孫志鳴

（中煤平朔集團有限公司 安家?guī)X露天礦，山西 朔州 036800）

爆破作業(yè)炸藥單耗高，爆破后易產(chǎn)生根底、大塊一直是露天煤礦安全生產(chǎn)作業(yè)中面臨的一大難題。安家?guī)X露天礦鉆孔爆破一直采用經(jīng)驗法作業(yè)，沒有可靠地數(shù)據(jù)支撐，導(dǎo)致采區(qū)采裝中經(jīng)常出現(xiàn)根底、大塊，且炸藥用量無法預(yù)算。因此，對傳統(tǒng)的爆破工藝進行改革，優(yōu)化爆破參數(shù)，降低炸藥單耗，避免采裝作業(yè)中根底、大塊產(chǎn)生，是安家?guī)X露天礦面臨的一項必須攻克的難題。

1 礦山地質(zhì)概況

安家?guī)X露天礦于1997 年10 月1 日開工建設(shè)，2001 年7 月1 日主體工程基本建成，進行聯(lián)合試運轉(zhuǎn)，2003 年7 月1 日全面進行試生產(chǎn)[1]。安家?guī)X露天礦剝離采用單斗-卡車開采工藝；采煤為單斗-卡車-地面半固定破碎站-帶式輸送機-選煤廠半連續(xù)開采工藝[2]。采煤采用斗容35 m3單斗挖掘機配合前裝機，裝200 t 級卡車運輸；剝離采用斗容35 m3和55 m3挖掘機，裝200 t 和300 t 級卡車運至內(nèi)排土場排棄，排土采用推土機輔助推排。

安家?guī)X露天開采4（4-1）、42-3（4-3）、7、9、11共5 個煤層，平均可采厚度分別為7.14、3.24、1.64、16.26 和4.10 m。主采煤層4、9、11 3 個煤層，平均厚度約27.50 m。

地質(zhì)情況如下：

1）地形地貌。本礦田屬于山西黃土高原朔平臺地之低山丘陵，全區(qū)多為黃土覆蓋，區(qū)內(nèi)黃土臺地曾經(jīng)受強烈的侵蝕切割作用[3]，加之區(qū)內(nèi)植被稀疏，形成梁、垣、峁等黃土高原地貌景觀。溝谷發(fā)育，呈“V”字形，切割深度40～70 m。區(qū)內(nèi)地形基本呈北高南低之趨勢，中部高，兩邊低。自北而南，以古文梁、紅色梁、疙瘩上、廟梁、長征梁、兔兒梁、大嶺梁一線為本區(qū)馬關(guān)河與馬營河之分水嶺[3]。礦區(qū)內(nèi)地形基本呈北、西高，東、南低之趨勢。最高點位于礦區(qū)北界雙圪塔梁，海拔高度1 435 m，最低點為礦區(qū)東部的馬關(guān)河床，海拔高度1 180 m，相對高差255 m[4]。

2）礦田構(gòu)造。①白家辛窯向斜：位于本區(qū)西部，軸向N35°E～N15°E，向S、N 延伸出井田，兩翼傾角基本一致，傾角5°左右，南部東翼傾角略大于西翼，區(qū)內(nèi)延伸長度1 300 m；②蘆子溝背斜：為一區(qū)域性褶曲，西北端自平凡城區(qū)起，以南東40°方向向南延伸，轉(zhuǎn)為N30°E 經(jīng)B2205 孔進入本區(qū)，兩翼產(chǎn)狀不一致，北西翼傾角3°～5°，南東翼傾角6°～9°，在區(qū)內(nèi)背斜軸長度約6 000 m，從區(qū)域性看，該背斜為弧型褶曲，弧頂指向南東；③白西溝向斜：發(fā)育于本區(qū)東南部的白西溝村及計高登一線，走向近南北之向南傾伏的向斜，向南開闊，在礦區(qū)內(nèi)延伸約2 670 m[5]。

