逐孔起爆微差爆破技術(shù)在露天煤礦的實(shí)踐分析

白旭峰

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)蘆子溝煤業(yè)有限公司，山西 保德 036400）

引 言

在露天煤礦生產(chǎn)的過程中，爆破是采礦工作的重要環(huán)節(jié)之一，爆破的質(zhì)量不僅影響煤礦的采掘，還關(guān)系到后續(xù)的運(yùn)輸工作。如果爆破后產(chǎn)生的煤塊較大，在運(yùn)輸機(jī)器輸送的過程中極易對(duì)運(yùn)輸設(shè)備造成磨損，降低及其的使用壽命，增大工人的維修負(fù)擔(dān)。此時(shí)，就需要進(jìn)行二次爆破，使煤塊盡可能達(dá)到能接受的尺寸范圍內(nèi)［1］。但是這樣無疑會(huì)增加企業(yè)的生產(chǎn)成本，還帶來了其他一系列的問題，普通爆破帶來的常見問題有：爆破后的礦石大塊率較高；噪聲影響較大，容易造成施工人員的身體疾病；爆破的能量利用率低下，工作成本高昂；爆破結(jié)果對(duì)設(shè)備的影響較大，機(jī)器故障率高等。在這樣的背景下，采用逐孔起爆微差爆破技術(shù)，具有爆破后震感較小、能量利用率較高、礦石的塊度大小合適等優(yōu)點(diǎn)，采用該技術(shù)能夠直觀的降低工作成本，增加煤礦的產(chǎn)出［2］。在逐孔爆破技術(shù)興起以后，經(jīng)過不斷的改良和完善，已經(jīng)成為目前在礦山爆破中進(jìn)行臺(tái)階式爆破的主流方式［3］。

1 項(xiàng)目背景

某煤礦礦層是呈南北向的帶狀分布模式，井田面積大小大約為280km2，目前已探明煤礦儲(chǔ)量預(yù)測(cè)在18 000Mt，礦山主要生產(chǎn)面為低平工作面，與水平方向夾角均在4°以內(nèi)。當(dāng)前主要開采面為5＃煤層和6＃煤層，煤層厚度分別為17.62m和33.51m。原爆破方式為傳統(tǒng)爆破，爆破后工作面巖石互相撞擊且爆堆過大，中央部分爆堆過于集中，爆破后果嚴(yán)重影響后續(xù)的正常作業(yè)的行進(jìn)，限制了礦山的產(chǎn)量。針對(duì)此情況，現(xiàn)階段采用的解決方式為加大炮孔炸藥的用量，但增加了爆破作業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本。在此背景下，尋求更好的爆破方式，提升煤礦產(chǎn)出，控制生產(chǎn)成本。

2 新技術(shù)的主要內(nèi)容

逐孔起爆微差爆破技術(shù)采用單孔爆破，起爆時(shí)間具有滯后性，在設(shè)定的區(qū)域根據(jù)礦山地質(zhì)條件和開采計(jì)劃，針對(duì)煤層的走向按順序起爆。這樣的工藝，從根本上避免了起爆后能量的浪費(fèi)，充分發(fā)揮每個(gè)孔內(nèi)炸藥的威力，同時(shí)避免了同時(shí)起爆時(shí)巖石間的碰撞，減少了單次爆破的沖擊范圍，更好的保護(hù)計(jì)劃外煤層不被破壞［4］。在設(shè)定的爆破順序下，所有炮孔均按一定的延期時(shí)間順序起爆。在露天礦生產(chǎn)中，常見的爆破順序有三種，分別為斜線型、三角型以及交叉型，分別針對(duì)不同的地質(zhì)條件有針對(duì)性的使用。

3 新技術(shù)的主要原理

3.1 臺(tái)階爆破空間、能量相互補(bǔ)償原理

爆破時(shí)，先爆炮孔將巖石迅速推出，為其后續(xù)起爆炮孔提供足夠的自由面；使巖石在移動(dòng)過程有足夠的相互作用空間，后爆炮孔的爆炸能量進(jìn)一步推動(dòng)先爆炮孔爆破的巖石，增加巖石間相互碰撞作用，從而改善了爆破破碎度及爆堆的松散度。也就是說逐孔起爆采用毫秒級(jí)延期，先爆破的炮孔所形成的應(yīng)力波還未完全消失，后續(xù)炮孔已發(fā)生爆炸，這樣會(huì)形成爆炸應(yīng)力波的疊加作用，增加了應(yīng)力波對(duì)巖石的破碎時(shí)間，從而使爆破顯著增加。

3.2 最小抵抗線原理

采用逐孔起爆技術(shù)，后續(xù)的炮孔處在首排炮孔起爆后的應(yīng)力線上，在前側(cè)炮孔內(nèi)炸藥爆炸后，其產(chǎn)生的沖擊波對(duì)后續(xù)煤層的作用提供了最少3個(gè)自由面。因此，逐孔起爆技術(shù)能夠提供多個(gè)最小抵抗線。

