露天深孔松動(dòng)爆破產(chǎn)生大塊和根底的原因分析

李偉

（國(guó)家能源投資公司準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司哈爾烏素露天煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

近年來，深孔松動(dòng)爆破在露天礦中產(chǎn)生了一定數(shù)量的非規(guī)格大塊及根底,非規(guī)格大塊及根底的產(chǎn)出率高，不僅嚴(yán)重影響采裝設(shè)備效率，加速采裝設(shè)備的磨損，而且還帶來一定量的二次爆破作業(yè)，影響平盤的其他作業(yè)，從而威脅到人員和設(shè)備的安全。因此，在露天深孔松動(dòng)爆破中，如何降低非規(guī)格大塊及根底的產(chǎn)出率，對(duì)于提高露天礦的經(jīng)濟(jì)效益和采裝設(shè)備效率具有重要意義。

一、露天礦概述

露天礦是剝離覆蓋礦體上部及其周圍的浮土與圍巖，將廢石運(yùn)至排土場(chǎng)，直接從露天礦體中開采礦石。當(dāng)?shù)V體埋藏較淺或地表有露頭時(shí)，露天開采的應(yīng)用優(yōu)于地下開采。剝離上部巖土稱為剝離。剝離巖土量與采出礦石量之比稱為剝采比。剝采比過大，露天開采成本高，宜采用地下開采方式。

二、深孔爆破優(yōu)點(diǎn)

1.不受開采空間限制，有利于實(shí)現(xiàn)鉆孔工作的機(jī)械化和自動(dòng)化，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，施工管理簡(jiǎn)單，工作安全，適應(yīng)性強(qiáng)。2.深孔爆破能采用先進(jìn)的爆破技術(shù)，改善爆破質(zhì)量，提高生產(chǎn)能力和勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低單位投資和開采成本。3.提高工程質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，由于施工機(jī)械化，用人少，工效高的特點(diǎn)，工程成本低。4.減少了炸藥消耗量，安全性好，深孔爆破是條形裝藥，炸藥較均勻地分散在巖體中，易控制用藥量。所需炸藥量為一般硐室爆破的三分之一至二分之一，所以爆破地震強(qiáng)度、飛石距離、空氣沖擊波和巖石破壞范圍都比藥室大爆破小。

三、露天礦深孔爆破參數(shù)的確定

（一）炸藥單耗和裝藥量的確定

1.確定炸藥單耗。炸藥單耗是指爆破每單位體積礦巖所需的炸藥量。對(duì)于不同的爆破工程和巖礦，其數(shù)值不同，確定炸藥單耗時(shí)，可采用參考國(guó)家定額并用礦山實(shí)際的爆破漏斗實(shí)驗(yàn)加以修正，這樣確定的數(shù)值為平均消耗量。在多排深孔爆破時(shí)，由于后排炮孔爆破的礦巖無自由面，因而其單耗要適當(dāng)提高，經(jīng)驗(yàn)數(shù)值為平均單耗的1.1～1.2 倍。2.確定炮孔裝藥量。在布孔設(shè)計(jì)時(shí)，采用散裝藥可先按單孔裝藥容積計(jì)算，然后結(jié)合炮孔所能爆破的礦巖量來調(diào)整。

（二）底盤抵抗線Wp。確定底盤抵抗線Wp 需考慮以下因素：

1.保證臺(tái)階鉆孔作業(yè)安全。根據(jù)鉆孔設(shè)備在臺(tái)階邊緣安全作業(yè)要求，底盤抵抗線Wp 應(yīng)滿足下列條件：

Wp ≥C+Hctgα

式中：C—炮孔中心至臺(tái)階坡頂線的安全距離，m；H—臺(tái)階高度，m；α—臺(tái)階坡面角。

2.滿足炮孔裝藥條件。要滿足裝藥條件，用公式Q=qHWα 計(jì)算出裝藥量不應(yīng)大于用公式計(jì)算出的單孔最大裝藥量，可求得：

3.考慮一定直徑藥量所能克服的最大抵抗線。根據(jù)體積原理，單位長(zhǎng)度的藥包所能爆破的巖石體積與藥包的斷面積成正比，即藥包的直徑與抵抗線成正比。

式中：Wp—底盤抵抗線，m；d—藥包直徑，m；K—比例系數(shù)。影響比例系取值的主要因素是炸藥和巖礦的特性。

（三）排距、孔距及炮孔鄰近系數(shù)

