哈爾烏素露天煤礦爆破工作提質(zhì)降本實(shí)踐

張鵬姣

（國(guó)家能源集團(tuán) 哈爾烏素露天煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

目前，全世界煤炭產(chǎn)能約63%來(lái)源于露天開采，我國(guó)露天采煤發(fā)展緩慢，比重一直在10%以下。隨著科學(xué)技術(shù)和基礎(chǔ)裝備的發(fā)展，露天開采比例和規(guī)模越來(lái)越大，對(duì)覆蓋層的巖石進(jìn)行松動(dòng)爆破將是越來(lái)越重要的課題[1]。為此，以哈爾烏素露天煤礦為背景，對(duì)露天煤礦大型及特大型松動(dòng)爆破各個(gè)關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)的優(yōu)化進(jìn)行研究。

哈爾烏素露天煤礦屬于世界級(jí)大型露天煤礦，核定生產(chǎn)能力3 500 萬(wàn)t/a。準(zhǔn)能集團(tuán)公司旗下炸藥廠與哈爾烏素露天煤礦是平級(jí)單位，炸藥廠為其生產(chǎn)銨油和乳化等礦用炸藥。炸藥廠配有炸藥混裝車，可將炸藥運(yùn)送至指定炮區(qū)，并配合爆破工完成現(xiàn)場(chǎng)裝藥[2-3]。哈爾烏素露天煤礦設(shè)置穿爆隊(duì)，主要完成鉆孔、爆破和運(yùn)輸火工品等相關(guān)工作。

1 布孔控制

布孔是爆破工程現(xiàn)場(chǎng)施工的第1 步，對(duì)爆破工程質(zhì)量的影響是不可忽視的環(huán)節(jié)，孔網(wǎng)參數(shù)直接決定著炮區(qū)爆破后巖石塊度，特別是靠近臺(tái)階邊緣的孔位結(jié)構(gòu)，會(huì)對(duì)爆堆形狀和爆量推落距離有較大影響，因此布置前排孔時(shí)需要觀察臺(tái)階自由面情況。

1）布孔區(qū)域的處理要素。確定布孔區(qū)域后需撤離電纜、推平場(chǎng)地及修筑周邊擋墻等，盡可能平整布孔區(qū)域、清理掉浮塊，為鉆機(jī)作業(yè)和后續(xù)炸藥車行走創(chuàng)造良好環(huán)境。因?yàn)椴删虿槐M遺留的虛量或工作面清理不盡導(dǎo)致炮區(qū)表層浮塊密集，會(huì)造成后續(xù)施工的一系列問(wèn)題，裝藥前再清理孔口浮塊特別費(fèi)勁，甚至無(wú)法清理。放置導(dǎo)爆管、數(shù)碼雷管和起爆彈時(shí)可能會(huì)將浮塊刮落，引發(fā)事故；充填時(shí)也可能將石塊刮入孔內(nèi)，砸斷導(dǎo)爆管或爆后飛石。由于礦山地質(zhì)條件復(fù)雜，部分地段為土巖結(jié)合面，甚至有鈣質(zhì)結(jié)核等半硬臺(tái)階，且部分作業(yè)區(qū)域受設(shè)備及征地等情況影響，呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，為布孔工作帶來(lái)困難，實(shí)際布孔時(shí)需要有豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。目前，哈爾烏素露天煤礦部分炮區(qū)依然采用人工布孔，布孔施工人員根據(jù)既定孔網(wǎng)參數(shù)，將彩色塑料袋按網(wǎng)格狀布置，后續(xù)再觀察臺(tái)階自由面及邊角情況，適當(dāng)增減孔位[4-5]。