2 深孔爆破參數(shù)優(yōu)化

安家?guī)X露天礦巖性主要為砂質(zhì)泥巖、砂巖、泥灰?guī)r，堅固系數(shù)f＝4～8。以往爆破工長對裝藥炮區(qū)巖性的了解大多是通過驗孔員口頭描述為主，存在一定的隨意性，也導(dǎo)致對一些巖層分布復(fù)雜的炮區(qū)分析判斷與實際情況差距很大。優(yōu)化后通過現(xiàn)有鉆孔資料及現(xiàn)場實際揭露情況，每月由生產(chǎn)技術(shù)部建立計劃爆破作業(yè)區(qū)域地質(zhì)模型，地質(zhì)模型中要詳細(xì)標(biāo)明每個計劃炮區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、物料巖性及范圍、堅固系數(shù)、結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況等，作為每個炮區(qū)爆破設(shè)計依據(jù)。依據(jù)爆破地質(zhì)模型，計劃每周選取2～3 個具有代表性的炮區(qū)對爆破參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整。

2.1 孔網(wǎng)參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整

2.1.1 鉆孔直徑的選擇

當(dāng)前一般煤層和傾斜面爆破作業(yè)，一般選用165 mm 鉆頭的鉆機穿孔作業(yè)，其余大型炮區(qū)優(yōu)先選擇250 mm 鉆頭的電鉆穿孔作業(yè)。優(yōu)化后通過生產(chǎn)技術(shù)部提供的爆破作業(yè)區(qū)域地質(zhì)模型中對巖體結(jié)構(gòu)和構(gòu)造、巖體性質(zhì)、臺階高度等詳細(xì)數(shù)據(jù)進行分析以及爆區(qū)周邊環(huán)境和設(shè)備安全措施來確定鉆孔直徑，并通過鉆孔爆破后的效果評估，最后決定適合現(xiàn)場條件的孔徑標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2 底板抵抗線及孔邊距

底板抵抗線和孔邊距的大小是爆破效果和爆破安全最重要的參數(shù)[6]。數(shù)值過大可能造成殘留根底多，后沖作業(yè)大，過小不僅浪費炸藥還可能產(chǎn)生飛石。所以其值應(yīng)當(dāng)正確選取。當(dāng)前爆破作業(yè)區(qū)域的底板抵抗線在7～10 m，孔邊距≥3 m，鉆機司機在穿孔過程中都是通過穿孔設(shè)計和現(xiàn)場作業(yè)經(jīng)驗進行調(diào)整，沒有具體數(shù)值。為此，計劃根據(jù)被爆礦巖的巖性、所用炸藥特性和數(shù)量以及炮孔直徑大小等進行不斷驗證[7]，最后決定不同現(xiàn)場條件的底板抵抗線和孔邊距的標(biāo)準(zhǔn)。驗證過程中一般選用較廣泛應(yīng)用的最小抵抗線長度為孔徑倍數(shù)的計算方法而最小抵抗線長度為孔徑的倍數(shù)：

W＝k1d

式中：W 為最小抵抗線長度，mm；k1為倍數(shù)系數(shù)；d 為鉆孔直徑，mm。

倍數(shù)系數(shù)k1的取值見表1。

表1 倍數(shù)系數(shù)k1 的取值

孔徑165 mm 鉆機考慮移動方便，爬坡能力強。一般考慮在煤層、傾斜面以及作業(yè)面復(fù)雜的小型爆破區(qū)域穿孔作業(yè)，上面公式?jīng)]有參考價值。

底盤抵抗線數(shù)值確定后，通過鉆孔爆破后炸藥單耗、爆破效果、炮區(qū)后沖情況、飛石產(chǎn)生情況等進行效果評估，通過不斷優(yōu)化最后決定適合現(xiàn)場條件的最小抵抗線和孔邊距。

