李念源，姜漢磊，黃金龍，閆 崠，霍明亮

（撫順礦業(yè)集團(tuán) 東露天礦,遼寧 撫順 113003）

撫順礦業(yè)集團(tuán)東露天礦是一座剝采總量超過(guò)2 000萬(wàn)m3，油頁(yè)巖富礦產(chǎn)量1 100萬(wàn)t，煤炭產(chǎn)量90萬(wàn)t的國(guó)家特大型露天礦山。東露天礦生產(chǎn)出的油頁(yè)巖富礦作為煉制頁(yè)巖油的原料供應(yīng)撫礦集團(tuán)公司的2個(gè)油廠。受工藝條件制約，2個(gè)頁(yè)巖煉油廠煉油所需富礦粒度直徑不得小于15 mm，小于15 mm的油頁(yè)巖經(jīng)過(guò)波動(dòng)篩篩分后作為尾礦被排棄掉[1]。因此，油頁(yè)巖富礦尾礦率的大小已成為影響頁(yè)巖油煉制經(jīng)濟(jì)收益的重要指標(biāo)。東露天礦達(dá)產(chǎn)以來(lái)，年生產(chǎn)油母頁(yè)巖富礦1 100萬(wàn)t左右。經(jīng)測(cè)算，尾礦率保持在12.6%～15.6%。進(jìn)入2018年以后，從油廠監(jiān)控系統(tǒng)反饋回的信息分析，供應(yīng)的油頁(yè)巖富礦尾礦率有逐步提升的趨勢(shì)。作為原料供應(yīng)單位，努力提高供應(yīng)富礦品質(zhì)，從富礦生產(chǎn)源頭入手，找出尾礦率提升的原因，并制定切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)方案來(lái)降低尾礦率，提高富礦資源利用率，是東露天礦生產(chǎn)技術(shù)人員急切需要研究解決的問(wèn)題。

1 油母頁(yè)巖富礦尾礦率增大的原因

1.1 采掘帶寬度與移路工序作業(yè)規(guī)格不匹配

東露天礦采掘帶寬度按照穿爆作業(yè)規(guī)格確定，富礦臺(tái)階常規(guī)布置2行鉆孔進(jìn)行爆破作業(yè)。采掘帶寬度由式（1）計(jì)算為9.136 m（富礦臺(tái)階爆破采用三角形布孔。標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階爆破參數(shù)為臺(tái)階高度8 m，超深0.5 m，孔深8.5 m，前行炮孔中線至臺(tái)階坡頂線之間的安全距離3 m，孔距6 m，行距4 m，臺(tái)階坡面角75°，爆破后沖按式（2）計(jì)算得2.136 m）。

式中：A為采掘帶寬度，m；C為前行炮孔中線至臺(tái)階坡頂線之間的安全距離，m；a為行距，m；Whc為后排孔爆破后沖距離，m。

式中：Whc為后排孔爆破后沖距離，m；H為臺(tái)階高度，m；α 為臺(tái)階坡面角，（°）。

東露天礦鐵道線路移設(shè)采用蒸汽吊車作業(yè)，吊車吊臂最大跨距為11.5 m[2]，決定吊車每次移路作業(yè)最大移設(shè)寬度可達(dá)11.5 m。電鏟采掘作業(yè)時(shí)按照采掘帶寬度進(jìn)行采掘，采掘后鐵道線路也要按照采掘帶寬度平行跟進(jìn)。在采用2行孔爆破作業(yè)時(shí)，采掘帶寬度9.136 m，因此采掘后線路移設(shè)也為9.136 m，按此規(guī)格移設(shè)鐵道線路作業(yè)，吊車移設(shè)跨距有2.364 m得不到利用（單次移設(shè)距離小，累加后會(huì)增加移路作業(yè)次數(shù)）。因此，有的計(jì)劃員在安排生產(chǎn)時(shí)會(huì)安排采掘帶按照3行鉆孔爆破作業(yè)，按照式（1）計(jì)算，3行鉆孔爆破作業(yè)時(shí)，采掘帶寬度為13.136 m；吊車按11.5 m進(jìn)行移設(shè)線路，電鏟采掘后將有1.613 6 m爆堆被留下，這會(huì)導(dǎo)致下一幅臺(tái)階爆破作業(yè)時(shí)被動(dòng)成為壓渣爆破[3]。當(dāng)鉆機(jī)接續(xù)緊張時(shí)，有的計(jì)劃員為了預(yù)留爆破量，安排采掘帶按照4行孔進(jìn)行爆破作業(yè)，此時(shí)采掘帶寬度為17.136 m，按照11.5 m移設(shè)鐵道線路，有5.636 m爆堆被留下，對(duì)下一次爆破作業(yè)來(lái)說(shuō)相當(dāng)于壓渣寬度進(jìn)一步加大。臺(tái)階剩余爆堆的弊端如圖1。

