馬修利，李永剛，馬修勝，藺海洋

（1.新疆祥瑞安全生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)中心有限公司，新疆 烏魯木齊 830002；2.新疆北塔山牧場(chǎng)煤礦有限公司，新疆 奇臺(tái) 831800）

新疆北塔山牧場(chǎng)煤礦是一座正在生產(chǎn)中的露天煤礦，位于奇臺(tái)縣北東160km 處，礦田東西長(zhǎng)1.22km，南北寬0.85km，面積1.0225km2，屬于內(nèi)陸亞干旱荒漠氣候帶，礦區(qū)晝夜溫差大，多風(fēng)、少雨，受干旱氣候影響，上部巖層裂隙發(fā)育，節(jié)理明顯，巖體受結(jié)構(gòu)面影響均質(zhì)性很差，屬非均質(zhì)巖體。在進(jìn)行露天礦深孔爆破作業(yè)中，會(huì)出現(xiàn)爆堆不規(guī)整、飛石傷人和大塊率高等一系列爆生災(zāi)害，給礦區(qū)正常安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患。

1 巖性分析

該礦區(qū)南高北低、東高西低，地勢(shì)起伏較大，巖石傾斜方向由南向北，傾角9°左右，受干旱氣候條件影響，巖體風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重，裂隙作用明顯。巖石賦存自上而下為第四系戈壁土、中砂巖和硬砂巖，上部戈壁土厚度4～12m，可直接開(kāi)挖，下部基巖層需要爆破，巖體硬度f(wàn)=5～7。

1.1 沿走向巖性變化分析

（1）受地形變化影響，采場(chǎng)東部巖體完整性較西部差，裂隙比較發(fā)育，爆破以后容易產(chǎn)生大塊。

（2）從東幫所揭露的巖石臺(tái)階巖性變化分析，裂隙分布不均勻，裂隙多為沿傾斜方向延伸和分布，并以剪節(jié)理作用為主，局部地段也受張節(jié)理作用，方位不穩(wěn)定。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，爆破以后巖體大塊發(fā)生率30%左右，大塊平均尺寸：1.8m×1.6m×1.2m。

1.2 沿傾向巖性變化分析

（1）由南向北上部巖石臺(tái)階受風(fēng)化作用明顯，所形成的裂隙影響深度可達(dá)23m 左右，隨著開(kāi)采深度加大，深部臺(tái)階裂隙相對(duì)較少，裂隙作用減弱，大塊率發(fā)生率較臺(tái)階上部減少18%左右。

（2）受結(jié)構(gòu)面影響，爆堆不規(guī)整，破碎的巖塊最容易從受裂隙作用大的地方拋出，拋出距離8-12m 不等。

1.3 開(kāi)采斷面巖性分析

（1）基巖爆破臺(tái)階在受到剪節(jié)理和張節(jié)理共同作用的炮區(qū)，巖體完整性很差，爆破以后的巖塊形狀各異，塊度相對(duì)減小。

（2）爆破巖石臺(tái)階自上而下，裂隙作用逐漸減弱，裂隙頻率下降，巖體結(jié)構(gòu)逐漸趨于均質(zhì)化，可見(jiàn)圖1-2。

圖1 上部爆破臺(tái)階非均質(zhì)巖體結(jié)構(gòu)

2 爆破作業(yè)條件分析

2.1 斜層理爆破作用明顯

該礦斜層理作用明顯，通過(guò)對(duì)爆破現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，爆破產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力所造成的裂隙密度、延伸長(zhǎng)度和裂隙產(chǎn)狀各不相同。

圖2 深部爆破臺(tái)階非均質(zhì)巖體結(jié)構(gòu)

（1）斜層理多沿巖體傾斜方向分布，和南部邊幫臺(tái)階自由面貫通形成弱層，從而使爆生氣體和爆炸應(yīng)力波對(duì)巖體的破壞作用減弱，一些爆生氣體從裂隙面釋出，巖體破碎強(qiáng)度下降，降低了對(duì)正常破碎圍巖的有效作用時(shí)間和壓力作用時(shí)間，導(dǎo)致爆破后極高壓力的氣體鉆入裂隙層面使其擴(kuò)張，擠壓其周?chē)鷰r石，是巖石大塊向傾斜自由面拋擲過(guò)于分散的原因，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，臺(tái)階底部巖體沿自由面被拋擲的距離比預(yù)計(jì)的遠(yuǎn)約3～4m。

（2）北部邊邦巖層傾斜方向和臺(tái)階坡面方向呈逆傾向，爆生氣體不易從自由面釋出，增大了爆生氣體和爆炸應(yīng)力波對(duì)破碎圍巖的有效作用和壓力作用時(shí)間，后沖作用增強(qiáng)、爆堆隆起、巖體拋出距離減少。