1.排距是指平行臺(tái)階坡頂線布置的相鄰兩排炮孔間的距離。在安排順序起爆時(shí)，后排的抵抗線即為排距。由于后排孔起爆處于受夾制狀態(tài)，為改善破碎條件，一般后排孔單位耗藥量要比最前排孔增加10%～20%，如保持裝藥量不變，則排距要比最前排孔的底盤抵抗線減少10%～20%，即排距b 為：b=(0.8～0.9)Wp。

2.炮孔間距離a 和藥包抵抗線Wp 有密切關(guān)系，兩者之比為鄰近系數(shù)m

m=a/Wp

鄰近系數(shù)為孔網(wǎng)布置的重要參數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)鄰近系數(shù)取3.5時(shí)，爆破效果最好。

3.填塞長(zhǎng)度Ls 和超深h。填塞長(zhǎng)度Ls 是指藥柱頂面至孔口這段不裝藥的長(zhǎng)度。在該段填塞惰性材料，防止爆炸產(chǎn)生物過早溢出，保證炸藥反應(yīng)完全。填塞長(zhǎng)度Ls 過大會(huì)降低炮孔裝藥量，限制孔網(wǎng)參數(shù)擴(kuò)大，還會(huì)惡化臺(tái)階上部巖石的破碎質(zhì)量，故填塞長(zhǎng)度要合適。常用的經(jīng)驗(yàn)公式：

Ls=(20～25)d

式中：d—炮孔直徑，m；Wp—底盤抵抗線，m。

超深h，是指孔深超過臺(tái)階底盤水平的長(zhǎng)度。其作用在于降低裝藥中心，以克服底盤抵抗，在多排孔爆破時(shí)，后排孔的超深要大于第一排孔的超深，超深h 可參照下列公式確定并在實(shí)踐中調(diào)整修正。

式中：Wp—底盤抵抗線，m；H—臺(tái)階高度，m；d—鉆孔直徑，m。

4.時(shí)間參數(shù)。時(shí)間參數(shù)是多排孔微差爆破中的重要參數(shù)，可由朗基福斯經(jīng)驗(yàn)公式給出。

式中：K—系數(shù)，2～7 ms/m；Wp—底盤抵抗線，m。

上述方法確定深孔爆破的參數(shù)一定要經(jīng)過安全控制技術(shù)的檢驗(yàn)。包括：地震波安全距離計(jì)算、飛石的安全距離計(jì)算、爆破沖擊波安全距離的計(jì)算、使用微差爆破時(shí)的安全起爆技術(shù)的檢驗(yàn)。由于爆破工作占采礦成本較高，爆破的效果直接影響采礦效益。所以，在確定露天礦深孔爆破參數(shù)時(shí)，應(yīng)有系統(tǒng)的觀點(diǎn)，要反復(fù)計(jì)算和推敲，最后在實(shí)驗(yàn)中檢驗(yàn)修正，這樣確定的爆破參數(shù)才是合理的。

四、深孔松動(dòng)爆破產(chǎn)生非規(guī)格大塊和根底的原因

破碎度是衡量爆破質(zhì)量的主要指標(biāo)。爆破后，應(yīng)保證所需的礦巖破碎程度，以滿足采礦設(shè)備的采裝要求。露天深孔松動(dòng)爆破法應(yīng)用中的突出問題之一是非規(guī)格大塊及根底的產(chǎn)生。理論上，露天深孔松動(dòng)爆破產(chǎn)生的非規(guī)格大塊及根底的主要原因是炸藥的爆炸能量，作為礦巖破碎的能量，在爆破巖體空間和作用過程的時(shí)間上分布不均，尚未充分利用。

