露天煤礦爆破根底控制技術(shù)應(yīng)用研究

趙海峰

（義煤集團(tuán)青海義海能源有限責(zé)任公司大煤溝煤礦，青海 德令哈 817000）

露天礦山的礦產(chǎn)資源在采裝前通常需將礦巖通過爆破進(jìn)行預(yù)先破碎，其爆破方式根據(jù)礦場(chǎng)布置及采裝需要一般采取拋擲爆破或松動(dòng)爆破。在松動(dòng)爆破過程中，主要存在以下幾個(gè)方面問題：一是大塊不合格巖石影響裝車效率及安全；二是爆破裝藥量、炮孔超深、間排距等參數(shù)控制不到位，造成爆破后根底控制效果差，影響采裝效率及經(jīng)濟(jì)效益。因此，露天煤礦爆破質(zhì)量對(duì)礦山生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益及安全生產(chǎn)至關(guān)重要。以大煤溝露天煤礦為例，針對(duì)爆破中存在的根底問題進(jìn)行分析，提出控制根底的優(yōu)化方案[1-6]，保障礦山采裝效率。

1 概況

大煤溝煤礦地處柴達(dá)木盆地北緣東部，達(dá)肯大坂山東南，礦區(qū)面積3.750 7 km2，開采方式為露天與井工結(jié)合開采，生產(chǎn)規(guī)模為100 萬t/a。井田內(nèi)煤層賦存標(biāo)高多在+3450～+2900 m 之間，淺部局部由露天礦開采，露天采區(qū)為一深凹小型露天礦，地面地形復(fù)雜，采裝方式為松動(dòng)爆破+單斗卡車的采裝工藝。爆破參數(shù)為：炮孔深度17 m，超深為2 m，間距9 m，排距7 m，炸藥單耗0.38 kg/m3。在該爆破方式下，長(zhǎng)期存在爆破根底及大塊巖石，爆破效果差，影響采裝效果。

2 產(chǎn)生根底原因分析

通過對(duì)爆破現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘查后發(fā)現(xiàn)，爆破的巖石臺(tái)階為多層軟硬不均勻分布的煤巖，除此之外，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)爆破情況及爆破經(jīng)驗(yàn)分析，該礦產(chǎn)生爆破根底有以下幾個(gè)方面的原因：

（1）炮孔設(shè)計(jì)超深為2 m，局部炮孔因含水層向炮孔內(nèi)滲水，下部需裝0.5～1 m 長(zhǎng)度的空氣間隔后上部裝銨油炸藥，空氣間隔占用超深，裝藥重心整體上移，致使爆破期間產(chǎn)生根底。

（2）因采場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)條件限制，部分炮孔間距或排距過大，爆破期間產(chǎn)生的裂隙小于最小抵抗線，加上局部巖石較硬，臺(tái)階前排炮孔底部抵抗線增大，爆破漏斗作用無法達(dá)到臺(tái)階底部，導(dǎo)致爆破不徹底，產(chǎn)生大塊巖石或根底。

（3）部分炮孔過量裝藥致使封孔過短，或封孔不良，導(dǎo)致爆破時(shí)爆破動(dòng)能過早向上泄漏，致使對(duì)底部巖石破碎效果差。部分炮孔裝藥量不足，或裝藥量不均，也是易產(chǎn)生根底的原因之一。

3 爆破根底控制技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生根底的多方面原因，分別采取針對(duì)性措施進(jìn)行解決，具體根底控制方案如下：

（1）含水炮孔加大超深，改變裝藥結(jié)構(gòu)，保證裝藥深度

大煤溝露天煤礦巖石臺(tái)階爆破期間，遇含水層炮孔時(shí)，裝藥結(jié)構(gòu)如圖1（a）所示，對(duì)炮孔孔底裝入0.5～1 m 的空氣間隔器，然后再在上部裝入銨油炸藥。該裝藥方式中，空氣間隔器占用炮孔超深，致使有效超深對(duì)應(yīng)減少，炸藥爆破重心上移，從而產(chǎn)生爆破根底。

