底盤抵抗線對露天臺階底盤平整度的影響

李順波，毛龍飛，言 峰，張貴峰

（1.安徽江南化工股份有限公司，安徽 合肥 230093；2.新疆天河爆破工程有限公司，新疆 庫車 842300）

目前深孔臺階爆破是露天煤礦石方剝離爆破中普遍采取的爆破方法。然而，深孔臺階爆破時又普遍存在大塊率偏高和殘留根底等問題，不僅影響鏟裝效率，還增加了二次施工成本。在爆破過程中對根底的產(chǎn)生影響因素較多，國內(nèi)的眾多學(xué)者展開了大量的研究工作[1-6]，學(xué)者針對不同的礦山環(huán)境給出來不盡相同的解決方案。姜漢磊等[7]針對性地對超深、孔網(wǎng)參數(shù)、炮孔布置方式及起爆順序進行改進，有效地降低根底率的產(chǎn)生；陳晶晶等[8]對近千次爆破實際工程進行觀察與分析，在爆破參數(shù)及其他因素基本合理的情況下，通過局部加大超深，設(shè)定合理氣爆方式，可以有效改善臺階的根底率。

雖然影響爆破質(zhì)量的因素很多，但對于一個具體的露天礦臺階爆破工程而言，每一次臺階爆破所涉及的開采條件、礦石賦存、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、臺階高度、鉆孔設(shè)備甚至炸藥均具有一定的相似性。通過長期的爆破實踐和經(jīng)驗總結(jié)，在同一個露天礦山爆破開采中，綜合考慮經(jīng)濟成本，在各種不同的地質(zhì)條件下，不同巖體爆破的單耗、孔網(wǎng)參數(shù)、底盤抵抗線、超深及裝藥填塞都會有1 個合理的數(shù)值（一般來說不會有太大變化，而且爆破過程中不可避免地留下一定數(shù)量的根底）。

根據(jù)相關(guān)學(xué)者的研究，影響露天深孔臺階爆破根底率的主要因素有[9-11]：鉆孔質(zhì)量、爆破器材的選擇、深孔臺階爆破的孔網(wǎng)參數(shù)、超深、底盤抵抗線的大小、填塞長度、臺階深孔爆破逐排爆破排間的延時時間等。

根據(jù)爆破沖擊波使礦巖受力位移情況分析，爆破作業(yè)后產(chǎn)生根底的原因主要是爆破沖擊力偏小，無法使部分礦巖產(chǎn)生明顯的破壞和位移。臺階底盤抵抗線偏大，巖石得不到足夠炸藥能量而使其不能充分破碎移動，因而形成根底。為此，結(jié)合礦山生產(chǎn)實際，通過3Dmine 軟件對臺階爆破中底盤抵抗線的控制，研究底板平整度的局部變化規(guī)律。

1 工程概況

阿爾格敏露天煤礦位于拜城縣北東方向70 km、拜城縣黑英山鄉(xiāng)阿爾果木村北部。地處天山南麓山前地帶，黑英山盆地西北緣，核定年生產(chǎn)能力1.2 Mt。采區(qū)走向為南北走向，規(guī)劃采區(qū)南北長度為1.72～2.43 km，東西寬度為1.20～1.41 km 。現(xiàn)劃分為南北2 個條區(qū)，采用臺階深孔爆破來完成采區(qū)巖體的破碎。臺階高度10～12 m，臺階坡面角70°～80°，鉆孔直徑120 mm。炸藥類型為多孔粒狀混裝銨油炸藥。

采區(qū)巖石普氏系數(shù)為6～10，巖層傾角23°～27°，由于采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，爆后采區(qū)局部臺階底板平整度并不理想。

2 試驗參數(shù)