2）卡調(diào)布孔系統(tǒng)的應(yīng)用?？ㄕ{(diào)布孔系統(tǒng)的應(yīng)用是科技創(chuàng)新應(yīng)用在實(shí)際的爆破作業(yè)中較好的例子，不同于小型礦山或其他零星爆破工程，哈爾烏素露天煤礦的炮區(qū)在國(guó)內(nèi)甚至國(guó)際上都屬于大型爆破區(qū)域，大部分的炮區(qū)有500 多孔位，單次爆破面積達(dá)到4 萬(wàn)m2。傳統(tǒng)的人工布孔是在炮區(qū)擺放塑料袋，引導(dǎo)鉆機(jī)鉆孔，特別是布置大的炮區(qū)，人工布孔的工作量十分巨大，容易發(fā)生孔位偏差?？ㄕ{(diào)系統(tǒng)可根據(jù)炮區(qū)周邊控制點(diǎn)智能布置炮孔，布孔人員只需要測(cè)量控制點(diǎn)坐標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)既定參數(shù)核算出孔位分布圖，設(shè)計(jì)人員調(diào)整后將數(shù)據(jù)發(fā)送至鉆機(jī)的接收器上，利用定位裝置實(shí)現(xiàn)卡調(diào)系統(tǒng)輔助對(duì)孔位。司機(jī)操縱鉆機(jī)，按照駕駛室內(nèi)的顯示屏提示箭頭對(duì)準(zhǔn)孔位，替代人工指揮。針對(duì)部分前排孔，卡調(diào)系統(tǒng)不能全部合理的編排，布孔人員現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)充即可?？ㄕ{(diào)布孔可節(jié)約布孔人員大量的體力勞動(dòng)，針對(duì)大型的平整炮區(qū)具有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。但是部分小型或地形條件復(fù)雜的炮區(qū)依然需要人工布孔，并且由于適用條件有限及價(jià)格昂貴等原因，大部分民營(yíng)爆破隊(duì)伍也很少投入資金購(gòu)買。這些因素隨著爆破工程整體行業(yè)水平的發(fā)展會(huì)逐步緩解，卡調(diào)系統(tǒng)將會(huì)更加普及[6-7]。

2 鉆孔控制

哈爾烏素露天煤礦目前使用的鉆機(jī)主要有山特維克公司制造的1190E 礦用電動(dòng)履帶式牙輪鉆機(jī)和D245S 履帶自行式柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)全液壓牙輪鉆機(jī)；阿特拉斯公司制造的DM75 型電驅(qū)動(dòng)牙輪鉆機(jī)和DM45 型履帶自行式柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)牙輪鉆機(jī)。其中1190E 和DM75 型號(hào)是電鉆，鉆孔直徑分別為310 mm 和250 mm，主要用于巖石鉆孔；D245S 和DM45型號(hào)是柴油內(nèi)燃機(jī)鉆機(jī)，鉆孔直徑均為200 mm，主要用于煤層和部分零星鉆孔工程。目前，哈爾烏素露天煤礦巖石剝離量大，大型電鉆數(shù)量和作業(yè)量占比大一些[8]。

1）鉆孔設(shè)備的應(yīng)用。電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)和內(nèi)燃機(jī)鉆機(jī)在哈爾烏素露天煤礦實(shí)際應(yīng)用中均體現(xiàn)出不同的優(yōu)點(diǎn)，坑下作業(yè)的大型采掘設(shè)備是電鏟，供電時(shí)一并分線給電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，實(shí)現(xiàn)清潔節(jié)能；缺點(diǎn)是鉆機(jī)行走作業(yè)時(shí)拖拽電纜，產(chǎn)生了一部分輔助工作。因?yàn)閹r石炮區(qū)鉆孔區(qū)域大、走鉆頻率較低，大孔徑電鉆實(shí)際多應(yīng)用在巖石鉆孔工作。其中1190E 鉆機(jī)因?yàn)榭梢源騼A斜孔，還被用在端幫預(yù)裂孔鉆孔工程（孔徑310 mm）。不過(guò)如此大孔徑的預(yù)裂爆破國(guó)內(nèi)應(yīng)用的并不多，而應(yīng)用到30 m 的高端幫一次成型預(yù)裂爆破更少。柴油內(nèi)燃機(jī)鉆機(jī)主要應(yīng)用在煤層和部分零星鉆孔工程，因其體積小、沒(méi)有電纜拖拽，可較為靈活自由的行走至一些崎嶇地段，且孔徑小利于提高塊煤比例。這些都是大型電鉆不具備的優(yōu)點(diǎn)，也是無(wú)法徹底摒棄小型內(nèi)燃鉆機(jī)的原因。

