(shè)定特定的延期時(shí)間來提高相鄰炮孔間在爆轟過程中的相互作用，增加巖石移動(dòng)的速度和距離，從而提高了拋擲率。同時(shí)爆破的塊度和松散度也得以改善，有效拋擲率提高5%～8%，拉斗鏟倒堆費(fèi)用完全能夠彌補(bǔ)數(shù)碼雷管比高精度雷管高的差價(jià)。

c) 提高預(yù)裂爆破效果，增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性。精確的起爆時(shí)間設(shè)置同樣可以做到減少后沖、保持預(yù)裂爆破面的平順，保證能有一個(gè)更為穩(wěn)定的邊坡面，利于下一步工序施工，可更方便地沿前排自由面鉆孔、確保排炮炮孔盡可能地在一條直線上。

d) 能夠有效減少拋擲爆破對(duì)高臺(tái)階的破壞。

e) 數(shù)碼雷管可實(shí)現(xiàn)起爆網(wǎng)絡(luò)是否有漏聯(lián)自動(dòng)報(bào)警功能。

f) 打雷、雜散電流也不會(huì)引爆數(shù)碼雷管。

g) 數(shù)碼雷管只有一個(gè)型號(hào)，不會(huì)出現(xiàn)缺段別現(xiàn)象，有利于采購、計(jì)劃、庫存管理和現(xiàn)場使用。

h) 能夠有效地降低地震波對(duì)周圍建筑物的影響。

4 孔網(wǎng)參數(shù)對(duì)爆破效果的影響

孔網(wǎng)參數(shù)是深孔爆破的重要參數(shù)，是決定爆破作業(yè)成敗的關(guān)鍵要素之一?？拙W(wǎng)參數(shù)包括炮孔直徑D、孔距a、排距b,炮孔傾角、孔深h、孔超深、底盤抵抗線W1?？拙W(wǎng)參數(shù)的選擇與臺(tái)階高度、布孔方式、起爆方式、爆區(qū)巖石物理力學(xué)性質(zhì)和節(jié)理發(fā)育情況等有著直接關(guān)系。炮孔直徑和起爆方式是相對(duì)固定的，而孔網(wǎng)參數(shù)可能不盡相同，它必須根據(jù)擬爆區(qū)域和鉆孔位置巖石的物理力學(xué)性質(zhì)確定。不同的孔網(wǎng)參數(shù)和單位炸藥消耗量的爆破效果比較見表1。

表1 不同的孔網(wǎng)參數(shù)和炸藥消耗量的爆破效果比較表

在嚴(yán)格要求爆破石渣最大粒徑的情況下，采用小孔徑和合理的孔距、排距及盡可能地增加炮孔的裝藥高度，可以明顯地降低大塊率，從而降低二次解碎的成本,提高裝運(yùn)設(shè)備的高效率生產(chǎn),獲得最大化的經(jīng)濟(jì)效益。

5 臺(tái)階裝藥技術(shù)對(duì)爆破效果的影響

1) 間隔裝藥的基本原則。采用間隔裝藥技術(shù)時(shí)，為保證爆破效果，必須考慮到現(xiàn)場其它各方面因素的制約和影響，并相應(yīng)制定出爆破設(shè)計(jì)的基本指導(dǎo)原則。具體設(shè)計(jì)原則如下：

a) 間隔介質(zhì)用水和空氣兩種，即在干孔中用空氣作介質(zhì)，在水孔中用水作介質(zhì)。

c) 單個(gè)孔裝藥量的計(jì)算方法仍采用體積公式，采用間隔器的孔眼的實(shí)際裝藥量為計(jì)算藥量減去間隔長度所能裝的藥量。

d) 間隔器必須下放到炮孔底部。

2) 間隔裝藥炮孔基本技術(shù)參數(shù)。

a) 間隔長度。間隔裝藥炮孔的間隔長度是參考有關(guān)資料并經(jīng)現(xiàn)場多次爆破試驗(yàn)確定的。對(duì)于d250 mm的炮孔，孔底間隔均采用1.5 m長的木間隔器，即孔底間隔的長度一律為1.5 m。臺(tái)階高度為15 m時(shí)，根據(jù)礦巖可爆性能的不同，中部間隔的長度取為1.5 m或2.0 m。

b) 間隔裝藥炮孔藥量的計(jì)算。設(shè)連續(xù)裝藥炮孔的計(jì)算藥量為Q(kg)，藥柱高度為L(m)，則采用孔底間隔時(shí)，其實(shí)際藥量為：

