姜漢磊

（撫順礦業(yè)集團(tuán) 東露天礦，遼寧 撫順 113003）

爆破根底的產(chǎn)生嚴(yán)重威脅電鏟的裝車安全，影響挖掘機(jī)的裝車效率。而且過(guò)大的根底需進(jìn)行二次爆破作業(yè)處理，將增加穿孔設(shè)備作業(yè)量，爆破作業(yè)量和炸藥使用量，在時(shí)間上又限制了各項(xiàng)生產(chǎn)工序的正常銜接，對(duì)露天礦山經(jīng)濟(jì)和安全效果影響巨大。撫順東露天礦爆破作業(yè)產(chǎn)生根底有時(shí)長(zhǎng)度可達(dá)100 m，高度接近3 m，對(duì)采區(qū)安全生產(chǎn)和生產(chǎn)接續(xù)影響顯著。因此，分析特殊區(qū)域爆破作業(yè)產(chǎn)生根底的具體原因，制定出切實(shí)可行的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)措施，消除爆破根底對(duì)生產(chǎn)安全的不利影響，是生產(chǎn)技術(shù)人員急需解決的技術(shù)難題。

1 礦山概況

撫順東露天礦北幫采用單斗-鐵道間斷開采工藝，根據(jù)使用采裝電鏟規(guī)格，為使電鏟作業(yè)效率充分得到發(fā)揮，東露天礦采用水平分層方法劃分臺(tái)階，臺(tái)階標(biāo)準(zhǔn)段高7 m[1]。根據(jù)煤層及底板工程地質(zhì)情況北幫采用移動(dòng)坑線，電力機(jī)車鐵道運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸方式。運(yùn)輸設(shè)備為150 t 直流電機(jī)車牽引和60 t 自翻車裝車的編列[2]。東露天礦采場(chǎng)北幫巖石由上至下主要有綠色泥巖、油頁(yè)巖富礦、油頁(yè)巖貧礦，普氏系數(shù)為2.6～4.5 之間，屬于中硬巖石，電鏟采裝作業(yè)前均需要進(jìn)行穿孔爆破對(duì)礦巖進(jìn)行破碎。東露天礦使用穿孔設(shè)備為YQ-150A 型回轉(zhuǎn)鉆機(jī)和SWDD-165 鉆機(jī)2種。按照臺(tái)階布置方式及鉆機(jī)作業(yè)特點(diǎn)鉆機(jī)臺(tái)階作業(yè)穿孔作業(yè)采用垂直鉆孔方式，臺(tái)階爆破方式采用微差松動(dòng)爆破。爆破作業(yè)使用非電導(dǎo)爆管雷管和乳化炸藥。

2 特殊條件臺(tái)階根底產(chǎn)生原因

2.1 地質(zhì)條件變化區(qū)域爆破后產(chǎn)生根底原因

撫順東露天礦北幫巖石臺(tái)階由上至下依次為綠色泥巖、油頁(yè)巖富礦和油頁(yè)巖貧礦，采裝作業(yè)前均需穿孔、爆破松碎礦巖。根據(jù)采剝段近1 年現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，爆破根底多發(fā)生在E6200～E7600 區(qū)間綠色泥巖臺(tái)階。通過(guò)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)寫實(shí)觀測(cè)，此區(qū)域綠色泥巖巖質(zhì)特殊，含有不同巖質(zhì)巖石夾層，夾層分布上不連續(xù)及薄厚不均勻。鉆機(jī)作業(yè)記錄顯示，含有夾層區(qū)域鉆孔鉆進(jìn)困難，鉆機(jī)作業(yè)時(shí)效率下降40%以上（據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，正常不含夾層綠色泥巖臺(tái)階鉆機(jī)穿孔效率為22 m/h，而含夾層臺(tái)階鉆機(jī)作業(yè)效率僅為13 m/h）。通過(guò)鉆機(jī)作業(yè)效率降低可推斷，含有夾層區(qū)域巖石硬度比不含夾層區(qū)域巖石硬度大。東露天礦地質(zhì)柱狀圖控制精度為200 m，由于此類含夾層巖石不連續(xù)分布，夾層厚度普遍小于2 m，因此在地質(zhì)柱狀圖中沒有對(duì)巖質(zhì)進(jìn)行標(biāo)注。經(jīng)查閱2016 年12月東露天礦委托煤礦安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)此區(qū)域含有夾層巖體硬度進(jìn)行普氏系數(shù)測(cè)定資料，出具的巖土點(diǎn)載荷試驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告顯示，該巖石夾層為泥灰?guī)r，試驗(yàn)確定平均抗壓強(qiáng)度值為52.748 MPa，普氏系數(shù)f 為5.3。根據(jù)東露天礦初步設(shè)計(jì)鉆孔柱狀圖顯示，東露天礦綠色泥巖普氏系數(shù)值為3.5，因此可以確定含有泥灰?guī)r夾層綠色泥巖硬度比不含夾層綠色泥巖硬度普氏系數(shù)f 值大1.8。根據(jù)巖石爆破理論，巖石爆破單耗與巖石的普氏系數(shù)f 值成正比[3]。因此，在含有泥灰?guī)r夾層的綠色泥巖臺(tái)階爆破采用普通綠色泥巖臺(tái)階爆破使用的單耗值與巖石硬度不匹配，其值明顯偏小，是臺(tái)階爆破后易產(chǎn)生根底的主要原因之一。

