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        露天煤礦爆破根底控制技術(shù)應(yīng)用研究

        2021-12-14 06:49:52趙海峰
        山東煤炭科技 2021年11期

        趙海峰

        (義煤集團(tuán)青海義海能源有限責(zé)任公司大煤溝煤礦,青海 德令哈 817000)

        露天礦山的礦產(chǎn)資源在采裝前通常需將礦巖通過爆破進(jìn)行預(yù)先破碎,其爆破方式根據(jù)礦場(chǎng)布置及采裝需要一般采取拋擲爆破或松動(dòng)爆破。在松動(dòng)爆破過程中,主要存在以下幾個(gè)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(shù)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(jīng)濟(jì)效益。因此,露天煤礦爆破質(zhì)量對(duì)礦山生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益及安全生產(chǎn)至關(guān)重要。以大煤溝露天煤礦為例,針對(duì)爆破中存在的根底問題進(jìn)行分析,提出控制根底的優(yōu)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(dá)木盆地北緣東部,達(dá)肯大坂山東南,礦區(qū)面積3.750 7 km2,開采方式為露天與井工結(jié)合開采,生產(chǎn)規(guī)模為100 萬t/a。井田內(nèi)煤層賦存標(biāo)高多在+3450~+2900 m 之間,淺部局部由露天礦開采,露天采區(qū)為一深凹小型露天礦,地面地形復(fù)雜,采裝方式為松動(dòng)爆破+單斗卡車的采裝工藝。爆破參數(shù)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(chǎn)生根底原因分析

        通過對(duì)爆破現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘查后發(fā)現(xiàn),爆破的巖石臺(tái)階為多層軟硬不均勻分布的煤巖,除此之外,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)爆破情況及爆破經(jīng)驗(yàn)分析,該礦產(chǎn)生爆破根底有以下幾個(gè)方面的原因:

        (1)炮孔設(shè)計(jì)超深為2 m,局部炮孔因含水層向炮孔內(nèi)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(chǎn)生根底。

        (2)因采場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)條件限制,部分炮孔間距或排距過大,爆破期間產(chǎn)生的裂隙小于最小抵抗線,加上局部巖石較硬,臺(tái)階前排炮孔底部抵抗線增大,爆破漏斗作用無法達(dá)到臺(tái)階底部,導(dǎo)致爆破不徹底,產(chǎn)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(dǎo)致爆破時(shí)爆破動(dòng)能過早向上泄漏,致使對(duì)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(chǎn)生根底的原因之一。

        3 爆破根底控制技術(shù)

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生根底的多方面原因,分別采取針對(duì)性措施進(jìn)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(jié)構(gòu),保證裝藥深度

        大煤溝露天煤礦巖石臺(tái)階爆破期間,遇含水層炮孔時(shí),裝藥結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示,對(duì)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(duì)應(yīng)減少,炸藥爆破重心上移,從而產(chǎn)生爆破根底。

        針對(duì)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(duì)含水層炮孔加大超深,彌補(bǔ)空氣間隔器長度占用的超深。同時(shí),因含水層位于炮孔中下部,將裝藥結(jié)構(gòu)改變?yōu)槌畈糠窒妊b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(jié)構(gòu)如圖1(b)。該裝藥結(jié)構(gòu)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(duì)底盤的爆破效果。圖1 為含水炮孔裝藥結(jié)構(gòu)調(diào)整前后示意圖。

        圖1 含水炮孔裝藥結(jié)構(gòu)調(diào)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(chǎn)生根底的主要原因。因臺(tái)階的斜坡面是前排炮孔的自由面,當(dāng)前排炮孔距斜坡面較遠(yuǎn),導(dǎo)致炮孔距自由面較遠(yuǎn),爆破期間較難造成傾斜面底部破碎,導(dǎo)致根底產(chǎn)生。因此,在臺(tái)階上部靠近傾斜面施工前排炮孔期間,應(yīng)盡量減小鉆機(jī)至臺(tái)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(chǎn)生。圖2 為前排炮孔最小抵抗線與爆破根底關(guān)系圖。