2.1 底盤抵抗線

目前確定底盤抵抗線可以根據(jù)炮孔直徑或改進巴隆公式進行計算獲得。

根據(jù)炮孔直徑可以確定底盤抵抗線W1大致范圍：

式中：K 為系數(shù)，軟巖取大值45，硬巖取小值25；D 為鉆機鉆孔直徑，120 mm。

根據(jù)改進巴隆公式確定W1參數(shù)范圍：

式中：ρ′為炸藥密度，多孔?；煅b銨油炸藥密度取850 g/m3；τ 為裝藥系數(shù)，裝藥長度與炮孔長度的比值，通常取0.65，根據(jù)實際情況取0.7；m 為炮孔密集系數(shù)，即孔距與抵抗線的比值，通常取值1.2～1.5，這里根據(jù)實際情況取1.7；q 為單位炸藥消耗量，根據(jù)實際情況取0.45 kg/m3。

由式（1）可以得到W1＝3 m，根據(jù)實地多次測量與比較發(fā)現(xiàn)計算值偏小，式（1）中未考慮坡面角的影響，即坡頂距等于底盤抵抗線。

根據(jù)現(xiàn)場實際測量數(shù)據(jù)，臺階坡面角α＝70°～80°，根據(jù)實際情況將巴隆公式可以寫成：

式中：H 為臺階高度，取10.5 m；L 為炮孔深度，是臺階高度與超深之和，m；α 為臺階坡面角度，（°）。

取α＝70°，求得W1＝4.2 m；取α＝80°，求得W1＝3.6 m。

綜上，考慮誤差的影響，最終確定前排底盤抵抗線的取值范圍為3.6～4.8 m。

2.2 爆破參數(shù)

為了確保試驗結(jié)果的有效性，減少其他因素的影響，試驗區(qū)域必須足夠長且保證巖性一致，斷面巖層厚度大于6 m，地質(zhì)構(gòu)造單一，無不良地質(zhì)段。最終確認(rèn)試驗區(qū)域為＋1 800 m 水平平臺，平臺長度307 m，巖性為深灰色致密細(xì)砂巖，試驗區(qū)域尺寸為33.6 m×11.2 m，共計設(shè)置5 個試驗區(qū)域；試驗變量：臺階底盤抵抗線為3.6、3.9、4.2、4.5、4.8 m，用大寫英文字母A、B、C、D、E 表示試驗區(qū)域代號予以區(qū)分，如抵抗線為3.6 m 為A 試驗區(qū)。

爆破各項參數(shù)遵從實際生產(chǎn)，爆破參數(shù)如下：①孔網(wǎng)參數(shù)：5.6 m×3.2 m；②超深：1 m；③炸藥類型：多孔粒狀混裝銨油炸藥；④臺階坡面角：75°；⑤填塞長度：2.6 m；⑥炸藥單耗：0.45 kg/m3。

3 試驗結(jié)果

使用RTK 儀器沿試驗平臺底部進行點位采集，用采集的數(shù)據(jù)在3Dmine 軟件上連接成多段線，并對多段線進行擬合得到較為平滑的多段線，作為試驗平臺的坡底線。

利用得到的平臺坡底線，進行沿線布孔，根據(jù)單元試驗區(qū)域中底盤抵抗線的大小進行偏移設(shè)置，最終得到設(shè)計孔位，試驗區(qū)域設(shè)計孔位圖如圖1。

圖1 試驗區(qū)域設(shè)計孔位圖

將最終得到的設(shè)計孔位的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進行提取并導(dǎo)入RTK 儀器的手部中，并進行現(xiàn)場孔位放樣。

待爆后堆料挖運完，使用RTK 儀器對試驗區(qū)域進行底板高程的測定，確保測點的均勻性，各個單元試驗區(qū)域的測點數(shù)應(yīng)保持一致。

將試驗區(qū)域的底板高程數(shù)據(jù)導(dǎo)入AutoCAD 軟件中，并建立三角網(wǎng)，利用三角網(wǎng)繪制等高線，保存文件，導(dǎo)入到3Dmine 軟件中，再對其數(shù)據(jù)建立DTM面模型，在此基礎(chǔ)上建立三維模型，并進行顏色渲染，最終得到的可視化效果圖。