2.2 段高小于5 m 臺(tái)階易產(chǎn)生根底原因

東露天礦臺(tái)階采用水平分層，運(yùn)輸方式為北幫移動(dòng)坑線，電氣化鐵道運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)方式。各水平之間通過(guò)站場(chǎng)折倒方式建立聯(lián)系。由于電鐵運(yùn)輸限制坡度存在，運(yùn)輸系統(tǒng)中克服高差的調(diào)坡段將水平臺(tái)階切割為上下2 個(gè)三角臺(tái)階。根據(jù)機(jī)車爬坡能力即限制坡度15‰計(jì)算[4]，相鄰水平之間用以聯(lián)絡(luò)的調(diào)坡段運(yùn)輸線路，將水平臺(tái)階（臺(tái)階高度7 m）切割為467 m 長(zhǎng)的上下2 個(gè)三角形的分臺(tái)階（此處為理論計(jì)算，實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)時(shí)，運(yùn)輸系統(tǒng)不同區(qū)段還得預(yù)留控制坡度，其坡度值要小于15‰的坡度，因此現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際三角臺(tái)階會(huì)更長(zhǎng)）。按照采剝段現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)記錄，三角臺(tái)階爆破產(chǎn)生根底的占比達(dá)到全部統(tǒng)計(jì)記錄的1/3，特別是段高小于5 m 的三角臺(tái)階，情況尤為突出。通過(guò)分析，小段高臺(tái)階易產(chǎn)生根底原因?yàn)椋?/p>

1）爆破方案選擇不合理。由露天臺(tái)階爆破理論可知，臺(tái)階爆破按照孔徑、孔深不同，分為深孔臺(tái)階爆破和淺孔臺(tái)階爆破。通常將炮孔孔徑大于50 mm、孔深大于5 m 的臺(tái)階爆破稱為露天深孔臺(tái)階爆破；將孔深不超過(guò)5 m、孔徑在50 mm 以下的臺(tái)階爆破稱為露天潛孔臺(tái)階爆破[5]。受限于設(shè)備條件，小臺(tái)階爆破也可采用較大的炮孔直徑，但不宜超過(guò)75 mm。東露天礦受限于鉆孔設(shè)備條件，鉆機(jī)僅有YQ-150A型回轉(zhuǎn)鉆機(jī)和SWDD-165 鉆機(jī)2 種，造成低矮臺(tái)階鉆孔孔徑也將達(dá)到150 mm 甚至165 mm，爆破方案基本與深孔臺(tái)階爆破方案一致。因此造成低于5 m小段高臺(tái)階爆破效果不理想，易產(chǎn)生根底現(xiàn)象。

2）多排孔作業(yè)最小抵抗線方向與炮孔方向一致。小臺(tái)階采掘時(shí)，因臺(tái)階太小，無(wú)法直接裝車，一般采用撥巖裝車。為保證足夠的裝車量，往往在小臺(tái)階區(qū)域采用多排孔爆破，此時(shí)前排孔具有臨空自由面，而后排孔只有上部1 個(gè)自由面，因此最小抵抗線方向與炮孔方向一致。其后果是產(chǎn)生飛石或出現(xiàn)沖炮，能量順炮孔方向釋放，電鏟采掘時(shí)易出現(xiàn)根底。

3）現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)臺(tái)階高度偏差影響。東露天礦坑下采場(chǎng)地表每月由地質(zhì)測(cè)量科實(shí)測(cè)驗(yàn)收后繪制采掘平面圖更新，坑下采區(qū)特別是重點(diǎn)工程位置有時(shí)1 個(gè)月可能推進(jìn)2～3 個(gè)采寬。因此，開采強(qiáng)度大的采區(qū)在驗(yàn)收?qǐng)D未更新時(shí)，爆破設(shè)計(jì)人員在確定需爆破臺(tái)階標(biāo)高時(shí)只能通過(guò)眼睛估算。由于三角臺(tái)階區(qū)域本身就存在一定坡度，因此在確定臺(tái)階高度時(shí)會(huì)存在一定偏差。偏差一般不會(huì)超過(guò)0.5 m，在規(guī)程允許范圍內(nèi)，對(duì)于高臺(tái)階一般影響不大，但對(duì)高度小于5 m的三角臺(tái)階影響十分明顯[6]。臺(tái)階高度每變化1 m，孔網(wǎng)參數(shù)隨之發(fā)生變化。高度小于5 m 臺(tái)階布孔參數(shù)見表1。