針對(duì)含水炮孔，為避免孔底積水安裝空氣間隔影響裝藥深度，需對(duì)含水層炮孔加大超深，彌補(bǔ)空氣間隔器長(zhǎng)度占用的超深。同時(shí)，因含水層位于炮孔中下部，將裝藥結(jié)構(gòu)改變?yōu)槌畈糠窒妊b入乳化炸藥，再裝入空氣間隔器，再在空氣間隔器上部裝入銨油炸藥，該裝藥結(jié)構(gòu)如圖1（b）。該裝藥結(jié)構(gòu)既解決了炮孔積水問題，又解決了超深部分裝藥問題，充分保障對(duì)底盤的爆破效果。圖1 為含水炮孔裝藥結(jié)構(gòu)調(diào)整前后示意圖。

圖1 含水炮孔裝藥結(jié)構(gòu)調(diào)整前后示意圖

（2）合理布置炮孔排距，減少前排底盤抵抗線

前排排距過大，致使前排底盤抵抗線過大是產(chǎn)生根底的主要原因。因臺(tái)階的斜坡面是前排炮孔的自由面，當(dāng)前排炮孔距斜坡面較遠(yuǎn)，導(dǎo)致炮孔距自由面較遠(yuǎn)，爆破期間較難造成傾斜面底部破碎，導(dǎo)致根底產(chǎn)生。因此，在臺(tái)階上部靠近傾斜面施工前排炮孔期間，應(yīng)盡量減小鉆機(jī)至臺(tái)階斜坡邊緣位置，以此減少前排炮孔的最小抵抗線，避免根底產(chǎn)生。圖2 為前排炮孔最小抵抗線與爆破根底關(guān)系圖。

圖2 前排炮孔最小抵抗線與爆破根底關(guān)系示意圖

（3） 提高封孔質(zhì)量

封孔長(zhǎng)度不足或填充不實(shí)均會(huì)影響爆破對(duì)圍巖的作用程度，造成爆破時(shí)爆破動(dòng)能過早向上泄漏，致使對(duì)底部巖石破碎效果差[4]。填充密實(shí)的炮孔能夠有效減少爆破動(dòng)能的提前泄漏，保證對(duì)圍巖的破碎能力?，F(xiàn)場(chǎng)采用炮孔充填機(jī)對(duì)炮孔進(jìn)行填充期間，填充的炮孔巖粉靠自重滑入炮孔，在下滑過程中，炮孔巖粉受孔壁摩擦及空氣擠壓影響，含水炮孔還將受水的影響，致使填充的炮孔巖粉充填密度不足，需在依靠自重填充后，采用炮棍將填充的炮孔巖粉充分搗實(shí)，保證填充密實(shí)程度，提高封孔質(zhì)量。

（4） 爆破參數(shù)調(diào)整方案

分析各爆破參數(shù)變化對(duì)爆破根底的產(chǎn)生情況進(jìn)行分析并擇優(yōu)選擇方案。參數(shù)調(diào)整主要針對(duì)炮孔超深、排距及炸藥單耗進(jìn)行變化，超深調(diào)整為增加0.5 m、1 m 兩種情況，排距按照不變和減小0.5 m 兩種情況，炸藥單耗按照不變和增大至0.4 kg/m3兩種情況。按照正交試驗(yàn)共提出四個(gè)調(diào)整方案，具體方案見表1。

表1 孔網(wǎng)參數(shù)調(diào)整正交試驗(yàn)方案

試驗(yàn)一：超深由2 m 增加至2.5 m，炸藥單耗不變，排距由7 m 降低為6.5 m，孔間距9 m，炮孔深度17 m，裝藥高度10.5 m（含空氣間隔器），炮孔巖粉填充長(zhǎng)度6.5 m，炮孔總數(shù)90 個(gè)，預(yù)計(jì)爆破量87 500 m3。該試驗(yàn)方案在裝藥結(jié)構(gòu)調(diào)整為間隔裝藥情況下，排距變小，炸藥單耗不變，則單孔裝藥量降低。