1.露天深孔松動(dòng)爆破中，非規(guī)格大塊產(chǎn)生在工作臺(tái)階的斜坡面、臺(tái)階頂部傘檐凌空面、深孔分段填塞部分。由于前期爆破作用的影響，這些部位在爆破后產(chǎn)生較多的大裂縫，成為爆破作用最薄弱的部位。

2.在垂直深孔松動(dòng)爆破中，裝藥柱與臺(tái)階坡面之間的抵抗線自上而下越來越大，特別是臺(tái)階底部，不僅抵抗線大，而且炮孔與炮孔之間的夾持力最大。通常，底盤抵抗線值超過炮孔直(分散裝藥)10 倍。在此情況下，若抵抗線太大，炮孔的接近系數(shù)相對(duì)較小，不僅在爆后會(huì)發(fā)生拉底，同時(shí)，由于爆破過程中孔與孔之間的快速擊穿和大量爆生氣體泄漏，孔前巖體無法有效破碎，導(dǎo)致形成較大巖塊，從而增加大塊率。

3.由于炮孔填塞不良，孔口有大量爆生氣體溢出，孔底巖渣、水排放不盡，炸藥無法裝到底，或未使用防水炸藥，導(dǎo)致炸藥在孔底吸水失效，造成孔底裝藥密度小等，導(dǎo)致底盤阻抗增大，爆破效果相對(duì)弱化，導(dǎo)致爆破后的非規(guī)格大塊及根底太多。

4.采用分段裝藥。若每段藥柱中心距自由面底部較大，則每段藥量無法克服該段抵抗，底盤抵抗線高度以上的部分易產(chǎn)生大塊。

5.當(dāng)爆區(qū)位于厚層礦巖時(shí)，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，或受局部地質(zhì)構(gòu)造破壞，巖層中存在軟硬夾層，大部分爆炸能量往往被軟巖吸收。同時(shí)，爆炸氣體過早地從自然裂縫中漏出，從而降低爆破效果，使堅(jiān)硬礦巖得不到應(yīng)有的破碎，進(jìn)而產(chǎn)生大量非規(guī)格大塊及根底。

6.起爆方式對(duì)破碎程度也有很大影響。目前，在垂直深孔松動(dòng)爆破中，主要采用數(shù)碼雷管，并采用42ms 孔間、排間微差、斜切起爆法。然而，由于排間順序的起爆，爆破后的后沖和爆破地震效應(yīng)較大，爆破過程中巖塊碰撞擠壓作用小，易產(chǎn)生非規(guī)格大塊及根底。

7.巖體中裝藥的不均勻性導(dǎo)致振動(dòng)區(qū)大塊率增大，裂隙區(qū)堅(jiān)硬巖體破碎能耗增加。此外，在冬季和夏季使用相同的炸藥，夏季炸藥能量充足，爆破質(zhì)量較好。冬季凍土層含水量為13%，土巖、煤層凍結(jié)深度大，爆破后凍結(jié)塊多，這也是爆破后大塊率高的原因之一。

五、降低大塊率和根底的措施

1.采用分段裝藥，孔內(nèi)微差爆破。為改善各部位易產(chǎn)生大塊、地質(zhì)條件復(fù)雜、爆破效果難以控制的情況，可根據(jù)炮孔周圍的不同地質(zhì)條件實(shí)施分段裝藥，實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)微差爆破，并根據(jù)需要分配爆炸能量。通常，整個(gè)炮孔分兩段裝藥。在特殊地質(zhì)條件下，填塞段(充填巖渣)應(yīng)設(shè)置在軟硬互層、夾層和破碎帶處，分段數(shù)目及填塞長(zhǎng)度取決于具體情況。延遲時(shí)間一般在15ms 左右，延時(shí)順序?yàn)樽韵露?，由硬到軟。但總藥量?yīng)符合要求。

