露天煤礦深孔松動爆破的應用與技術

賀曉歡

（中國神華能源股份有限公司哈爾烏素露天煤礦，內蒙古 鄂爾多斯 010300）

深孔松動控制爆破的“深孔”是指孔徑大于75mm，孔深大于5m的孔；“松動”是指深孔爆破，使爆破巖石破碎而不飛散，便于機械清方；“控制”是指對個別飛石、爆破震動效應、沖擊波的有效控制。深孔松動控制爆破是近年來在常規深孔爆破基礎上，根據實際需要發展起來的一種新的爆破技術。

一、深孔松動爆破參數的確定

（一）設計原則

爆破參數的確定至關重要，它是深孔松動爆破的理論指導。1.重要性。主要爆破參數指標能體現出大部分影響爆破效果的因素，只要控制住主要爆破參數就可達到預期爆破效果，也可忽略影響程度較小的次要因素。2.獨立性。主要爆破參數指標間必須具有獨立性，不同的影響指標能分別反映出各自某一方面獨立的屬性，各指標間相互獨立，相互關聯性較低。3.定量性。每個爆破參數指標是具體化、準確定量的，不能根據經驗等而含糊不清。4.通用性。主要影響參數指標的選取，應在常規條件下得到，并排除在某些特殊情況下出現的特例情況。

（二）選擇炸藥

炸藥對深孔松動爆破的效果會產生很大影響。1.為達到良好效果，要使爆破后盡可能產生多的裂隙，而且裂隙要有足夠長寬度，這就要求炸藥有爆速低、爆力小，作用時間短等特點，使在破碎圈中消耗的能量降為最低。2.為達到安全目的，要求炸藥能量控制在一定范圍內，盡可能低的爆熱、爆溫。3.由于炮孔較深，為防止出現炸藥未完全爆盡的現象，要求炸藥要有較高的起爆敏感度及較強的傳爆能力。

（三）確定炮孔間距

確定炮孔的合理間距，至少要滿足炮孔間距小于兩個相鄰炮孔產生的裂隙區半徑之和，才能達到爆破效果。

（四）選擇孔徑

露天深孔爆破孔徑主要取決于鉆機類型，臺階高度和巖石性質。我國大型露天礦多采用牙輪鉆機，孔徑250mm 和310mm。

（五）確定孔深

孔深是由臺階高度和超深確定。臺階高度的確定應考慮為鉆孔，爆破和鏟裝創造安全和高效率的作業條件，主要取決于挖掘機的鏟斗容積和礦巖開挖技術條件。

（六）裝藥結構和起爆方式

炮孔正向起爆是在單點起爆時，起爆點置于裝藥頂端，爆轟波向孔底傳播。而起爆點置于裝藥底端，起爆后，爆轟波由眼底傳向眼口，稱之為反向起爆，沖擊波的破壞作用是從炮眼底向自由面擴展。

（七）填塞長度

在深孔松動爆破中，炮孔的填塞長度對爆破效果的影響較大。若填塞長度較短，易發生“沖炮”現象，即使堵塞密實不發生“沖炮”現象，也會在爆炸時產生爆破拋擲漏斗而影響爆破效果；若填塞過長，會造成裝藥量過少使爆破能量減少，達不到預期松動效果，造成資源浪費。確定合理的填塞長度，既能保證巖體爆破松動，又不產生孔口碎石拋擲現象。

二、深孔爆破技術存在的問題

露天煤礦一般使用深孔爆破技術，該技術為我國露天煤礦的開采做出了巨大貢獻，但其本身也存在著諸多問題，這些問題嚴重影響了礦山開采效率，根底、硬幫及滑坡飛散塊度不均勻等都是常見問題，這給機械清方帶來很大困難。由于爆破造成的沖擊效應存在著較大安全隱患；每次爆破需對設備進行移動，且工作人員無法正常作業需躲避到較遠地方，防止飛石和設備出現傷人事故，這嚴重影響了礦山開采效率，爆炸所造成的沖擊波甚至會對周圍建筑造成影響，導致建筑損傷。目前大多數露天煤礦在爆破后都采用單斗挖掘機開采，效率低。這種爆破方式不僅耗藥量高且出礦量少，處于一種高成本且極易出現重復作業的情況，不可避免地會增加二次爆破，不僅造成成本的提升，也在一定程度上降低礦山開采效率。

