露天煤礦爆破根底控制技術應用研究

趙海峰

（義煤集團青海義海能源有限責任公司大煤溝煤礦，青海 德令哈 817000）

露天礦山的礦產資源在采裝前通常需將礦巖通過爆破進行預先破碎，其爆破方式根據礦場布置及采裝需要一般采取拋擲爆破或松動爆破。在松動爆破過程中，主要存在以下幾個方面問題：一是大塊不合格巖石影響裝車效率及安全；二是爆破裝藥量、炮孔超深、間排距等參數控制不到位，造成爆破后根底控制效果差，影響采裝效率及經濟效益。因此，露天煤礦爆破質量對礦山生產效率、經濟效益及安全生產至關重要。以大煤溝露天煤礦為例，針對爆破中存在的根底問題進行分析，提出控制根底的優化方案[1-6]，保障礦山采裝效率。

1 概況

大煤溝煤礦地處柴達木盆地北緣東部，達肯大坂山東南，礦區面積3.750 7 km2，開采方式為露天與井工結合開采，生產規模為100 萬t/a。井田內煤層賦存標高多在+3450～+2900 m 之間，淺部局部由露天礦開采，露天采區為一深凹小型露天礦，地面地形復雜，采裝方式為松動爆破+單斗卡車的采裝工藝。爆破參數為：炮孔深度17 m，超深為2 m，間距9 m，排距7 m，炸藥單耗0.38 kg/m3。在該爆破方式下，長期存在爆破根底及大塊巖石，爆破效果差，影響采裝效果。

2 產生根底原因分析

通過對爆破現場進行勘查后發現，爆破的巖石臺階為多層軟硬不均勻分布的煤巖，除此之外，結合現場爆破情況及爆破經驗分析，該礦產生爆破根底有以下幾個方面的原因：

（1）炮孔設計超深為2 m，局部炮孔因含水層向炮孔內滲水，下部需裝0.5～1 m 長度的空氣間隔后上部裝銨油炸藥，空氣間隔占用超深，裝藥重心整體上移，致使爆破期間產生根底。

（2）因采場現場條件限制，部分炮孔間距或排距過大，爆破期間產生的裂隙小于最小抵抗線，加上局部巖石較硬，臺階前排炮孔底部抵抗線增大，爆破漏斗作用無法達到臺階底部，導致爆破不徹底，產生大塊巖石或根底。

（3）部分炮孔過量裝藥致使封孔過短，或封孔不良，導致爆破時爆破動能過早向上泄漏，致使對底部巖石破碎效果差。部分炮孔裝藥量不足，或裝藥量不均，也是易產生根底的原因之一。

3 爆破根底控制技術

根據現場產生根底的多方面原因，分別采取針對性措施進行解決，具體根底控制方案如下：

（1）含水炮孔加大超深，改變裝藥結構，保證裝藥深度

大煤溝露天煤礦巖石臺階爆破期間，遇含水層炮孔時，裝藥結構如圖1（a）所示，對炮孔孔底裝入0.5～1 m 的空氣間隔器，然后再在上部裝入銨油炸藥。該裝藥方式中，空氣間隔器占用炮孔超深，致使有效超深對應減少，炸藥爆破重心上移，從而產生爆破根底。

針對含水炮孔，為避免孔底積水安裝空氣間隔影響裝藥深度，需對含水層炮孔加大超深，彌補空氣間隔器長度占用的超深。同時，因含水層位于炮孔中下部，將裝藥結構改變為超深部分先裝入乳化炸藥，再裝入空氣間隔器，再在空氣間隔器上部裝入銨油炸藥，該裝藥結構如圖1（b）。該裝藥結構既解決了炮孔積水問題，又解決了超深部分裝藥問題，充分保障對底盤的爆破效果。圖1 為含水炮孔裝藥結構調整前后示意圖。

圖1 含水炮孔裝藥結構調整前后示意圖

（2）合理布置炮孔排距，減少前排底盤抵抗線

前排排距過大，致使前排底盤抵抗線過大是產生根底的主要原因。因臺階的斜坡面是前排炮孔的自由面，當前排炮孔距斜坡面較遠，導致炮孔距自由面較遠，爆破期間較難造成傾斜面底部破碎，導致根底產生。因此，在臺階上部靠近傾斜面施工前排炮孔期間，應盡量減小鉆機至臺階斜坡邊緣位置，以此減少前排炮孔的最小抵抗線，避免根底產生。圖2 為前排炮孔最小抵抗線與爆破根底關系圖。

圖2 前排炮孔最小抵抗線與爆破根底關系示意圖

（3） 提高封孔質量

封孔長度不足或填充不實均會影響爆破對圍巖的作用程度，造成爆破時爆破動能過早向上泄漏，致使對底部巖石破碎效果差[4]。填充密實的炮孔能夠有效減少爆破動能的提前泄漏，保證對圍巖的破碎能力。現場采用炮孔充填機對炮孔進行填充期間，填充的炮孔巖粉靠自重滑入炮孔，在下滑過程中，炮孔巖粉受孔壁摩擦及空氣擠壓影響，含水炮孔還將受水的影響，致使填充的炮孔巖粉充填密度不足，需在依靠自重填充后，采用炮棍將填充的炮孔巖粉充分搗實，保證填充密實程度，提高封孔質量。