2.同段(排)相鄰炮孔采用相向起爆方式。露天深孔圓柱裝藥起爆后，隨著爆轟波在藥柱中的傳播，巖體中會(huì)形成一個(gè)具有錐形的沖擊波或彈性應(yīng)力波向外傳播，其錐頂與爆轟波的傳播方向一致。采用同段(排)相鄰炮孔相向起爆(即一孔起爆于裝藥頂部，相鄰孔起爆于裝藥底部)的起爆方式，可使巖體中的爆生能量及應(yīng)力分布更加均勻，爆破效果更加理想。通過生產(chǎn)實(shí)踐，效果良好，大塊率顯著降低，電鏟效率顯著提高。

3.小抵抗線爆破技術(shù)的應(yīng)用。目前該礦穿孔直徑一般為250mm，平均每孔裝藥量約516kg(銨油炸藥)，需克服的抵抗線為5～7m。若抵抗太大，不僅會(huì)產(chǎn)生大塊，而且無法克服。為了提高爆破質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，在原有爆破技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用小抵抗線爆破技術(shù)進(jìn)行大孔距爆破試驗(yàn)。對(duì)于大孔距爆破試驗(yàn)中的孔布置，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪圖紙計(jì)算裝藥量，為保證坡面的平整度，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整。前排孔正常布孔，排距從第二排開始減小，增加孔距，采用三角形布孔方式，起爆順序采用排間微差。

當(dāng)采用大孔距爆破時(shí)，第一排孔與正常孔布孔相同，從第二排孔后的每排孔網(wǎng)布置，大孔距為13m×6m，試驗(yàn)結(jié)果表明，爆破后可形成松散、碎塊均勻的爆堆，大塊率比正常布孔降低48%以上，設(shè)備的采裝效率明顯提高。在小抵抗線大孔距爆破試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)大塊率與排距的關(guān)系明顯，當(dāng)排距較小時(shí)，大塊率降低，孔距的變化對(duì)大塊率的變化影響不大。在實(shí)驗(yàn)中，若孔間距10～12m 過大，會(huì)留下一條三角帶，這實(shí)際上增加了后排抵抗線，此時(shí)，孔間距值實(shí)際上是虛的。因此，大塊率將增加，這在現(xiàn)場(chǎng)施工中應(yīng)引起重視。減小抵抗線是降低大塊率的一種方法。對(duì)于大塊率低的礦山，在保證孔網(wǎng)面積及炸藥單耗不變條件下，降低抵抗線是降低大塊率及根底的可行途徑。

六、深孔松動(dòng)爆破注意事項(xiàng)

深孔爆破實(shí)施過程中，必須采取相應(yīng)的安全技術(shù)措施，確保實(shí)施效果及其過程的安全。1.防止藥管不爆及藥管壓死導(dǎo)致拒爆的措施。裝藥前，必須詳細(xì)檢查火工品質(zhì)量，不使用不合格的火工品；為防止藥管壓死造成拒爆，在夾鉆時(shí)，應(yīng)增加爆破分段數(shù)，減少一次爆破眼數(shù)，并采取分段打眼、隨打隨裝分組一次起爆措施。2.增效措施。在兩個(gè)爆破孔之間增加一個(gè)平行于爆破孔的增效孔；分段分組起爆孔之間增加兩個(gè)增效孔，以消除對(duì)上段或上組爆破效果的影響。3.及時(shí)實(shí)施效果檢驗(yàn)。爆破后，由于煤體干燥，應(yīng)在打鉆夾鉆段再補(bǔ)打一個(gè)效果檢驗(yàn)孔，以檢查是否有夾鉆現(xiàn)象。經(jīng)檢查，爆破效果良好，否則應(yīng)補(bǔ)鉆爆破。