三、深孔松動控制爆破效果的影響因素

1.孔徑確定。孔徑小影響銨油炸藥爆轟速度，大孔徑對淺孔爆破不經濟，所以大孔徑鉆機適于打深孔，小孔徑鉆機適于打淺孔。2.臺階高度確定。臺階高度的確定，要滿足開挖量和生產進度要求、給機械設備(鉆機、挖掘機、自卸車等)創造高效率工作條件、能使開挖工程達到最好的技術經濟指標。孔深必須大于臺階高度，否則爆破后會使下一臺階超高或產生拉底。3.超深的確定。超鉆是為了克服臺階底盤的夾制作用使爆破后不留根底，而在鉆孔時使孔深大于臺階高度的那一部分長度。超深過大，影響下一臺階頂盤的平整，而且造成穿孔和炸藥的浪費，并增大爆破地震波；超深過小，造成拉底，對采裝不利。超深主要取決于巖石的可爆性能，若巖石堅硬，結構面不發育，則超鉆要加深。另外，超鉆與底盤抵抗線的大小、坡面角和底部裝藥情況有關。4.底盤抵抗線的確定。底盤抵抗線過大會造成根底多、大塊率高、后沖作用大、超深大等不良后果；底盤抵抗線過小不僅浪費炸藥，增加穿孔工作量，邊排孔爆破后爆堆伸出過長給運輸工作造成影響，同時增加維護道路的工作量。5.填塞長度對爆破效果的影響。確定合理的填塞長度和保證填塞質量，對提高炸藥能量利用率和改善爆破質量具有重要作用。合理的填塞長度保證爆生氣體能量充分做功。填塞長度過長，爆破后上部效果不佳，產生大塊；填塞長度過短則炸藥能量損失大，產生較強氣體沖擊波、噪音和飛石，并且炮孔底部形成根底。一般情況下，填塞長度不小于底盤抵抗線的0.75 倍，或取20～40 倍的孔徑。6.爆破排數對爆破效果的影響。爆堆寬度應滿足電鏟正常作業。有時因工程需要，安排爆堆過寬，爆破排數隨之增加。這樣靠近橫向自由面的3 排孔效果最好，反之隨排數增加爆破效果逐漸惡化。此時應調整3排以外炸藥單耗，確保爆破質量，增加幅度為20%，同時穿孔工作還得每3 排增加1m 超深，以克服夾制作用。7.火工品性能對爆破效果的影響。銨油炸藥性能不穩定和起爆器材拒爆會影響爆破效果。8.充填質量欠佳也會影響爆破質量。機械充填時，有時會有大塊將孔口卡堵，造成爆破作用時間過短，爆生氣體過早溢出，底部巖石破碎不好造成根底。

四、深孔松動控制爆破技術

為提高露天礦的爆破效率，減少潛在的安全隱患，可采用目前較常用的深孔松動控制爆破技術，且經過實踐應用達到了預期效果，極大地降低了露天煤礦爆破的安全隱患，提高爆破效率。深孔松動控制爆破技術是在原深孔爆破技術的基礎上發展而來。深孔松動爆破技術深孔的孔徑要不小于75mm，孔的深度要大于5m；松動是指在爆破后，只是造成周圍巖石的散碎而不會飛散，不僅減少了安全隱患且利于機械清方；控制是指在爆破過程中控制散碎的飛石，控制爆破所造成的振動和沖擊波。深孔松動控制爆破技術的裝藥技術可分為間隔裝藥和連續裝藥兩種模式。

