某露天煤礦非均質巖體爆破技術優化研究

王鵬鳴

（新疆安順達礦山技術工程有限責任公司，新疆 烏魯木齊830000）

1 引言

爆破工程巖體是一種非均質、各向異性的介質，巖體在形成過程中經過風化、地應力等作用，其內部存在大量的層理、裂隙、斷層、節理等結構。眾所周知，結構面在爆破作用過程中會產生應力集中、反射、折射、泄能、能量吸收、楔入、改變破裂線等作用。不連續非均質巖體會對爆生氣體、應力波產生重大影響，造成爆破大塊率偏高和根底殘留等問題[1]。大塊率偏高降低了挖運效率，同時處理大塊、根底等質量問題需使用免爆破碎錘、二次爆破處理，既增加了爆破成本又存在一定的安全隱患，因此研究如何提高非均質巖體爆破質量具有十分重要的意義。

2 工程概況

某露天煤礦設計生產能力1千萬t/年，礦區地質結構復雜，巖性變化較快，原生節理發育完善。主要巖石有泥巖、頁巖、砂巖，其中砂巖尤其是黃砂巖，堅硬致密，施工難度大。

該礦采用單斗挖掘機-卡車開采工藝，煤和巖臺階高度為15 m，臺階坡面角為70°，采掘帶寬度25 m。鉆機采用一體式潛孔鉆機，鉆孔直徑138 mm、115 mm。采用松動爆破施工工藝，爆破器材選用混裝乳化炸藥（含水）、混裝銨油炸藥（不含水），起爆器材選用數碼電子雷管、導爆索等。

3 存在的問題

目前在非均質巖體爆破中主要存在以下問題：①大塊較多。爆堆存在明顯的大塊，根據現場統計，在西幫臺階中部以及南幫臺階中下部，由于巖層傾斜方向和巖層發育較為完善，導致爆破后下部巖體拋出，上部巖體出現不規則沉降性裂開，大塊較多，無法滿足采裝要求。②爆堆形狀不規整。延爆堆走向沉降不均勻，有些爆堆前面部分沉降小，抵抗線大，爆炸應力波和爆生氣體對臺階上部巖石的爆破作用小，破碎程度低，從而形成大塊。③爆破后根底較多。采剝過程中臺階后兩排孔區域出現大片根底，且有部分區域根底過高，對采剝及后續爆破作業造成了極大影響。

4 擬采取的措施

4.1 選擇合理的孔網參數

針對臺階硬巖部位，采用縮小孔距、增加排距，提高孔網密集系數方式，孔距設定在6～7 m，排距設定在4～5 m。對于軟硬夾層部位，由于爆破中軟巖區域巖體拋出，硬巖區域巖體出現不規則沉降性裂開，大塊較多無法滿足采裝要求。在軟硬夾層硬巖部位布置套孔，套孔深度與硬巖部位深度一致。

4.2 優化裝藥結構

在軟硬夾層部位，采用分段間隔裝藥結構，在軟巖部位采用巖粉、空氣間隔器填塞阻隔，以保證爆轟波充分作用于硬巖部位。

4.3 合理選擇爆破器材

在軟硬夾層部位，根據巖石結構的不同特性進行分段裝藥。根據波阻抗相匹配原則，在軟巖部位選用爆速較低的混裝銨油炸藥，可增加爆破作用時間。在硬巖部位選擇爆速較高的混裝乳化炸藥，可減少爆破單耗，確保硬巖巖體充分破碎。

4.4 合理選擇延期時間

起爆器材選用數碼電子雷管較導爆管雷管具有安全性和可靠性高、良好的聯網可檢測性、延期精度高、延期時間可以任意設定等特點[2]。對于硬巖部位縮短孔、排間延期間隔時間，可保證爆破能量全面均勻做功，提高相鄰炮孔之間爆破協同作用[3]，減少爆破大塊和根底。適當提高軟巖部位孔、排延期時間，充分發揮爆破漏斗作用，提高炸藥做功能力。

4.5 提高起爆能量

之前爆破過程使用的起爆藥包為直徑為32 mm的成品乳化炸藥，由于孔徑較小，爆速相對較慢，起爆能較小，不能保證混裝乳化炸藥、混裝銨油炸藥完全爆轟，降低了炸藥能量利用率。為提高起爆能，起爆藥包改用直徑為70 mm的成品乳化炸藥。

5 工程應用試驗

本次爆破試驗的巖體剖面如圖1所示。該部位臨空面硬巖夾層較厚且上下部巖層較軟，是較為典型的非均質巖體。

圖1 待爆巖體區域剖面圖

5.1 孔網參數

在爆破試驗中，根據爆破作業的各項要求及現場地質情況變化，對爆破作業參數進行調整?？拙W參數設定為（5/6/6.5）×4.5 m。對于硬巖部位，首先根據巖性變化增加套孔，根據硬巖部位穿孔深度調整套孔深度（1.5～10 m）。在軟巖部位使用巖粉增加填塞高度（1～1.5 m），以直徑為70 mm的成品乳化炸藥作為起爆藥包。

5.2 爆破網路設計

對于硬巖部位，縮短延期時間可提高相鄰炮孔爆破協同作用及增強應力波的相互疊加，保證爆破能量作用全面均勻，減少爆破大塊及根底。本次試驗爆破延期時間為孔間25 ms，排間67 ms。具體爆破網路敷設如圖2所示。

圖2 爆破網路敷設示意圖

5.3 爆后效果

爆破后爆堆伸出高度和寬度符合要求，爆堆伸出部分塊度均勻，但存在部分大塊，從爆破表面效果來看，爆破效果較為理想。

爆破后爆堆伸出高度和寬度符合要求，爆堆伸出部分塊度均勻，從爆破交界處看出，使用套孔作業對于硬巖較厚區域效果有明顯提升；從爆破表面效果來看，爆破效果較為理想。具體爆破效果如圖3所示。

圖3 爆破效果圖

6 結論

在非均質巖體爆破過程中，采取以下措施可有效提高爆破質量，降低爆破單耗：合理增加套孔，減少表面大塊。硬巖部位縮短延期時間，軟巖部位提高延期時間可提高爆破能量利用率。硬巖部位采用混裝乳化炸藥，軟巖部位采用混裝銨油炸藥，可有效降低爆破單耗，提高爆破質量。后續爆破過程中可采取空氣間隔裝藥，優化延期時間等方式進一步優化爆破技術。