2）鉆孔超深實(shí)踐。哈爾烏素露天煤礦巖石臺(tái)階高度15 m，要求單臺(tái)階1 次穿透爆破，考慮到實(shí)際工作面起伏誤差，臺(tái)階高度基本為13～17 m，個(gè)別特殊位置臺(tái)階高度可至20 m。理論方法同生產(chǎn) 現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，2 種類型的巖石鉆機(jī)確定孔網(wǎng)參數(shù)8 m×12 m 和7 m×11 m、超深2 m，特殊位置超深3 m；這個(gè)超深值可滿足控制底板標(biāo)高的要求，即電鏟采掘完畢后平盤標(biāo)高和設(shè)計(jì)值相符。由于鉆孔設(shè)備大型化，相應(yīng)的孔網(wǎng)參數(shù)較大。正常位置按照超深2 m 爆破，爆破后的漏斗在電鏟采掘時(shí)基本不會(huì)明顯的出露，爆破漏斗之間的硬幫也沒(méi)有較明顯的影響采裝；此時(shí)履帶推土機(jī)進(jìn)行場(chǎng)地平整，也可以觸及到漏斗之間的硬巖，證實(shí)了超深參數(shù)選取較為合理。底部有硬沙巖等特殊工程位置，超深增加1 m，基本可破碎底部硬巖、避免產(chǎn)生拉底。個(gè)別特殊的超高臺(tái)階可達(dá)18 m，加上超深2 m，要求鉆孔深度20 m，使用2 根鉆桿就可以完成鉆孔，效率比較高。例如DM75 鉆機(jī)1 根鉆桿長(zhǎng)度10.7 m，2 根鉆桿即可，不需要再接桿，因?yàn)槊慷嘟有? 根鉆桿，就會(huì)大幅度的降低單位時(shí)間內(nèi)鉆機(jī)的進(jìn)米量。

3 驗(yàn)孔控制

驗(yàn)孔工作是介于鉆孔和裝藥中間的一道較小工序，工作量小、用時(shí)較短。驗(yàn)孔的主要目的是排查炮孔是否合格，檢查孔網(wǎng)參數(shù)、炮孔深度、水孔、塌孔等情況。對(duì)于哈爾烏素露天煤礦，驗(yàn)孔是類似與第三方的監(jiān)理功能，用于記錄鉆機(jī)進(jìn)米，給鉆機(jī)司機(jī)核算工資。驗(yàn)孔工作要在爆破人員攜帶工器具前往炮區(qū)作業(yè)前完成，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的不合格炮孔及時(shí)記錄并通知鉆機(jī)補(bǔ)孔；發(fā)現(xiàn)水孔及時(shí)標(biāo)記并明確水深淺，同時(shí)通知爆破人員提前準(zhǔn)備乳化炸藥或者空氣間隔器。個(gè)別時(shí)候受其他原因影響，驗(yàn)孔工作滯后，進(jìn)入炮區(qū)的爆破工也做了一部分驗(yàn)孔工作，發(fā)現(xiàn)鉆孔問(wèn)題，并采取了一些行之有效的措施。

4 裝藥控制

1）裝藥精度及方式。露天煤礦的大型松動(dòng)爆破有著臺(tái)階高、面積大、炮孔多、炸藥量多等特點(diǎn)。哈爾烏素露天煤礦和黑岱溝露天煤礦爆破區(qū)域空曠，爆破作業(yè)的最小單位精度要求較低，實(shí)際的裝藥誤差甚至超過(guò)公斤級(jí)也不會(huì)影響爆破效果?，F(xiàn)場(chǎng)采用一種控制充填高度、剩余孔深全部裝藥的方式，常用充填高度基本6～7 m 左右?；煅b炸藥車不停的向孔內(nèi)注入銨油炸藥，裝藥人員利用皮尺測(cè)量上升的藥柱至孔口的距離，達(dá)到既定高度時(shí)示意混裝車司機(jī)停止裝藥。這種裝藥方式是結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況所創(chuàng)造的，是一種較為實(shí)用的高效的裝藥方式。