（一）間隔裝藥

間隔裝藥是通過計算所需藥量的60%裝到底部，40%裝到孔的深處，裝藥方式如下圖所示：

以我礦DM75 鉆機為例，鉆孔直徑為250mm，鉆孔深度17m,臺階高度15m,超深2m 為例，通過對所需藥量的計算，間隔所裝藥單個孔需370kg，而連續裝藥則需至少450kg 炸藥，這種情況下每個孔大約減少炸藥的使用80kg。單個孔的巖石量大約為1170m3，單位的耗藥量為0.31kg/m3，采取三角形布孔的方式。充分利用爆破所產生能量，盡量減少炸藥過于集中在爆炸孔下部的情況，使炸藥能最大限度地在巖體中均勻分布，保證巖體受到的爆破力均勻產生整體破碎。由于采用這種裝藥方式上部炸藥較少，一般不會造成巖石的飛散情況。采用這種間隔裝藥方式，巖石的受力均勻，且有利于機械清方處理，能有效提高電鏟效率，減少二次爆破和挖掘。但采用間隔裝藥也存在缺點，如每增加一個間隔器，相應的成本都會產生一定程度的提高。采用間隔裝藥方式，耗費時間長導致工作效率也不高，且難以控制裝藥結構，容易出錯。

根據對底部硬巖巖石臺階產生根底原因的分析，主要影響因素包括：填充密實度或高度不足、硬巖條件下的孔網參數過大、含水炮孔加空氣間隔器后致超深不足。因此，根據以上幾個潛在影響因素，提出以下幾個適用于上軟下硬巖石臺階的爆破質量提升方案：

（二）加大超深，尤其保證含水孔超深部位裝藥

目前設計中采用超深為2m，而當炮孔中含水時采用下部裝空氣間隔然后上部裝銨油炸藥，在此條件下，空氣間隔器占用0.8m的超深而無法裝藥，致使實際有效超深降低。而炮孔中含水是由含水巖層滲入，并不是由孔口標高水匯入，并不能通過增加孔深實現降低孔內水位的效果。因此，這種情況下，為保證爆破質量，唯有將原含水孔“下部空氣間隔上部裝銨油炸藥”調整為“下部含水部位裝乳化炸藥加空氣間隔上部裝銨油炸藥”，這樣能充分保證炮孔超深。同時，炮孔超深高度可以增加0.5m～1m，即將超深提高至2.5m～3m。

圖2 含水炮孔裝藥結構調整示意圖

另一方面，在保證了下部裝藥重心以外，在臺階下部為硬巖條件下還應盡量控制使臺階坡底部分處于最下部藥包的最小抵抗線范圍以內，能充分保證在炸藥能量釋放前對底盤抵抗的作用時間和效果，克服前排根底。同時，在后排根底嚴重的情況下也應該適當增加后排炮孔超深。

（三）減小排距和底盤抵抗線

排距或底盤抵抗線過大也是產生根底的另一因素，因前排孔臨空面為傾斜坡面，最低裝藥部位的最小抵抗線方向下方容易產生根底。如果在保證同等炮孔長度和裝藥長度的條件下，減小前排孔至坡面的距離，則產生根底的部位和剖面上根底面積會明顯降低（圖3）。因此，應在保證鉆機作業安全所需的最低安全距離條件下，減小鉆機至臺階坡頂線的距離。

圖3 炮孔位置調整對應最小抵抗線方向示意圖

另一方面，堅硬巖石間排距過大也是重要因素。因此，應針對易出現根底的爆區降低排距。

五、深孔松動控制爆破技術的應用

經反復的理論推導和實際應用實踐，本文認為采用一裝到底的深孔松動控制包括技術具有較明顯的技術優勢與爆破效果，應在實踐中推廣，且經實際測試和反復研究對一裝到底的裝藥方式進行調整，且進行了實地實驗。

采用深孔松動控制爆破技術要比傳統深孔爆破技術每立方米減少約0.065kg 炸藥。假設所采用的炸藥為5 元每千克，則采用深孔松動控制爆破技術能實現每立方米減少0.3 元的成本。此外，采用深孔松動控制爆破技術實現對巖石爆破中的巖石飛散及爆炸所產生的震動和沖擊波的有效控制，真正做到不產生巖石飛散情況下巖體的整體破碎處理，且在此過程中有效減少了工作人員和設備警戒距離，使爆破后，工作人員和設備能迅速投入到工作中，極大地提高了工作效率。