按上述方法將各試驗區(qū)域高程數(shù)據(jù)導(dǎo)入3Dmine 生成效果圖，并對比分析不同抵抗線條件下底板平整度情況，3Dmine 軟件臺階高程可視化處理效果圖如圖2。

圖2 3Dmine 軟件臺階高程可視化處理效果圖

從圖2 中可以看出：

1）A 區(qū)域。最大底板高程差1.02 m，測點數(shù)50，平均高程＋1 789.43 m，以露天煤礦標(biāo)準(zhǔn)化平整度審核標(biāo)準(zhǔn)±50 cm 的要求，A 區(qū)域達標(biāo)率42.9%，其中，高程范圍＋1 789.8～＋1 790 m 的占達標(biāo)數(shù)的33.3%，＋1 789.5～＋1 789.8 m 的占66.7%，可見A 區(qū)域的達標(biāo)率低，區(qū)域普遍超挖。

2）B 區(qū)域。最大底板高程差1.20 m，測點數(shù)50，平均高程＋1 790.08 m，B 區(qū)域達標(biāo)率94.0%，其中高程范圍＋1 789.8～＋1 790.2 m 的占達標(biāo)數(shù)的59.6%，可見B 區(qū)域達標(biāo)率較好，最大底板高程差偏高，樣本數(shù)據(jù)離散性大，均勻性一般。

3）C 區(qū)域。最大底板高程差0.93 m，測點數(shù)50，平均高程＋1 790.01 m，C 區(qū)域達標(biāo)率98.6%，其中高程范圍＋1 789.8～＋1 790.2 m的占達標(biāo)數(shù)的，69.1%，可見C 區(qū)域不管是達標(biāo)率還是數(shù)據(jù)離散性都較為理想。

4）D 區(qū)域。最大底板高程差0.79 m，測定數(shù)50，平均高程＋1 790.06 m，D 區(qū)域達標(biāo)率100%，其中高程范圍＋1 789.8～＋1 790.2 m 的占達標(biāo)數(shù)的，60.0%，可見D 區(qū)域達標(biāo)率完全合格，僅局部數(shù)據(jù)存在離散性稍大，總體良好。

5）E 區(qū)域。最大底板高程差1.63 m，測點數(shù)50，平均高程＋1 790.07 m，E 區(qū)域達標(biāo)率84.3%，其中高程范圍＋1 789.8～＋1 790.2 m 的占達標(biāo)數(shù)的30.2%，可見E 區(qū)域雖然達標(biāo)率高，但局部高程數(shù)據(jù)離散性大，均勻性差。

通過分析可知：A 區(qū)域前排底盤抵抗線3.6 m過小，導(dǎo)致爆破能量過早從前排逸出，爆破能量利用率低，在同等排間延時的情況下，巖塊移動速度較快，爆破內(nèi)部作用的時間短，導(dǎo)致后排高程偏高，同時從離散性分析表中也可以看出此區(qū)域數(shù)據(jù)偏差性較大；E 區(qū)域前排底盤抵抗線4.8 m 過大，爆破內(nèi)部的作用時間較長，巖塊推出速度慢，臺階底部受的夾制作用較大，表現(xiàn)為前排高程偏高；B、C、D 區(qū)域情況介于A、E 區(qū)域之間；綜合看C、D 區(qū)域的底盤抵抗線較適合，接近理想狀態(tài)。

4 結(jié)語

1）盤抵抗線介于4.2～4.5 m 時，試驗臺階平整度能達到趨于理想的狀態(tài)。在底盤抵抗線為4.5 m時，底板高程完全達標(biāo)。

2）借助3Dmine 軟件，可以清楚地展現(xiàn)臺階的平整度情況，這為臺階鉆孔的超深選擇提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐，同時能針對不同地質(zhì)情況通過數(shù)據(jù)的分析提出正確的技術(shù)性參數(shù)的決斷，從而達到滿足臺階平整度要求的目標(biāo)，為爆破施工作業(yè)提供現(xiàn)實性的，有依據(jù)的技術(shù)性指導(dǎo)。