（4） 爆破參數調整方案

分析各爆破參數變化對爆破根底的產生情況進行分析并擇優選擇方案。參數調整主要針對炮孔超深、排距及炸藥單耗進行變化，超深調整為增加0.5 m、1 m 兩種情況，排距按照不變和減小0.5 m 兩種情況，炸藥單耗按照不變和增大至0.4 kg/m3兩種情況。按照正交試驗共提出四個調整方案，具體方案見表1。

表1 孔網參數調整正交試驗方案

試驗一：超深由2 m 增加至2.5 m，炸藥單耗不變，排距由7 m 降低為6.5 m，孔間距9 m，炮孔深度17 m，裝藥高度10.5 m（含空氣間隔器），炮孔巖粉填充長度6.5 m，炮孔總數90 個，預計爆破量87 500 m3。該試驗方案在裝藥結構調整為間隔裝藥情況下，排距變小，炸藥單耗不變，則單孔裝藥量降低。

試驗二：超深由2 m 增加至3 m，炸藥單耗量由0.38 kg/m3增加至0.4 kg/m3，排距由7 m 降低為6.5 m，孔間距9 m，炮孔深度17.5 m，裝藥高度11 m（含空氣間隔器），炮孔巖粉填充長度6.5 m，炮孔總數90 個，預計爆破量87 500 m3。該試驗方案在裝藥結構調整為間隔裝藥情況下，排距變小，單孔裝藥量不變，炸藥單耗增加。

試驗三：超深由2 m 增加至3 m，炸藥單耗不變，排距不變，孔間距9 m，炮孔深度17.5 m，裝藥高度10.5 m（含空氣間隔器），炮孔巖粉填充長度7 m，炮孔總數90 個，預計爆破量91 500 m3。該試驗方案在裝藥結構調整為間隔裝藥情況下，排距、炸藥單耗不變，僅超深增加后裝藥位置整體下移。

試驗四：超深由2 m 增加至2.5 m，炸藥單耗由0.38 kg/m3增加至0.4 kg/m3，排距不變，孔間距9 m，炮孔深度17 m，裝藥高度11 m（含空氣間隔器），炮孔巖粉填充長度6 m，炮孔總數90 個，預計爆破量91 500 m3。該試驗方案在裝藥結構調整為間隔裝藥情況下，排距不變，炸藥單耗增加后，則單孔裝藥量增高。

爆破后出現根底的面積與爆破區域面積的比值百分率稱之為根底率[5]，將上述四種方案在現場經過多次爆破試驗后，收集各方案平均根底率，然后通過極差分析確定各網孔調整方案對發生根底的效果進行排序，從而取得最優化方案。

4 參數優化后的極差分析

四種優化方案在現場實施后，各方案平均根底率統計見表2。

表2 四種優化方案及根底率統計表

根據表2 結果，對各方案進行極差R分析：

式中：Ki為各因素試驗結果總和；ki為各因素試驗的平均結果。

各爆破參數優化方案通過極差分析后，各因素極差R值越大，則該因素在試驗中影響比重越大，反之越小。表3 為各方案下各因素極差分析統計結果，圖3 為各因素對爆破根底的影響趨勢圖。

表3 各方案下各因素極差分析統計結果

圖3 各因素對爆破根底的影響趨勢圖

通過表3 中所示結果可知：炸藥單耗極差R值最大，則表示炸藥單耗對爆破效果影響最大，超深影響次之，排距影響較小。同時，結合圖3 中各因素對爆破根底的影響趨勢分析，炸藥單耗增加后對巖石爆破及根底控制效果影響最大，增加超深及縮小炮孔排距也有利于根底率的降低。通過綜合分析，為有效控制爆破根底率，最佳爆破方案為A2B2C1，對應方案為試驗二，該方案通過增加炸藥單耗、加大超深及縮小炮孔排距可有效降低根底率。

5 結語

（1）大煤溝露天煤礦爆破產生根底的原因主要有炮孔超深不足、炮孔含水影響裝藥重心、炮孔排距過大及填充不夠密實等因素。

（2）針對爆破產生根底的原因采取了措施。優化了裝藥結構；增加了炮孔超深，解決了含水炮孔裝藥重心偏高問題；強調填充密實程度，確保爆破效果；優化爆破參數，有效控制根底率。

（3）通過四種爆破參數優化方案的現場實施及極差分析，得出增加炸藥單耗、加大超深及縮小炮孔排距可有效降低根底率，方案二為最佳爆破方案，平均根底率僅為3.4%。