朝凱煤礦露天臺(tái)階爆破裝藥結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)用研究

南建軍

（山西忻州神達(dá)朝凱煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036700）

煤礦開(kāi)采主要分為露天開(kāi)采和井工開(kāi)采，大多數(shù)露天礦均采用臺(tái)階爆破的方式進(jìn)行開(kāi)采。爆破作業(yè)是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中重要的一環(huán)，對(duì)生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率都有極其關(guān)鍵的作用。目前關(guān)于露天臺(tái)階爆破方面的研究也比較多。羅華軍[1]利用Kuz-Ram數(shù)學(xué)模型對(duì)城門(mén)山爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，較好地解決了大塊問(wèn)題；胡樹(shù)軍[2]等利用數(shù)值模擬對(duì)連續(xù)裝藥和間隔裝藥的振動(dòng)情況進(jìn)行了研究；呂增在[3]等將吊裝空氣間隔裝藥技術(shù)運(yùn)用在深孔臺(tái)階爆破中，有效地提高了爆破效果；李辰發(fā)[4]等分析了多種因素變化對(duì)露天爆破炸藥單耗的影響。雖然關(guān)于露天爆破的研究眾多，但由于煤巖體內(nèi)部的復(fù)雜多樣性，目前還沒(méi)有一套完整的施工體系可以很好地解決該類問(wèn)題。

本文以朝凱煤礦正在開(kāi)采的臺(tái)階為工程背景，對(duì)朝凱煤礦臺(tái)階爆破的炮孔裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以期優(yōu)化后的裝藥結(jié)構(gòu)可以有效地改善目前煤礦的爆破質(zhì)量。

1 工程背景

1.1 地質(zhì)條件

礦田位于云中山脈北端與恒山山脈西南端的交匯部分，基巖切割型中山區(qū)地形地貌，巖性由灰白色礫巖、石英砂巖、粉砂巖、灰色-深灰色灰?guī)r、砂巖及煤層(線)組成，礦田總體地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，受斷層影響較小。

1.2 臺(tái)階爆破現(xiàn)狀

煤礦正在進(jìn)行開(kāi)采的臺(tái)階巖層主要為泥巖和沙巖，煤層主要為氣煤。爆破參數(shù)如表1所示。

采用上述爆破參數(shù)進(jìn)行多排孔微差爆破，裝藥結(jié)構(gòu)為底部空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)。前幾次爆破結(jié)果顯示爆破效果并不理想，爆破大塊率高，可以達(dá)到7%～8%，遺留根底多。整體上二次處理工作量較大，影響了鏟裝效率和采礦成本[5]。

2 優(yōu)化后的孔網(wǎng)參數(shù)

2.1 大塊及根底產(chǎn)生原因分析

由于采用底部空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)，4.6m的銨油炸藥為連續(xù)裝藥，在爆破過(guò)程中連續(xù)裝藥段為多個(gè)炮孔爆破能量集中區(qū)域，煤巖體爆破過(guò)于充分破碎；在填塞段由于爆破能量作用不充分導(dǎo)致大塊的產(chǎn)生；底部由于爆破能量不夠集中導(dǎo)致容易產(chǎn)生根底。分析認(rèn)為初始采用的炮孔裝藥結(jié)構(gòu)并未使炸藥能量得到充分合理的利用，反而產(chǎn)生兩個(gè)極端，即一部分煤巖體破碎過(guò)于充分，一部分煤巖體大塊率較高，增加了生產(chǎn)成本。炮孔裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示。

表1 爆破參數(shù)表

圖1 裝藥結(jié)果圖

2.2 裝藥結(jié)果優(yōu)化

為了提高爆破效果，降低上部大塊率以及根底率，對(duì)臺(tái)階爆破的孔網(wǎng)參數(shù)和裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化：在炮孔底部間隔層以上加裝一個(gè)聚能結(jié)構(gòu)，用于聚集銨油炸藥的能量，增加炸藥對(duì)底部煤巖體的破壞能力；底部結(jié)構(gòu)以上采用空氣間隔裝藥，將原來(lái)4.6m長(zhǎng)的藥柱分為3段進(jìn)行間隔裝藥：第一段和第二段藥柱高均為2m，第三段藥柱0.6m，中間空氣間隔段1.2m。將原來(lái)的連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)優(yōu)化為三段間隔裝藥后明顯提高了藥柱高度，將炸藥能量進(jìn)行了三段分散，避免了原來(lái)的炸藥能量在藥柱附近區(qū)域過(guò)于集中使煤巖體過(guò)于破碎的問(wèn)題，藥柱高度的提高也可以很大程度上改善原來(lái)大塊率高的問(wèn)題。優(yōu)化后的裝藥結(jié)構(gòu)如圖2所示，優(yōu)化后的爆破參數(shù)如表2所示。

