黑山露天煤礦非構造裂隙巖體爆破網路設計與優化

陳亞軍，常治國，毛金峰，王金軍

(1.新疆工程學院，新疆 烏魯木齊 830091；2.新疆黑山露天煤礦，新疆 米泉 831400)

黑山露天煤礦非構造裂隙巖體爆破網路設計與優化

陳亞軍1，常治國1，毛金峰1，王金軍2

(1.新疆工程學院，新疆 烏魯木齊 830091；2.新疆黑山露天煤礦，新疆 米泉 831400)

在長期干旱、多風、少雨氣候條件作用下，巖體結構會發生變化，巖體內會有大量的節理和裂隙，爆破作業時，巖石大塊率高，爆堆不規整，飛石傷人事故經常發生。在爆破試驗基礎上，設計采用不對稱的”V”型斜線逐孔毫秒微差起爆網路，大區深孔爆破，可以增加自由面，環向拉應力和徑向拉應力作用效果明顯。本文通過黑山露天煤礦非構造裂隙爆破理論與實踐，使巖石爆破大塊率降低5%～7%，大大提高爆破效果。

露天煤礦；非構造裂隙；爆破網路

非構造裂隙的地質條件在新疆黑山露天煤礦顯現的非常突出，尤其是在地表以下30m的淺部基巖層，其構造特征完全可以通過被揭露的采場斷面描述出來，如圖1所示。該礦地處丘陵地帶，采場海拔平均標高2400～2800m，主要巖性為硬砂巖、中砂巖和碳質泥巖。礦區氣候干旱、少雨、多風，屬于典型的內陸亞干旱荒漠氣候帶，巖石表面分化剝蝕嚴重，裂隙發育，層理明顯，均質性很差，屬非構造裂隙巖體。

1 巖體構造分析

該礦區地勢起伏較大，北高南底、東高西底，經過長期干旱、少雨、多風的氣候影響，北部巖體風化剝蝕嚴重，裂隙作用明顯。巖石傾斜方向由北向南，傾角25°左右，巖石賦存自上而下為第四系戈壁土、中砂巖和硬砂巖。從爆破前的臺階斷面上看，上部戈壁土厚度2～3m，可直接開挖；下部基巖需要爆破。

1)在走向方向上，巖體硬度變化不大，硬度值f=6～8，但受非構造裂隙作用，采場東部巖體完整性較西部巖體差，裂隙比較發育，爆破以后容易產生大塊。從采掘斷面巖體構造分析，裂隙大小不一，分布不均勻，多為沿傾斜方向延伸和分布，以剪節理作用為主，局部地段也受張節理作用，方位不穩定，見圖1(a)。根據現場統計，爆破以后巖體大塊發生率60%左右，大塊平均尺寸：2.5m×2m×1.5m，見圖1(b)。

圖1 非構造裂隙巖體

2)在垂直方向上，采掘標高越高，臺階上巖體所形成的裂隙就越多，裂隙作用越明顯。其影響深度在9～17m左右，隨著開采深度加大，下部臺階裂隙則相對較少，裂隙作用減弱，臺階下部巖體大塊率發生率較臺階上部減少20%左右。受結構面影響，破碎的巖塊最容易從受裂隙作用大的地方拋出，爆堆拋出遠，不規整，見圖1(c)。

3)在淺部露頭，許多非構造裂隙常常組成共軛x型，爆破以后巖塊形狀有別、間距不同、交角各異、完整性很差。

4)在傾斜方向上，自北向南隨著地勢變低裂隙作用也明顯減弱，在南部邊邦隨著工作幫的推進和降深，巖體結構逐漸趨于均質化，爆破效果有所改善。

2 巖石爆破的主要問題

1)非構造裂隙多沿傾斜方向分布，巖石受結構面的影響，若采用原有的直線型布孔排間毫秒微差小規模爆破，排間作用方向明顯，當裂隙方向和排間作用方向相同時，爆炸應力波和爆生氣體會使原有裂隙進一步錯動和擴張，受徑向壓應力作用進而使巖體破裂，并在順層方向產生許多大塊。

2)爆堆拋出遠，較小的巖塊從臺階下部被完全拋出達5～7m多，而臺階上部巖石裂縫多、大塊多，爆破作用不夠直接呈沉降型。

3)爆堆后沖大、裂隙多，形成很大的裂溝，有些由臺階頂部直接開裂至底部，給采裝帶來很大困難，二次爆破量大。

4)為了避免大區爆破出現大量巖石大塊，該礦一直采用直線型排間毫秒微差深孔爆破，爆區長度不足50m，小于三排孔爆破，一次爆破量不到1.5萬m3，不夠挖掘機3天采裝，爆破作業頻繁，開采效率低。

3 起爆網路設計與優化

受非構造裂隙的作用和影響，原設計采用的直線型排間和孔間毫秒微差深孔爆破巖石破碎效果不明顯。少部分巖塊是由爆破作用直接產生的以外，大部分巖塊是因爆炸應力波沿巖體原有的節理裂隙錯動擴張而產生。為了提高爆破效果，減少巖石大塊率，設計起爆網路如圖2所示。

