某露天煤礦非均質(zhì)巖體爆破技術(shù)優(yōu)化研究

王鵬鳴

（新疆安順達(dá)礦山技術(shù)工程有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊830000）

1 引言

爆破工程巖體是一種非均質(zhì)、各向異性的介質(zhì)，巖體在形成過程中經(jīng)過風(fēng)化、地應(yīng)力等作用，其內(nèi)部存在大量的層理、裂隙、斷層、節(jié)理等結(jié)構(gòu)。眾所周知，結(jié)構(gòu)面在爆破作用過程中會產(chǎn)生應(yīng)力集中、反射、折射、泄能、能量吸收、楔入、改變破裂線等作用。不連續(xù)非均質(zhì)巖體會對爆生氣體、應(yīng)力波產(chǎn)生重大影響，造成爆破大塊率偏高和根底殘留等問題[1]。大塊率偏高降低了挖運(yùn)效率，同時處理大塊、根底等質(zhì)量問題需使用免爆破碎錘、二次爆破處理，既增加了爆破成本又存在一定的安全隱患，因此研究如何提高非均質(zhì)巖體爆破質(zhì)量具有十分重要的意義。

2 工程概況

某露天煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1千萬t/年，礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖性變化較快，原生節(jié)理發(fā)育完善。主要巖石有泥巖、頁巖、砂巖，其中砂巖尤其是黃砂巖，堅(jiān)硬致密，施工難度大。

該礦采用單斗挖掘機(jī)-卡車開采工藝，煤和巖臺階高度為15 m，臺階坡面角為70°，采掘帶寬度25 m。鉆機(jī)采用一體式潛孔鉆機(jī)，鉆孔直徑138 mm、115 mm。采用松動爆破施工工藝，爆破器材選用混裝乳化炸藥（含水）、混裝銨油炸藥（不含水），起爆器材選用數(shù)碼電子雷管、導(dǎo)爆索等。

3 存在的問題

目前在非均質(zhì)巖體爆破中主要存在以下問題：①大塊較多。爆堆存在明顯的大塊，根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)，在西幫臺階中部以及南幫臺階中下部，由于巖層傾斜方向和巖層發(fā)育較為完善，導(dǎo)致爆破后下部巖體拋出，上部巖體出現(xiàn)不規(guī)則沉降性裂開，大塊較多，無法滿足采裝要求。②爆堆形狀不規(guī)整。延爆堆走向沉降不均勻，有些爆堆前面部分沉降小，抵抗線大，爆炸應(yīng)力波和爆生氣體對臺階上部巖石的爆破作用小，破碎程度低，從而形成大塊。③爆破后根底較多。采剝過程中臺階后兩排孔區(qū)域出現(xiàn)大片根底，且有部分區(qū)域根底過高，對采剝及后續(xù)爆破作業(yè)造成了極大影響。

4 擬采取的措施

4.1 選擇合理的孔網(wǎng)參數(shù)

針對臺階硬巖部位，采用縮小孔距、增加排距，提高孔網(wǎng)密集系數(shù)方式，孔距設(shè)定在6～7 m，排距設(shè)定在4～5 m。對于軟硬夾層部位，由于爆破中軟巖區(qū)域巖體拋出，硬巖區(qū)域巖體出現(xiàn)不規(guī)則沉降性裂開，大塊較多無法滿足采裝要求。在軟硬夾層硬巖部位布置套孔，套孔深度與硬巖部位深度一致。

4.2 優(yōu)化裝藥結(jié)構(gòu)

在軟硬夾層部位，采用分段間隔裝藥結(jié)構(gòu)，在軟巖部位采用巖粉、空氣間隔器填塞阻隔，以保證爆轟波充分作用于硬巖部位。

4.3 合理選擇爆破器材

在軟硬夾層部位，根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)的不同特性進(jìn)行分段裝藥。根據(jù)波阻抗相匹配原則，在軟巖部位選用爆速較低的混裝銨油炸藥，可增加爆破作用時間。在硬巖部位選擇爆速較高的混裝乳化炸藥，可減少爆破單耗，確保硬巖巖體充分破碎。

4.4 合理選擇延期時間

起爆器材選用數(shù)碼電子雷管較導(dǎo)爆管雷管具有安全性和可靠性高、良好的聯(lián)網(wǎng)可檢測性、延期精度高、延期時間可以任意設(shè)定等特點(diǎn)[2]。對于硬巖部位縮短孔、排間延期間隔時間，可保證爆破能量全面均勻做功，提高相鄰炮孔之間爆破協(xié)同作用[3]，減少爆破大塊和根底。適當(dāng)提高軟巖部位孔、排延期時間，充分發(fā)揮爆破漏斗作用，提高炸藥做功能力。

4.5 提高起爆能量

之前爆破過程使用的起爆藥包為直徑為32 mm的成品乳化炸藥，由于孔徑較小，爆速相對較慢，起爆能較小，不能保證混裝乳化炸藥、混裝銨油炸藥完全爆轟，降低了炸藥能量利用率。為提高起爆能，起爆藥包改用直徑為70 mm的成品乳化炸藥。

5 工程應(yīng)用試驗(yàn)

本次爆破試驗(yàn)的巖體剖面如圖1所示。該部位臨空面硬巖夾層較厚且上下部巖層較軟，是較為典型的非均質(zhì)巖體。

圖1 待爆巖體區(qū)域剖面圖

5.1 孔網(wǎng)參數(shù)

在爆破試驗(yàn)中，根據(jù)爆破作業(yè)的各項(xiàng)要求及現(xiàn)場地質(zhì)情況變化，對爆破作業(yè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)定為（5/6/6.5）×4.5 m。對于硬巖部位，首先根據(jù)巖性變化增加套孔，根據(jù)硬巖部位穿孔深度調(diào)整套孔深度（1.5～10 m）。在軟巖部位使用巖粉增加填塞高度（1～1.5 m），以直徑為70 mm的成品乳化炸藥作為起爆藥包。

5.2 爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)

對于硬巖部位，縮短延期時間可提高相鄰炮孔爆破協(xié)同作用及增強(qiáng)應(yīng)力波的相互疊加，保證爆破能量作用全面均勻，減少爆破大塊及根底。本次試驗(yàn)爆破延期時間為孔間25 ms，排間67 ms。具體爆破網(wǎng)路敷設(shè)如圖2所示。

圖2 爆破網(wǎng)路敷設(shè)示意圖

5.3 爆后效果

爆破后爆堆伸出高度和寬度符合要求，爆堆伸出部分塊度均勻，但存在部分大塊，從爆破表面效果來看，爆破效果較為理想。

爆破后爆堆伸出高度和寬度符合要求，爆堆伸出部分塊度均勻，從爆破交界處看出，使用套孔作業(yè)對于硬巖較厚區(qū)域效果有明顯提升；從爆破表面效果來看，爆破效果較為理想。具體爆破效果如圖3所示。

圖3 爆破效果圖

6 結(jié)論

在非均質(zhì)巖體爆破過程中，采取以下措施可有效提高爆破質(zhì)量，降低爆破單耗：合理增加套孔，減少表面大塊。硬巖部位縮短延期時間，軟巖部位提高延期時間可提高爆破能量利用率。硬巖部位采用混裝乳化炸藥，軟巖部位采用混裝銨油炸藥，可有效降低爆破單耗，提高爆破質(zhì)量。后續(xù)爆破過程中可采取空氣間隔裝藥，優(yōu)化延期時間等方式進(jìn)一步優(yōu)化爆破技術(shù)。