2）裝藥人員的基本要求。一般是要求有豐富的炮區(qū)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)、有責(zé)任心、對(duì)炸藥屬性比較了解且身體素質(zhì)較好的爆破工。根據(jù)既定的裝藥參數(shù)并結(jié)合實(shí)際情況完成裝藥工作，在裝藥過(guò)程中要有一定的處理突發(fā)事件能力，比如遇到巖石裂隙、導(dǎo)爆管掉落或混裝車不出油等情況時(shí)能合理處置。

3）炮區(qū)負(fù)責(zé)人的基本要求。對(duì)于大部分常規(guī)性的爆破，炮區(qū)負(fù)責(zé)人要做到心中有數(shù)，對(duì)于爆堆隆起高度、隆起形狀、前沖距離、易發(fā)生沖炮的方位、甚至可能發(fā)生飛石的距離等做到全面的把控。并且需要在調(diào)動(dòng)炸藥車、分工人員、確定前排孔裝藥量、劃定警戒范圍、聯(lián)系設(shè)備避炮及爆后檢查或處置盲炮等工作上有合理的安排。炮區(qū)負(fù)責(zé)人必須了解最真實(shí)的裝藥情況，爆后第一時(shí)間檢查爆堆前沖、隆起、單孔隆起、后排拉溝及破碎塊度等情況。全程跟蹤采掘，查看揭露面、觀察爆堆內(nèi)部巖石破碎及靠幫預(yù)裂等情況。

4）分段裝藥的應(yīng)用情況。分段裝藥在哈爾烏素露天煤礦松動(dòng)爆破作業(yè)中應(yīng)用的并不廣泛，原因有多方面，同混裝炸藥車連續(xù)裝藥比較，分段裝藥帶來(lái)的復(fù)雜工序使得勞動(dòng)量大幅度增加；相比較付出的辛苦，在爆破效果方面體現(xiàn)的并不明顯，甚至一些炮區(qū)采用分段裝藥后和正常裝藥的爆破效果沒(méi)有區(qū)別。理論上，分段裝藥可以將臺(tái)階上層的硬巖破碎，或者利用較少的炸藥量爆碎煤層或低硬度的巖層，或者利用在預(yù)裂孔爆破。但是在目前的施工作業(yè)模式、技術(shù)水平及部分施工環(huán)節(jié)的精細(xì)程度上難以取得較好的效果，需要時(shí)間積累、提升整體行業(yè)水平。

5）爆破塊度的影響。哈爾烏素露天煤礦主要使用WK-55 和495-HR 系列電鏟，鏟斗容積約60 m3，正常情況下3 勺或4 勺可以裝滿1 車，但是遭遇不好的爆破量后裝車效率會(huì)大打折扣。實(shí)踐證明，爆破后塊度越大，采裝越費(fèi)勁，若整體碎裂塊度偏大（比如爆量全都是近1 m 的塊），即使塊度均勻，采裝效率仍會(huì)有明顯的下降，如果出現(xiàn)直徑太大的大塊則需要單獨(dú)裝勺1 次，甚至停下來(lái)破碎，嚴(yán)重的影響采裝效率。采裝塊度大的爆量，電鏟勺尖不易切入，巖塊的碰撞和挫挪給采掘設(shè)備帶來(lái)劇烈的震顫，磨損件消耗嚴(yán)重、機(jī)械故障率增加。單純的從采裝這一環(huán)節(jié)來(lái)看，爆破后的塊度越小，越容易采裝，設(shè)備故障率越低，但是對(duì)應(yīng)的鉆孔工作量大，消耗的炸藥量多、成本高。當(dāng)然，錯(cuò)誤的、暴力的操作習(xí)慣和部分意外磕碰事件是設(shè)備故障的主要原因。總的來(lái)說(shuō)，人的因素是主要的。

5 爆破效果和爆破安全

爆破效果和爆破安全并不矛盾，不可單純的理解為炸藥裝的多，爆破效果就好，炸藥裝的少，爆破效果就差；也不可以理解為炸藥裝的多，就會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，炸藥裝的少，就可以保證安全，客觀地說(shuō)也不存在犧牲爆破效果保安全的說(shuō)法。相反，爆破效果和爆破安全是不可分割的，兩者之間是基于良好的爆破技術(shù)上相輔相成的關(guān)系。