鉆孔通知單一般按照整數(shù)布孔，特別是當(dāng)臺(tái)階高度為非整數(shù)時(shí)，四舍五入后臺(tái)階高度值偏差有時(shí)可達(dá)到1 m，直接改變孔網(wǎng)參數(shù)選擇。臺(tái)階標(biāo)高不準(zhǔn)，孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)大時(shí)，造成爆破漏斗無(wú)法聯(lián)通，采區(qū)產(chǎn)生大面積根底。因此，目測(cè)臺(tái)階高度帶來(lái)的偏差也是小臺(tái)階易產(chǎn)生根底的原因之一。

表1 高度小于5 m 臺(tái)階布孔參數(shù)表

3 減少根底產(chǎn)生的技術(shù)措施

3.1 含泥灰?guī)r夾層的綠色泥巖臺(tái)階消除根底

3.1.1 建立匯報(bào)制度以明確巖性變化區(qū)域位置

由于鉆孔柱狀圖未對(duì)泥灰?guī)r進(jìn)行標(biāo)注，采剝段制定管理規(guī)定，要求穿孔隊(duì)要嚴(yán)格履行匯報(bào)職責(zé)。鉆機(jī)司機(jī)作業(yè)通過(guò)觀察鉆機(jī)作業(yè)效率和鉆孔排渣情況（泥灰?guī)r區(qū)域鉆孔時(shí)巖渣顆粒細(xì)小，有時(shí)成粉末狀，顏色灰白，類似水泥）可判定含泥灰?guī)r夾層綠色泥巖位置。遇有綠色泥巖夾泥灰?guī)r區(qū)域，鉆機(jī)司機(jī)要把位置區(qū)域做好標(biāo)記，并詳細(xì)告知爆破設(shè)計(jì)相關(guān)人員，爆破設(shè)計(jì)人員在做爆破設(shè)計(jì)時(shí)要把含泥灰?guī)r夾層綠色泥巖與普通綠色泥巖巖石硬度差別考慮在內(nèi)。

3.1.2 根據(jù)巖石硬度優(yōu)化爆破方案

礦綠色泥巖爆破方案確定爆破單耗一般在170～180 g/m3。含有泥灰?guī)r夾層的綠色泥巖普氏系數(shù)f 值為5.3，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算，爆破單耗達(dá)到265 g/m3左右。因此，要想得到較好的爆破效果，在爆破設(shè)計(jì)時(shí)首先要確定與硬度匹配的單耗值。提升單耗的方法分為縮小孔網(wǎng)參數(shù)和打輔助炮孔2 個(gè)途徑。

1）縮小孔網(wǎng)參數(shù)?？拙嗫s小1 m，減小單孔爆破量，達(dá)到提高爆破單耗目的[7]。綠色泥巖臺(tái)階孔網(wǎng)參數(shù)：三角形布孔，臺(tái)階高度H 為7 m，孔距a 為6 m，排距b 為4 m，邊孔距C 為3.5 m，臺(tái)階坡面角α 為75°，排數(shù)p 為2 排；含泥灰?guī)r夾層綠色泥巖臺(tái)階孔網(wǎng)參數(shù)：三角形布孔，臺(tái)階高度H 為7 m，孔距a 為5 m，排距b 為4 m，邊孔距C 為3.5 m，臺(tái)階坡面角α 為75°，排數(shù)p 為2 排。將2 組參數(shù)分別代入式（1），得單孔爆破量分別為197 m3和164 m3。由此可見，孔距縮小1 m，單孔爆破量減少33 m3。單孔裝藥量同為35 kg（7 個(gè)藥包）時(shí)，爆破單耗分別為177 g/m3和213 g/m3，爆破單耗提高36 g/m3。

式中：Q 為單孔爆破量，m3；C 為前排炮孔中線至臺(tái)階坡頂線之間的安全距離（邊孔距），m；b 為排距，m；H 為臺(tái)階高度，m；α 為臺(tái)階坡面角，（°）；p 為排數(shù)；a 為孔距，m。

2）打輔助炮孔，增加爆破單耗。在三角形布孔中心打輔助炮孔，孔內(nèi)放置輔助藥包，單位爆破體積內(nèi)增加炸藥量，提高爆破單耗，克服主炮孔爆破漏斗間無(wú)法連通，易產(chǎn)生硬根問(wèn)題。