        圖2 前排炮孔最小抵抗線與爆破根底關(guān)系示意圖

        (3) 提高封孔質(zhì)量

        封孔長度不足或填充不實(shí)均會(huì)影響爆破對(duì)圍巖的作用程度,造成爆破時(shí)爆破動(dòng)能過早向上泄漏,致使對(duì)底部巖石破碎效果差[4]。填充密實(shí)的炮孔能夠有效減少爆破動(dòng)能的提前泄漏,保證對(duì)圍巖的破碎能力。現(xiàn)場(chǎng)采用炮孔充填機(jī)對(duì)炮孔進(jìn)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(shí),保證填充密實(shí)程度,提高封孔質(zhì)量。

        (4) 爆破參數(shù)調(diào)整方案

        分析各爆破參數(shù)變化對(duì)爆破根底的產(chǎn)生情況進(jìn)行分析并擇優(yōu)選擇方案。參數(shù)調(diào)整主要針對(duì)炮孔超深、排距及炸藥單耗進(jìn)行變化,超深調(diào)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(yàn)共提出四個(gè)調(diào)整方案,具體方案見表1。

        表1 孔網(wǎng)參數(shù)調(diào)整正交試驗(yàn)方案

        試驗(yàn)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(shù)90 個(gè),預(yù)計(jì)爆破量87 500 m3。該試驗(yàn)方案在裝藥結(jié)構(gòu)調(diào)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(yàn)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(shù)90 個(gè),預(yù)計(jì)爆破量87 500 m3。該試驗(yàn)方案在裝藥結(jié)構(gòu)調(diào)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(yàn)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(shù)90 個(gè),預(yù)計(jì)爆破量91 500 m3。該試驗(yàn)方案在裝藥結(jié)構(gòu)調(diào)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(yàn)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(shù)90 個(gè),預(yù)計(jì)爆破量91 500 m3。該試驗(yàn)方案在裝藥結(jié)構(gòu)調(diào)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(xiàn)根底的面積與爆破區(qū)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(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過多次爆破試驗(yàn)后,收集各方案平均根底率,然后通過極差分析確定各網(wǎng)孔調(diào)整方案對(duì)發(fā)生根底的效果進(jìn)行排序,從而取得最優(yōu)化方案。

        4 參數(shù)優(yōu)化后的極差分析

        四種優(yōu)化方案在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施后,各方案平均根底率統(tǒng)計(jì)見表2。

        表2 四種優(yōu)化方案及根底率統(tǒng)計(jì)表

        根據(jù)表2 結(jié)果,對(duì)各方案進(jìn)行極差R分析:

        式中:Ki為各因素試驗(yàn)結(jié)果總和;ki為各因素試驗(yàn)的平均結(jié)果。

        各爆破參數(shù)優(yōu)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(yàn)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(tǒng)計(jì)結(jié)果,圖3 為各因素對(duì)爆破根底的影響趨勢(shì)圖。

        表3 各方案下各因素極差分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果

        圖3 各因素對(duì)爆破根底的影響趨勢(shì)圖

        通過表3 中所示結(jié)果可知:炸藥單耗極差R值最大,則表示炸藥單耗對(duì)爆破效果影響最大,超深影響次之,排距影響較小。同時(shí),結(jié)合圖3 中各因素對(duì)爆破根底的影響趨勢(shì)分析,炸藥單耗增加后對(duì)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(duì)應(yīng)方案為試驗(yàn)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(jié)語

        (1)大煤溝露天煤礦爆破產(chǎn)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(shí)等因素。

        (2)針對(duì)爆破產(chǎn)生根底的原因采取了措施。優(yōu)化了裝藥結(jié)構(gòu);增加了炮孔超深,解決了含水炮孔裝藥重心偏高問題;強(qiáng)調(diào)填充密實(shí)程度,確保爆破效果;優(yōu)化爆破參數(shù),有效控制根底率。

        (3)通過四種爆破參數(shù)優(yōu)化方案的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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%。

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