圖1 臺(tái)階留爆堆

剩余爆堆在下一次臺(tái)階爆破時(shí)會(huì)再次受到炸藥能量沖擊，爆堆會(huì)進(jìn)一步變得松碎，被重復(fù)爆破的富礦爆堆尾礦率急劇提高；由于剩余爆堆的存在，使下一幅采掘帶爆破時(shí)成為壓渣爆破，臨空自由面由于爆堆壓制與前排炮孔距離增大，前排炮孔底盤抵抗線距離相應(yīng)增大。此時(shí)為了不留根底，只能加大前排炮孔裝藥量來(lái)克服底盤抵抗力。由于采用底部連續(xù)裝藥方式作業(yè)，爆破藥量增加，爆破后炮孔底部特別是鉆孔超深區(qū)域爆破應(yīng)力圈內(nèi) 巖體會(huì)變得過(guò)度松碎，爆破壓碎圈內(nèi)富礦過(guò)度破碎也是富礦尾礦率增大的原因之一。

1.2 穿孔爆破作業(yè)影響

1）底部連續(xù)裝藥方式對(duì)礦巖過(guò)度粉碎影響。東露天礦現(xiàn)場(chǎng)爆破作業(yè)裝藥采用底部連續(xù)裝藥的作業(yè)方式[4]，裝藥后藥包集中在炮孔底部，從爆破后現(xiàn)場(chǎng)采掘效果看，臺(tái)階下部礦巖較為松碎，臺(tái)階上部有時(shí)會(huì)出現(xiàn)大塊，結(jié)合2014年遼寧工程技術(shù)大學(xué)在東露天礦爆破試驗(yàn)結(jié)果分析，東露天礦油母頁(yè)巖屬于較軟弱性巖石，炮孔周圍的巖體存有裂隙，爆破后造成徑向壓碎圈范圍較大，特別是采用底部連續(xù)裝藥時(shí)，炸藥藥包集中在炮孔底部，爆破后會(huì)增大壓碎圈的范圍，這也是爆破后富礦尾礦率增加的一個(gè)原因。爆破破碎圈如圖2。

圖2 爆破破碎圈

2）鉆孔超深過(guò)大影響。受水文地質(zhì)條件影響，東露天礦臺(tái)階含水量較大，鉆機(jī)司機(jī)為防止水孔坍塌，造成孔深不足，有時(shí)會(huì)在設(shè)計(jì)鉆孔深度基礎(chǔ)上增加一些鉆孔深度，（東露天礦質(zhì)量監(jiān)察科會(huì)對(duì)孔深不足的鉆孔進(jìn)行處罰，因此鉆機(jī)司機(jī)鉆孔時(shí)往往會(huì)在設(shè)計(jì)孔深基礎(chǔ)上深鉆一些，避免塌孔造成孔深不足受到處罰）。爆破前驗(yàn)孔時(shí)，爆破人員驗(yàn)出超深過(guò)大鉆孔時(shí)，由于不愿增加勞動(dòng)量，有時(shí)不對(duì)鉆孔按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行回填，而直接在大超深鉆孔內(nèi)直接裝藥起爆。此種條件下，鉆孔超深過(guò)大與爆破底部連續(xù)裝藥相結(jié)合，爆破后超深區(qū)域會(huì)過(guò)度破碎[5]，造成電鏟采裝后下部平盤留下大量粉碎頁(yè)巖，此部分粉碎頁(yè)巖幾乎全部為尾礦。

2 降低富礦尾礦率的措施

2.1 規(guī)范各工序作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

1）規(guī)范作業(yè)流程，在編制生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃時(shí)建立以采掘作業(yè)規(guī)格為主導(dǎo)的生產(chǎn)計(jì)劃原則[6]，電鐵線路移設(shè)距離嚴(yán)格按照采掘規(guī)格制定，捋順穿爆參數(shù)與移路寬度的匹配關(guān)系，確保采掘后的臺(tái)階不留剩余爆堆。不涉及工程作業(yè)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階常規(guī)采掘時(shí)一律按照2行鉆孔布置進(jìn)行穿孔、爆破作業(yè)，保證電鏟采掘后無(wú)剩余爆堆殘留。

2）臺(tái)階爆破后，計(jì)劃員按照爆堆參數(shù)擺出采掘界線，電鏟司機(jī)按照界限作業(yè)，保證采過(guò)臺(tái)階幫齊底平，不留爆堆。