Qdj=Q(L-1.5)/L

(3)

而采用中部間隔時(shí)的炮孔裝藥量為：

Qfj=Q(L-Lfj+h)/L

通過PING命令對(duì)4臺(tái)終端計(jì)算機(jī)進(jìn)行連通性測試，以局域網(wǎng)VLAN60 所屬網(wǎng)段終端計(jì)算機(jī)C1為例，分別測試訪問終端計(jì)算機(jī)C3的連通性(二者同屬于VLAN 60網(wǎng)段)和終端計(jì)算機(jī)C2的連通性(終端計(jì)算機(jī)C2屬于VLAN 70網(wǎng)段).測試后發(fā)現(xiàn)，C1與C2、C3之間均可以正常通信.連通性測試結(jié)果如圖4所示.

(4)

式中：

Lfj—間隔長度；

h—孔口填塞長度減少量。根據(jù)礦巖可爆性能和炸藥威力取h=0.0～1.0 m。

c) 中部間隔的位置。根據(jù)多次試驗(yàn)的結(jié)果，中部間隔位于藥柱高度的1/2～2/3處(自藥柱底端算起)為宜。

此外，在孔底水深小于1.5 m的情況下，采用孔底間隔，除可降低炸藥消耗和爆破成本外，還能同時(shí)避免使用不抗水炸藥時(shí)對(duì)爆破質(zhì)量的不利影響，對(duì)于促進(jìn)爆破生產(chǎn)的順利進(jìn)行，也具有十分重要的實(shí)際價(jià)值。但是，炸藥威力大小合適是間隔裝藥技術(shù)的一個(gè)重要前提，因此，在推廣應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)時(shí)，必須考慮現(xiàn)場不同條件下的礦巖可爆性能、孔網(wǎng)參數(shù)、炮孔超深等各方面因素的影響，根據(jù)炸藥的爆炸性能具體確定爆區(qū)中哪些炮孔適宜采用以及應(yīng)采用哪種間隔裝藥方法、間隔的位置、長度和間隔介質(zhì)的種類等，才能取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

6 結(jié) 論

1) 在爆破設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮斷層、層理、節(jié)理等軟弱夾層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，合理布置炮孔的位置，防止炸藥能量沿這些薄弱巖體部位泄露到空氣中，當(dāng)藥包通過不同巖層或有較厚松碴壓在上面，在確定單耗值及藥包間距系數(shù)時(shí)，要考慮其影響，防止過量裝藥和產(chǎn)生根底。

2) 在爆破設(shè)計(jì)前，首先了解清楚有關(guān)斷層破碎帶的部位、走向和傾向，作為布孔時(shí)參考；其次，炮孔穿過破碎帶時(shí)，采用分段裝藥，可減少藥量，藥柱要位于破碎層上下適當(dāng)位置。只要布孔合理，方法適當(dāng)，就可減少根底的產(chǎn)生。

3) 在臺(tái)階高度不變的情況下，為了不減少爆堆體積，必須使抵抗線與孔距的乘積保持不變，因此，減小抵抗線必須增大孔距，即密集系數(shù)相應(yīng)提高。

4) 在抗壓強(qiáng)度比較大的硬巖處通過增大裝藥高度和減小填塞長度的方法來適當(dāng)提高炸藥單耗，解決該處臺(tái)階上部巖石的爆破塊度過大的問題。

5) 前排由于自由面較好，藥量應(yīng)酌減，當(dāng)裝藥高度過小時(shí)，可采用分段裝藥。此外，前排留2～4 m的壓碴厚度，對(duì)于減少前排大塊也有良好的效果，后排孔一般控制在正?？姿幜康?0%，以減小后沖。

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TreatmentforImprovingHardRockinOpencutCoalMineNo.2EastofShengli

HeChuan,GanTao,LiTao

Opencut coal mine No.2,east of Shengli is geologically complicated,the unexen distribution of the hard rock is of great adverse effect on coal production.The text is trying to make some suggesttions on the treatment of the hard rock through the analysis of joint fissure, dynamite, detonator,parameters of hole distribution ,terrace installation of dynamite and their explosive effects .

Opencut coal mine No.2 east of Shengli；Joint fissure; Parameters of hole distribution; Terrace installation of dynamite; Explosive effects

何 川 男 1986年出生 2008年中國礦業(yè)大學(xué)在讀本科生 徐州 221116

TD824

A

1672-0652(2010)10-0037-04

2010-08-03