3）優(yōu)化后爆破方案。露天臺(tái)階采用深孔微差松動(dòng)煤破和三角形布孔方式，爆破參數(shù)（以標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階2排炮孔為例）如下：①段高7 m；②超深1 m；③孔深8 m；④孔距5 m；⑤排距4 m；⑥藥包質(zhì)量7 kg；⑦主炮孔單孔裝藥量35 kg；⑧輔助孔數(shù)量n=主炮孔數(shù)-2（主炮孔數(shù)≥3）；⑨輔助孔單孔裝藥量21 kg；⑩主炮孔單孔爆破量164 m3；11○單耗256 g/m3。

4）起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)。采用普通導(dǎo)爆管雷管組成接力捆綁網(wǎng)路，孔外采用2 段毫秒延期雷管，孔內(nèi)采用6 段毫秒延期雷管。

通過(guò)優(yōu)化爆破方案，含泥灰?guī)r夾層綠色泥巖的爆破單耗提升到256 g，基本與含泥灰?guī)r夾層硬度普氏系數(shù)f 值所需爆破單耗值相匹配。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，爆破后爆堆沉降度符合要求，電鏟采掘后無(wú)殘留根底，實(shí)現(xiàn)消除根底目標(biāo)。

3.2 段高小于5 m 臺(tái)階

3.2.1 小孔徑鉆機(jī)和藥包

制定管理措施，規(guī)定低于5 m 臺(tái)階在制定爆破方案時(shí)采用小孔徑鉆機(jī)和小直徑藥包。東露天礦可以采用最小型鉆機(jī)只有租用爆破公司阿特拉斯PD-45 鉆機(jī)，鉆孔直徑115 mm，采用乳化炸藥規(guī)格為質(zhì)量4 kg，直徑90 mm。對(duì)照YQ-150 和SWDD-165鉆機(jī)，鉆孔直徑減小35 mm 和50 mm，藥包直徑減小20 mm。但對(duì)照爆破規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，爆破參數(shù)選用仍屬于深孔爆破范疇。調(diào)整鉆機(jī)和藥包規(guī)格后，按照1～5 m 不同臺(tái)階高度分別在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行爆破試驗(yàn)，根據(jù)電鏟采掘后現(xiàn)場(chǎng)記錄顯示，對(duì)減小爆破根底取得一定效果。同時(shí)，東露天礦還按照淺孔臺(tái)階爆破方案進(jìn)行了爆破試驗(yàn)，在5 m 以下臺(tái)階采用40 mm 鉆桿直徑鑿巖機(jī)配合32 mm 直徑乳化炸藥藥卷進(jìn)行爆破作業(yè)，記錄的爆破效果和電鏟采裝效果評(píng)價(jià)2 方面顯示，基本無(wú)根底現(xiàn)象產(chǎn)生，效果優(yōu)良。但采用汽退鑿巖設(shè)備需人工直接操控，大面積爆破作業(yè)效率偏低，目前在東露天礦還無(wú)法推廣使用。

3.2.2 逐孔起爆技術(shù)

為解決低矮臺(tái)階多排孔爆破最小抵抗線方向與炮孔方向一致問(wèn)題，在段高小于5 m 剝離臺(tái)階推廣使用逐孔爆破方案[8]。

優(yōu)點(diǎn)：①先起爆炮孔為后爆相鄰炮孔多創(chuàng)造1個(gè)自由面，提高爆破炸藥效能，減少根底和大塊產(chǎn)生；②爆炸產(chǎn)生應(yīng)力波沿多自由面反射，強(qiáng)化巖體松碎作用；③同段最大起爆藥量小，能有效地控制和減少震動(dòng)、沖擊波和飛石等危害效應(yīng)。

缺點(diǎn)：需采用高精度導(dǎo)爆管雷管，成本增加。

3.2.3 配備便攜式測(cè)量?jī)x器

針對(duì)臺(tái)階高度偏差影響爆破設(shè)計(jì)參數(shù)選取問(wèn)題，經(jīng)礦討論決定，為爆破設(shè)計(jì)人員配備便攜式臺(tái)階高度測(cè)量?jī)x器（選用的徠卡測(cè)量?jī)x）。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用，消除了目測(cè)偏差，爆破設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性得以保證。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)特殊條件臺(tái)階爆破作業(yè)易產(chǎn)生根底這一技術(shù)難題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，通過(guò)明確巖性變化區(qū)域位置、增加輔助鉆孔、縮小鉆孔和藥包直徑、采用逐孔起爆技術(shù)、用儀器輔助測(cè)量臺(tái)階高度等工程、工藝措施的具體實(shí)施，徹底消除了特殊條件臺(tái)階爆破易產(chǎn)生根底的安全隱患，通過(guò)2020 年上半年現(xiàn)場(chǎng)具體實(shí)施情況檢驗(yàn)，特殊條件臺(tái)階爆破根底發(fā)生情況比去年同期下降80 %以上，大幅減少處理根底二次作業(yè)頻次，電鏟采裝效率顯著提升，取得了良好的安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效果。