3）采剝段計(jì)劃員要嚴(yán)格按照穿孔、爆破、移路工序順序安排采區(qū)接續(xù)作業(yè)，杜絕先移路后爆破這種逆序作業(yè)方式出現(xiàn)（先移路后爆破有時(shí)會(huì)造成電鏟采寬不足，無(wú)法作業(yè)，此時(shí)只能在臺(tái)階里側(cè)補(bǔ)打1行鉆孔爆破作業(yè)，來(lái)擴(kuò)寬采掘帶寬度。而多打1行鉆孔又會(huì)造成電鏟剩余爆堆采掘不凈現(xiàn)象發(fā)生）。

4）穿孔作業(yè)嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量監(jiān)察科要對(duì)鉆孔進(jìn)行跟蹤檢查，確?？咨钇顕?yán)格控制在正負(fù)0.5 m之內(nèi)。爆破單位爆破作業(yè)前嚴(yán)格執(zhí)行驗(yàn)孔作業(yè)，對(duì)水大造成的塌孔和孔深不足孔要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)孔作業(yè)，對(duì)超深過(guò)大孔要及時(shí)回填，保證孔深滿足穿孔設(shè)計(jì)規(guī)定再進(jìn)行裝藥作業(yè)。

2.2 優(yōu)化布孔方案

撫順東露天礦自建礦以來(lái)，采用的爆破參數(shù)是沿用撫順西露天礦的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階爆破作業(yè)參數(shù)為孔距6 m，行距4 m，邊眼距3 m，超深1 m。但是隨著開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，采掘系統(tǒng)的不斷開拓延伸，東露天礦與西露天礦的巖石巖性質(zhì)不同之處逐步顯現(xiàn)。差異體現(xiàn)在2個(gè)方面：一是地質(zhì)賦存條件不同，西露天礦富礦埋藏深，受自然條件影響的小，比較堅(jiān)硬，東露天礦開采的富礦埋藏淺，風(fēng)化嚴(yán)重，而且常年遭受水浸及自燃的侵害，相對(duì)粉碎；二是東露天礦礦坑因?yàn)橄虏烤さV的開采形成沉陷影響，富礦層變得相對(duì)破碎不完整，而西露天礦的富礦層則基本未受井工開采影響，富礦層完整性較好。綜合2方面因素得出結(jié)論，東露天礦富礦硬度要低于西露天礦富礦。因此，沿用西露天礦爆破參數(shù)，對(duì)東露天礦爆破作業(yè)效果影響較大，是東露天礦尾礦增大原因之一。2018年以來(lái)，東露天礦在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了多次試驗(yàn)，根據(jù)爆破效果跟蹤比對(duì)，總結(jié)出適合油母頁(yè)巖富礦巖性的爆破參數(shù)，即孔距6.5 m，行距4.5 m，邊眼距3 m，超深0.5 m。從新參數(shù)可以看出，隨著孔、行距的增大，單個(gè)鉆孔所負(fù)責(zé)爆破面積隨之增大，爆破平均單耗可從148 g/m3降低至130 g/m3，通過(guò)減少炸藥的使用量，實(shí)現(xiàn)降低富礦過(guò)度松碎度的目標(biāo)。

2.3 改變炮孔裝藥結(jié)構(gòu)

1）采用炮孔底部空氣柱作業(yè)方式。炮孔底部空氣柱效應(yīng)作用機(jī)理[7]：①卸載作用、減低初始爆壓：底部空氣柱裝藥猶如在裝藥底部設(shè)置了1段泄壓管，在裝藥爆轟后的初始階段，部分壓力迅速向底部空氣柱泄壓，降低了初始爆壓，減輕了爆轟沖擊作用，減小了粉碎或壓縮圈半徑；②儲(chǔ)能作用、增大爆破沖量、減弱爆破震動(dòng)：裝藥爆炸時(shí)，部分能量沖擊孔壁，對(duì)周圍介質(zhì)產(chǎn)生依次加壓，形成主壓縮波。而部分能量被儲(chǔ)存在底部空氣柱中，隨著主壓縮波的能量降低，空氣柱開始釋放能量，并擴(kuò)展和貫通裂縫，空氣柱多次脈動(dòng)，對(duì)介質(zhì)多次加載，增加了對(duì)介質(zhì)破壞作用時(shí)間，提高爆破效果，減弱爆破震動(dòng)，③氣壓作用滯后、斷裂破壞加強(qiáng)：底部空氣柱裝藥爆破時(shí)，在初始階段相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，高溫高壓的爆轟氣體進(jìn)入底部空氣柱儲(chǔ)存，待沖擊壓縮能量使介質(zhì)產(chǎn)生許多裂縫而降低到一定程度后，底部空氣柱才開始釋放能量，因此，使爆轟沖擊波和應(yīng)力波充分創(chuàng)造裂縫，氣體高壓的斷裂作用也得到了加強(qiáng)，爆破震動(dòng)隨著減弱。