1)在穿爆參數和采掘條件相同的情況下，設計要求炮區需具有兩個以上側向自由面，沿正向自由面方向其炮孔數應多于側向自由面。

2)設計采用不對稱的“V”型斜線逐孔毫秒微差起爆網路，大區深孔爆破，每次爆破在5排孔以上，每排不少于15個孔。

3)炮孔之間用非電導爆管連接，起爆點位于兩側向自由面坡頂交匯處，爆轟沿斜線由外向內傳播。孔內全部采用15段的延遲導爆管雷管起爆，以延長起爆時間防止地面飛石將爆區后面的起爆網路炸斷而產生拒爆。

4)孔間毫秒微差50ms，排間毫秒微差100～150ms。

圖2 起爆設計網路

4 爆破效果評價

4.1 增加自由面

沿連線方向，每個炮孔之間逐孔微差50ms，每個炮孔起爆時都會有之前炮孔逐次爆破產生的2～3個側向自由面，比直線排間微差起爆每個炮孔增加了1～2個自由面，每個炮孔爆破的巖石都會受到鄰近炮孔隨后逐次起爆對其進行的2～3次破碎，大大增加了炮孔之間巖石反復作用次數和破碎時間，使來自于不用方向的爆破作用都相互集中在某個炮孔的巖石上，大塊率降低至35%左右，大塊率減少5%～7%。

4.2 環向拉應力和徑向拉應力作用明顯

從現場巖塊破碎形狀分析，多呈不規則狀，巖塊切割嚴重，從破碎的斷面上看，一些破裂面并不是在原有裂隙基礎上擴大產生的，而是在不同方向上對巖塊的壓縮應力波的沖擊作用下產生的新裂隙，這些新裂隙經過爆生氣體對巖石的徑向壓縮和環向拉伸作用后，遇自由面再產生徑向拉應力的作用，使大塊巖石明顯減少，現場統計，巖塊平均尺寸：1.5m×1.0m×0.5m，破碎效果明顯。

4.3 順層大塊拋出減弱

在斜線起爆區的下部炮區，大多數炮孔接近正向自由面，爆破產生的大塊容易沿正向自由面方向順層拋出，主要問題是先起爆的孔最接近正向自由面，后起爆的孔由于推墻作用，加速了前排孔爆堆沿傾斜方向的拋出。采用逐孔斜線起爆，加大正向自由面沿走向方向的炮孔間隔時間，減少斜線方向炮孔間隔時間，改變后起爆孔對前期爆孔的推墻作用方向，使推墻作用由外向內和向側向自由面方向。據現場觀察，爆堆拋出距離減少2～3m。

4.4 爆堆呈堆積狀

由于爆破作用方向的改變，巖塊順層拋出減弱，前排孔爆破的巖堆為后排孔提供了的碴體，進一步阻礙了后排孔爆破爆堆的拋擲方向，爆堆呈堆積狀，局部有隆起現象，沉降減小，爆堆集中便于采裝。

5 結語

對于黑山露天煤礦非構造裂隙巖體的爆破，應首先對巖體構造，節理裂隙大小和結構面狀況進行現場勘查和數據資料分析，通過進一步對爆破網路的設計和優化，在不影響露天煤礦安全作業前提下，進一步創造和改善爆破作業條件，在現場反復爆破試驗的基礎上，基本解決黑山露天煤礦非構造裂隙巖體爆破效果差，巖石大塊率高的爆破技術問題。

[1] 陳亞軍.露天礦大區爆破安全起爆網路分析[J].中國煤炭，2011(4)：102-104.

[2] 陳亞軍.非均質巖體爆破設計方案優化[J].煤炭技術，2012(5)：71-73.

[3] 劉廣新，穆永慶.逐孔起爆技術在三道莊露天礦中的應用[J].中國礦業，2012,21(zk)：495-497.

[4] 王根濤，郭遠超.逐孔爆破技術布孔方式研究[J].露天采礦技術，2012(1):112-114.

Design and optimization of fractured rock mass blasting network structure of non black open pit coal mine

CHEN Ya-jun1，CHANG Zhi-guo1，MAO Jin-feng1，WANG Jin-jun2

(1.Xinjiang Engineering College，Urumqi 830091，China；2.Xinjiang Montenegro Open-pit Coal Mine，Miquan 831400，China)

The structure of rock mass will change under long-time drought，little rain，windy climate conditions.There will be lots of joints and cracks in rock mass，so when blasting，it may appear that high block rate,blasting pile irregular,flying wounding accidents and so on.Based on the blasting test，the design adopts the asymmetric “V” type oblique hole to hole millisecond blasting network.The large area of deep hole blasting can increase the free surface，and the circumferential tensile stress and radial tensile stress apparent effect.In this paper，through the theory and practice of non constructing fracture blasting of Montenegro open pit mine，the rock blasting block rate reduced 5%～7%，greatly improve the blasting effect.

opencast coal mine；non structural fissure；blasting network

2014-06-10

新疆維吾爾自治區科技支撐計劃項目資助(編號：201333111)

陳亞軍(1961-)，男，新疆人，漢族，教授、高級工程師，1982年畢業于阜新礦業學院露天開采專業，新疆工程學院露采教研室主任，研究方向為露天礦優化設計。E-mail：chenyj_1961@sina.com。

TD235.4

A

1004-4051(2015)03-0116-03