2.2 排間爆破作用加強(qiáng)

該礦采用沿巖層傾斜方向直線型排間布孔，非電導(dǎo)爆管排間毫秒微差小規(guī)模爆破，排間作用方向明顯，由于排間起爆方向和斜層理裂隙分布方向相一致，南部邊邦巖石臺(tái)階沿自由面順層方向受爆生氣體和爆炸應(yīng)力波作用使原有裂隙進(jìn)一步錯(cuò)動(dòng)和擴(kuò)張而產(chǎn)生大塊。

3 爆破設(shè)計(jì)方案

3.1 優(yōu)選爆破參數(shù)和裝藥結(jié)構(gòu)

對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)采用的爆破參數(shù)和裝藥結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)確定爆破巖石臺(tái)階高度10m，不耦合分段裝藥，不耦合系數(shù)1.20，炮孔炸藥單耗0.31kg/m3，藥包裝藥密度960kg/m3，藥包重量4.5kg，藥包長(zhǎng)度0.6m，選用孔徑120mm 的潛孔鉆機(jī)垂直打眼，膨化銨油炸藥為工業(yè)炸藥，按不同的炮孔深度和爆破參數(shù)計(jì)算炮孔裝藥量，爆破參數(shù)計(jì)算可見(jiàn)表1。

表1 爆破參數(shù)

（1）適當(dāng)增大炮孔臨近系數(shù)，加大巖塊在爆破過(guò)程中的碰撞擠壓作用，保證同時(shí)起爆的兩相鄰炮孔之間的徑向裂隙不過(guò)早地相互貫通。

（2）由于連續(xù)耦合集中裝藥藥量在炮孔底部，造成臺(tái)階下部巖石過(guò)度破碎，而臺(tái)階上部巖石由于爆破作用減弱產(chǎn)生大塊。減少炮孔裝藥量，采用分段不耦合柱狀裝藥，增大炮孔裝藥高度，加強(qiáng)對(duì)臺(tái)階上部巖石爆破作用。

（3）降低炮孔內(nèi)的裝藥密度，減輕爆轟波對(duì)后排孔巖石的壓力，以達(dá)到減少爆炸沖擊波對(duì)孔壁的正壓作用時(shí)間，使裂隙區(qū)的范圍不至于擴(kuò)大。

3.2 爆破技術(shù)要求

采用非電導(dǎo)爆管加“四通”的多排孔“V”型斜線毫秒微差起爆網(wǎng)路深孔爆破。

（1）設(shè)計(jì)要求在接近臺(tái)階坡面進(jìn)行剝離作業(yè)的爆破巖石臺(tái)階，至少有一個(gè)側(cè)向自由面和正向自由面，起爆點(diǎn)位于臺(tái)階上部側(cè)向和正向自由面交匯處，爆轟由外向內(nèi)沿斜線方向傳爆。

（2）由于剝離工作平盤(pán)寬度32m，采用三角形布孔，每次布3 排孔，每排不少于7 個(gè)炮孔，使炮區(qū)沿正向自由面方向炮孔數(shù)應(yīng)多于側(cè)向自由面。

（3）爆破形成的巖石大塊必須符合4m3單斗液壓挖掘機(jī)的采裝要求即：大塊尺寸不許超過(guò)1.2m3，爆堆伸出不超過(guò)4～5m，爆堆沉降不低于2～3m。

（4）孔內(nèi)藥包采用導(dǎo)爆管雷管延遲起爆，延長(zhǎng)孔內(nèi)炸藥起爆時(shí)間，以防止爆破飛石將后起爆孔的起爆網(wǎng)路炸斷而產(chǎn)生拒爆。

（5）由于節(jié)理、裂隙的作用，巖體首先從強(qiáng)度最低的弱面裂開(kāi)，考慮到爆后應(yīng)力的持續(xù)及雷管延時(shí)間隔參差不齊，爆破網(wǎng)路導(dǎo)爆管雷管每段間隔時(shí)間都確定為25ms。

4 結(jié)束語(yǔ)

新疆北塔山牧場(chǎng)煤礦受干旱氣候影響，巖石風(fēng)化剝蝕程度嚴(yán)重造成節(jié)理裂隙發(fā)育，給露天礦正常爆破作業(yè)帶來(lái)重大安全隱患。設(shè)計(jì)選用優(yōu)化的爆破參數(shù)和裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝藥布孔，采用非電導(dǎo)爆管多排孔“V”型斜線毫秒微差起爆網(wǎng)路深孔爆破，可有效解決該礦非均質(zhì)巖體爆破大塊率高、爆堆不規(guī)整的爆破質(zhì)量問(wèn)題，也為安全生產(chǎn)探索出了可供借鑒的創(chuàng)新之路。