2）采用分段裝藥結(jié)構(gòu)。在底部空氣柱的基礎(chǔ)上將連續(xù)裝藥改為分段裝藥，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過(guò)程中，將炸藥分為2段裝入，中間以草把子阻隔（草把子起到間隔器作用），在兩藥柱間形成空氣柱。采用分段裝藥作用[8]：一是降低作用在孔壁的峰值壓力，減少了炮孔周圍巖石的過(guò)度粉碎，提高了有效能量的利用率；二是增加應(yīng)力波的作用時(shí)間：由于沖擊壓力的降低，減少了沖擊波的作用，相應(yīng)地增大了應(yīng)力波的能量，從而增加應(yīng)力波的作用時(shí)間，使巖石破碎更加均勻；三是在保證充填高度前提下提升藥包高度，使臺(tái)階上部巖體爆破塊度更均勻，降低大塊發(fā)生率。底部空氣柱分段裝藥方式如圖3。

圖3 底部空氣柱分段裝藥結(jié)構(gòu)斷面圖

2.4 爆破實(shí)例對(duì)比

時(shí)間2019年5月17日；地點(diǎn)為456采區(qū)；區(qū)間E6100－E6500；水平－10 m；爆破區(qū)域分為東西2個(gè)區(qū)域，2個(gè)區(qū)域各爆破100個(gè)鉆孔，東區(qū)采用傳統(tǒng)的底部連續(xù)裝藥方式，西區(qū)采用底部空氣柱分段裝藥的作業(yè)方式。底部連續(xù)裝藥作業(yè)方式與底部空氣柱分段裝藥作業(yè)方式參數(shù)對(duì)比見表1。爆破后爆堆情況如圖4。

表1 底部連續(xù)裝藥作業(yè)方式與底部空氣柱分段裝藥作業(yè)方式參數(shù)對(duì)比

圖4 爆破后爆堆塊度對(duì)比圖

底部連續(xù)裝藥作業(yè)方式與底部空氣柱分段裝藥作業(yè)方式參數(shù)對(duì)比優(yōu)點(diǎn)：①爆破單耗降低18 g/m3，減少炸藥用量，提高炸藥使用效率，降低爆破成本；②爆破率提高4 m3/m，提高鉆孔利用率，減少穿孔延米用量，節(jié)省穿孔成本，壓縮鉆機(jī)作業(yè)時(shí)間；③底部空氣柱分段爆破爆堆塊度均勻，無(wú)明顯粉礦堆積，降低尾礦發(fā)生量，提升高富礦資源利用率，增加經(jīng)濟(jì)效益。

底部連續(xù)裝藥作業(yè)方式與底部空氣柱分段裝藥作業(yè)方式參數(shù)對(duì)比缺點(diǎn)：①裝藥充填作業(yè)比底部連續(xù)裝藥作業(yè)方式復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)增大，增加人工成本；②增加底部空氣柱間隔材料和中間分段間隔器（用草把子替代）材料，增加部分材料成本。

通過(guò)對(duì)比分析，采用底部空氣柱分段裝藥爆破方式能夠起到降低富礦尾礦率作用。同時(shí)還可降低炸藥單耗，提高鉆孔延米利用率，對(duì)比增加的人工成本和部分材料成本，推廣應(yīng)用綜合經(jīng)濟(jì)效益巨大。爆破試驗(yàn)后，采剝段對(duì)電鏟采掘進(jìn)行了寫實(shí)記錄，采用底部空氣柱分段裝藥爆破作業(yè)方式作業(yè)的爆堆在采裝過(guò)程中塊度滿足電鏟采裝要求，采掘過(guò)程中未出現(xiàn)根底、硬幫等不良現(xiàn)象。

3 結(jié)語(yǔ)

進(jìn)入2018年下半年，隨著降低尾礦各項(xiàng)措施的實(shí)施，東露天礦供應(yīng)油廠的油頁(yè)巖富礦粒度更為合理，尾礦發(fā)生率得到有效控制。按照油廠統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，尾礦發(fā)生率基本維持在9%左右，與2018年年初相比較，降幅為3.6%～ 6.6%。按照降幅低點(diǎn)3.6%計(jì)算，每年可減少富礦損失39.6萬(wàn)t。東露天礦供應(yīng)油廠富礦每噸為46元，則可直接產(chǎn)生1 821.6萬(wàn)元經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時(shí)，尾礦率降低后，可進(jìn)一步壓縮排土成本，減少排土場(chǎng)土地占用，節(jié)約土地資源，更有利于礦區(qū)環(huán)境的生態(tài)保護(hù)，符合當(dāng)前的礦山環(huán)保建設(shè)發(fā)展趨勢(shì)，產(chǎn)生積極的社會(huì)效益。