圖2 優(yōu)化后的炮孔裝藥結(jié)構(gòu)

表2 爆破參數(shù)對(duì)比情況

3 爆破效果分析

3.1 塊度分析

選用美國(guó)開(kāi)發(fā)的Split-Desktop3.1圖像分析軟件對(duì)爆破后的塊度進(jìn)行分析，可以在筆記本電腦或辦公室分析現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)字圖像，以確定粉碎過(guò)程中任何階段碎片巖石的粒度分布[6]。這些圖像的來(lái)源可以是淤泥堆、拖運(yùn)卡車、浸出樁、拉伸點(diǎn)、廢物堆放、儲(chǔ)存堆、傳送帶、沉積物或可以獲得巖石碎片的清晰圖像的任何其他情況。通過(guò)軟件分析改變炮孔裝藥結(jié)構(gòu)后破碎的大塊率為2%，較原裝藥結(jié)構(gòu)的爆破大塊率（7%～8%）有明顯降低。

根據(jù)煤巖體破碎結(jié)果，由于對(duì)4.6m長(zhǎng)的藥柱進(jìn)行了分段間隔裝藥，將炸藥能量分散到不同的煤巖體中改變了原來(lái)炸藥能量過(guò)于集中導(dǎo)致煤巖體過(guò)于粉碎的現(xiàn)象。爆破情況如圖3所示。

圖3 巖體破碎情況

3.2 爆破振動(dòng)測(cè)定

選用CBSD-VM-M01網(wǎng)絡(luò)測(cè)振儀對(duì)距離爆破區(qū)域最近的一處建筑物的振動(dòng)波進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該測(cè)振儀是融合了多種先進(jìn)技術(shù)的智能網(wǎng)絡(luò)測(cè)振儀，包括一臺(tái)控制主機(jī)、6臺(tái)智能化傳感器。該型探測(cè)設(shè)備采用無(wú)線傳輸方式?，F(xiàn)場(chǎng)在距振源中心點(diǎn)2km的建筑物布置一臺(tái)智能化傳感器，采集到的最大振動(dòng)速度0.07cm/s、主振頻率6.0Hz。監(jiān)測(cè)波形數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 監(jiān)測(cè)波形圖

根據(jù)《建筑工程容許振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50868-2013）、《爆破安全規(guī)程》（6722-2014）規(guī)定的振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，《爆破安全規(guī)程》使用的允許標(biāo)準(zhǔn)較高，故采用該標(biāo)準(zhǔn)作為判據(jù)。即：“一般民房建筑的振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)為：振動(dòng)主頻率f≤10Hz時(shí)，允許標(biāo)準(zhǔn)為1.5～2.0cm/s；振動(dòng)主頻率10Hz＜f≤50Hz時(shí)，允許標(biāo)準(zhǔn)為2.0～2.5cm/s；振動(dòng)主頻率f＞50Hz時(shí)，允許標(biāo)準(zhǔn)為2.5～3.0 cm/s。此次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中在振源與民房之間，振動(dòng)的數(shù)據(jù)為最大振速0.07cm/s，主振頻率為6.0Hz，小于《爆破安全規(guī)程》規(guī)定一般民房建筑的振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)2.0cm/s，故所監(jiān)測(cè)的樁基施工振動(dòng)不會(huì)對(duì)民房產(chǎn)生影響。

3.3 爆破飛石及根底情況

在爆破過(guò)程中應(yīng)用加拿大MREL生產(chǎn)的高速記錄分析儀對(duì)爆破飛石的軌跡、角度、距離等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算得出飛石的最大拋擲距離為54m，在設(shè)置的飛石安全距離范圍內(nèi)。

對(duì)完成鏟裝后的臺(tái)階進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，臺(tái)階的平整度在±30cm，符合國(guó)家二級(jí)礦山建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[7]。

4 結(jié)論

（1）在炮孔底部間隔層上方加裝聚能結(jié)構(gòu)后的裝藥方式可以有效使炸藥能量向底部聚集，有效改善了臺(tái)階爆破后遺留根底的問(wèn)題。

（2）將炮孔的藥柱分三段進(jìn)行裝藥，炮孔底部和各段藥柱之間以空氣間隔，炮孔裝藥結(jié)構(gòu)調(diào)整后有效分散了炸藥能量，有效改善了原來(lái)藥柱周圍煤巖體過(guò)于破碎、填塞段煤巖體大塊率較高的問(wèn)題（由原來(lái)的7%～8%下降到了2%左右）。

（3）對(duì)炮孔進(jìn)行空氣間隔裝藥并在炮孔底部間隔層上方加裝聚能結(jié)構(gòu)的裝藥方式有效降低了煤礦露天臺(tái)階爆破大塊率及根底遺留率高的問(wèn)題，減少了二次處理工作，提高了炸藥利用率和鏟裝效率。