爆破安全是首當(dāng)其沖的施工要求，沒(méi)有安全任何效益都徒勞，但是爆破效果也是施工企業(yè)甚至整個(gè)行業(yè)必須追求的目標(biāo)。產(chǎn)能大的露天礦山，作業(yè)臺(tái)階多，基本每天都要進(jìn)行爆破施工，限于行業(yè)整體水平、爆破材料優(yōu)劣、工器具先進(jìn)程度、作業(yè)環(huán)境及部分不可控因素，爆破工作沒(méi)有百分百的安全。爆破后的工程質(zhì)量也不可能做到百分百符合設(shè)計(jì)，所以爆破安全管理的核心就是確保工程質(zhì)量的前提下無(wú)限降低事故發(fā)生的概率。

炸藥、火工品擁有固定屬性，屬性輕微變化對(duì)單次爆破效果不會(huì)有明顯影響，影響爆破效果的主要因素是孔網(wǎng)布置、裝藥高度及巖石性質(zhì)。特別是要破碎臺(tái)階頂層的硬巖需要提升藥柱高度，條件允許可分段裝藥，必要的時(shí)候還需要加密鉆孔。加密孔、多裝藥意味著爆破能量大、前沖距離遠(yuǎn)，在施工時(shí)精確控制充填高度，并采取較為安全的警戒方式。

6 提質(zhì)降本關(guān)鍵點(diǎn)

1）提高爆破質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)。布孔作業(yè)時(shí)必須將待布孔區(qū)域觀察明白，根據(jù)臺(tái)階揭露面觀察整個(gè)炮區(qū)的巖石情況，總體衡量巖石硬度、結(jié)構(gòu)及爆后塊度需求，規(guī)劃孔網(wǎng)參數(shù)。爆破設(shè)計(jì)人員和施工人員需重點(diǎn)根據(jù)以往爆破經(jīng)驗(yàn)，摸索出目前使用炸藥的威力，再規(guī)劃炮區(qū)各孔位的裝藥高度，其中，不止是前排孔需要重點(diǎn)把控，后排孔也需要有所減藥控制，預(yù)防拉裂后排巖層，造成下一幅爆量頂部聚集大塊。炮區(qū)負(fù)責(zé)人需要全面把控整個(gè)炮區(qū)的情況，特別要知道每一個(gè)前排孔的裝藥高度、抵抗線及自由面情況，最終做到能預(yù)估出爆破后巖石碎裂程度、爆堆的形狀及大概的飛石情況。

2）降低單耗、節(jié)約成本的重點(diǎn)措施。普通巖層的爆破不是降低單耗的重點(diǎn)，對(duì)待普通巖層爆破如果一味的降低單耗雖然可以節(jié)約炸藥，但是爆破塊度會(huì)增大。實(shí)踐證明，采挖塊度較大的爆量效率低，而且對(duì)設(shè)備的損傷非常嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障率增加、維修成本提高，等于變相將節(jié)約炸藥的成本轉(zhuǎn)嫁到維修成本上。通過(guò)大量的爆破施工作業(yè)發(fā)現(xiàn)，松動(dòng)爆破節(jié)約炸藥最大的可操作空間在于地表土巖分界處和部分泥巖等易碎巖石的爆破。這2 個(gè)工程位置都接近地表，地表土巖分界容易形成土巖混合臺(tái)階，爆破時(shí)根據(jù)鉆孔上粉情況確定巖層深度和厚度，裝藥時(shí)控制裝藥結(jié)構(gòu)，即使藥量小一些也能起到爆破效果；部分泥巖等易碎巖石區(qū)域容易出現(xiàn)泥沙巖臺(tái)階，爆破時(shí)稍微震動(dòng)即可碎裂，該類巖石爆破盡可能采用分段裝藥，克服工序繁瑣的困難、悉心操作，可在保證不影響采挖的前提下節(jié)約較多的炸藥。

7 結(jié)語(yǔ)

介紹了哈爾烏素露天煤礦松動(dòng)爆破各個(gè)關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)，重點(diǎn)分析了布孔、裝藥及塊度控制等方面的情況，指出了提高爆破質(zhì)量、降低爆破成本的關(guān)鍵點(diǎn)。研究成果可供行業(yè)內(nèi)相關(guān)的企業(yè)或者爆破隊(duì)伍借鑒。