試驗(yàn)二：超深由2 m 增加至3 m，炸藥單耗量由0.38 kg/m3增加至0.4 kg/m3，排距由7 m 降低為6.5 m，孔間距9 m，炮孔深度17.5 m，裝藥高度11 m（含空氣間隔器），炮孔巖粉填充長(zhǎng)度6.5 m，炮孔總數(shù)90 個(gè)，預(yù)計(jì)爆破量87 500 m3。該試驗(yàn)方案在裝藥結(jié)構(gòu)調(diào)整為間隔裝藥情況下，排距變小，單孔裝藥量不變，炸藥單耗增加。

試驗(yàn)三：超深由2 m 增加至3 m，炸藥單耗不變，排距不變，孔間距9 m，炮孔深度17.5 m，裝藥高度10.5 m（含空氣間隔器），炮孔巖粉填充長(zhǎng)度7 m，炮孔總數(shù)90 個(gè)，預(yù)計(jì)爆破量91 500 m3。該試驗(yàn)方案在裝藥結(jié)構(gòu)調(diào)整為間隔裝藥情況下，排距、炸藥單耗不變，僅超深增加后裝藥位置整體下移。

試驗(yàn)四：超深由2 m 增加至2.5 m，炸藥單耗由0.38 kg/m3增加至0.4 kg/m3，排距不變，孔間距9 m，炮孔深度17 m，裝藥高度11 m（含空氣間隔器），炮孔巖粉填充長(zhǎng)度6 m，炮孔總數(shù)90 個(gè)，預(yù)計(jì)爆破量91 500 m3。該試驗(yàn)方案在裝藥結(jié)構(gòu)調(diào)整為間隔裝藥情況下，排距不變，炸藥單耗增加后，則單孔裝藥量增高。

爆破后出現(xiàn)根底的面積與爆破區(qū)域面積的比值百分率稱之為根底率[5]，將上述四種方案在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過多次爆破試驗(yàn)后，收集各方案平均根底率，然后通過極差分析確定各網(wǎng)孔調(diào)整方案對(duì)發(fā)生根底的效果進(jìn)行排序，從而取得最優(yōu)化方案。

4 參數(shù)優(yōu)化后的極差分析

四種優(yōu)化方案在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施后，各方案平均根底率統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 四種優(yōu)化方案及根底率統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)表2 結(jié)果，對(duì)各方案進(jìn)行極差R分析：

式中：Ki為各因素試驗(yàn)結(jié)果總和；ki為各因素試驗(yàn)的平均結(jié)果。

各爆破參數(shù)優(yōu)化方案通過極差分析后，各因素極差R值越大，則該因素在試驗(yàn)中影響比重越大，反之越小。表3 為各方案下各因素極差分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果，圖3 為各因素對(duì)爆破根底的影響趨勢(shì)圖。

表3 各方案下各因素極差分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖3 各因素對(duì)爆破根底的影響趨勢(shì)圖

通過表3 中所示結(jié)果可知：炸藥單耗極差R值最大，則表示炸藥單耗對(duì)爆破效果影響最大，超深影響次之，排距影響較小。同時(shí)，結(jié)合圖3 中各因素對(duì)爆破根底的影響趨勢(shì)分析，炸藥單耗增加后對(duì)巖石爆破及根底控制效果影響最大，增加超深及縮小炮孔排距也有利于根底率的降低。通過綜合分析，為有效控制爆破根底率，最佳爆破方案為A2B2C1，對(duì)應(yīng)方案為試驗(yàn)二，該方案通過增加炸藥單耗、加大超深及縮小炮孔排距可有效降低根底率。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）大煤溝露天煤礦爆破產(chǎn)生根底的原因主要有炮孔超深不足、炮孔含水影響裝藥重心、炮孔排距過大及填充不夠密實(shí)等因素。

（2）針對(duì)爆破產(chǎn)生根底的原因采取了措施。優(yōu)化了裝藥結(jié)構(gòu)；增加了炮孔超深，解決了含水炮孔裝藥重心偏高問題；強(qiáng)調(diào)填充密實(shí)程度，確保爆破效果；優(yōu)化爆破參數(shù)，有效控制根底率。

（3）通過四種爆破參數(shù)優(yōu)化方案的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施及極差分析，得出增加炸藥單耗、加大超深及縮小炮孔排距可有效降低根底率，方案二為最佳爆破方案，平均根底率僅為3.4%。