3.3 有效減弱地震波

因?yàn)橹鹂灼鸨欠蛛A段分時(shí)間逐步發(fā)生的，因此在同等炸藥量的情況下，當(dāng)爆炸發(fā)生時(shí)，對(duì)地面的沖擊是遠(yuǎn)低于同時(shí)起爆。根據(jù)實(shí)際爆破后，從地表采集到的震感及檢測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)值，采用逐孔起爆方式較傳統(tǒng)起爆方式可將地震效應(yīng)減小30%～70%［5］，由于該方法可以減小爆破振動(dòng)來來的危害，確保礦架的穩(wěn)定性，因而廣泛應(yīng)用于露天礦爆破作業(yè)中。

逐孔起爆微差爆破技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：可減小爆破震動(dòng)；不存在裝藥量受限制的問題；爆破飛石距離減小；大塊率低；起爆網(wǎng)絡(luò)安全性增強(qiáng)。

結(jié)合該露天煤礦的實(shí)地情況，擬采用逐孔起爆微差爆破的深孔爆破模式。以該露天礦6＃煤上的細(xì)砂巖為例進(jìn)行一系列的相關(guān)參數(shù)擬定。其中露天礦的臺(tái)階高度的設(shè)計(jì)由鉆孔的深度來決定，考慮到爆破效果以及運(yùn)送安全等相關(guān)因素，通常該值取10m～20m，結(jié)合該露天礦的實(shí)際情況，最終將此值確定為16m；爆破孔的直徑是由鉆機(jī)型號(hào)、臺(tái)階高度和礦層的理化性質(zhì)等因素決定，最終將該值定為145mm且垂直布置鉆孔位置；另一個(gè)需要確定的參數(shù)為鉆孔的深度，由臺(tái)階高度和礦層性質(zhì)決定，為了增加對(duì)底部的礦層的爆破作用，在已經(jīng)確定的臺(tái)階高度值16m的基礎(chǔ)上加深1.5m，最終鉆孔的深度確定為17.5m。根據(jù)大量的工程經(jīng)驗(yàn)［6］，底部抵抗線通常為炮孔直徑的20倍～50倍，因此可選定炮孔的直徑為9m；炮孔與炮孔之間的間距選取與抵抗線相關(guān)，最終綜合相關(guān)數(shù)據(jù)確定間距為11m，排距為6.5m；結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)情況將臺(tái)階的坡度確定為70°；爆破孔的塞堵長(zhǎng)度可根據(jù)爆破孔的直徑來取值，最終確定為7.5m；所需的炸藥單位體積消耗量為0.22kg；該露天礦在爆破時(shí)，第一排爆破孔內(nèi)炸藥量為227.6kg，第二排以及之后的爆破孔的炸藥取藥量為159.6kg；在選取起爆模式時(shí)，為了確保爆破的高效可靠性可選用三角型逐孔起爆模式，其中橫向的單孔爆破時(shí)間延期為45ms，豎向的單孔爆破時(shí)間延期為70ms。爆破模式，如圖1所示。

圖1 三角型逐孔起爆微差爆破模式

4 改進(jìn)效果

在實(shí)施了逐孔起爆微差爆破技術(shù)之后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，某礦礦石在爆破之后的大塊率為3.18%，在同類地質(zhì)條件下，采用傳統(tǒng)的爆破模式的礦石大塊率為4.53%，相比降低了1.35%，單從這一方面來看爆破的效果就得到了非常不錯(cuò)的改良。由于大塊率的降低，因此可以不進(jìn)行二次爆破，不僅降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)較小尺寸的煤塊對(duì)設(shè)備的破壞更小，延長(zhǎng)機(jī)器使用壽命，減少工人的維修負(fù)擔(dān)，提高了運(yùn)輸設(shè)備的裝礦效率。將逐孔起爆微差爆破技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐前后進(jìn)行對(duì)比，可節(jié)約生產(chǎn)成本0.22元／m3，假設(shè)該露天礦的年爆破量在1 500萬m3，綜合可節(jié)約生產(chǎn)成本330余萬元每年。由此可見，逐孔起爆微差爆破技術(shù)帶來的經(jīng)濟(jì)效益非常的顯著。

5 結(jié)語

針對(duì)傳統(tǒng)的爆破技術(shù)出現(xiàn)的多種問題，分析逐孔起爆微差爆破技術(shù)的特點(diǎn)及原理，并將其在某公司下屬某礦投入實(shí)際使用。實(shí)踐生產(chǎn)后的效果十分好，新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了爆破后的巖石大塊率降低約1.35%，與此同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了每年節(jié)約成本330余萬元，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，是一次成功的實(shí)踐，具有極大的推廣價(jià)值。