2.1.3 孔距和排距

當(dāng)前安家?guī)X礦布孔方式為矩形布孔，傾斜面、小型炮區(qū)采用孔徑φ165 mm 鉆機，鉆孔孔網(wǎng)參數(shù)為6 m×6 m；對于爆破面積較大巖石炮區(qū)采用孔徑φ250 mm 鉆機，鉆孔孔網(wǎng)參數(shù)為8 m×8 m；煤層用孔徑φ165 mm 鉆機，鉆孔孔網(wǎng)參數(shù)為7 m×7 m。優(yōu)化布孔方式和孔網(wǎng)參數(shù)，布孔方式根據(jù)炮區(qū)形狀、爆破面積等合理運用矩形布孔和三角形布孔。

2.2 裝藥參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整

1）裝藥長度和充填長度。當(dāng)前孔徑φ250 mm 炮孔深度≥14 m 一般充填深度為7 m，孔徑φ165 mm炮孔深度≥12 m 一般充填深度為6 m?？咨钚∮?0 m 的炮孔一般裝藥長度和充填長度各占1/2。由于合理的裝藥長度和充填長度，可延長爆轟氣體在孔內(nèi)的作用時間，對改善爆破效果、控制爆破飛石和提高炸藥能量利用率具有重要意義[7]。優(yōu)化后安家?guī)X礦計劃通過生產(chǎn)技術(shù)部提供的爆破作業(yè)區(qū)域地質(zhì)模型的實際情況，通過充填長度與孔徑或抵抗線之間的關(guān)系，通過不斷爆破實驗進行驗證，確定相同作業(yè)環(huán)境下最理想的裝藥長度和充填長度。充填長度一般可按以下孔徑或底盤抵抗線來驗證，即：

L1＝（20-30）φ

L1≥0.75W1

式中：L1為充填長度，mm；φ 為炮孔直徑，mm；W1為底盤抵抗線，mm。

2）分段裝藥。當(dāng)前安家?guī)X礦分段裝藥量沒有明確數(shù)據(jù)支持，炸藥之間的分段采用2～3 m 巖渣分段。為此，改變間隔炸藥長度和上下藥柱的裝藥量，驗證得出相同作業(yè)環(huán)境下最理想的分段裝藥數(shù)據(jù)，為以后的分段裝藥做數(shù)據(jù)支持。

3）炸藥類型。安家?guī)X礦現(xiàn)用炸藥為乳化炸藥、多孔粒狀銨油炸藥以及重銨油炸藥。一般干孔使用多孔粒狀銨油炸藥，深水孔使用乳化炸藥。為此，對硬巖分布均勻的炮區(qū)區(qū)在分段裝藥過程中采用銨油炸藥和重銨油搭配分段使用或?qū)σ欢ㄋ畹呐诳淄ㄟ^轟水現(xiàn)裝銨油炸藥爆破，轟水深度需要實驗驗證。

4）爆破設(shè)計。要詳細(xì)標(biāo)明平盤巖石巖性、孔數(shù)、爆破方量、單耗等臺階爆破參數(shù)。目的是以便后期施工有施工標(biāo)準(zhǔn)及爆破效果驗證依據(jù)。

2.3 爆破施工精細(xì)化

1）炮區(qū)清理到位。清理完成后穿爆隊要對整備隊炮區(qū)清理面積、炮區(qū)平整度、表層虛量等進行驗收考核。并在月底對整備隊炮區(qū)清理情況進行考核統(tǒng)計，便于鉆機精準(zhǔn)作業(yè)。

2）炮區(qū)標(biāo)高及地質(zhì)情況校核。鉆孔作業(yè)過程中，穿爆隊作業(yè)人員要對生產(chǎn)技術(shù)部提供的數(shù)據(jù)進行校核。鉆機司機要對鉆孔過程中不同深度巖層軟硬情況做好硬度記錄，與生產(chǎn)技術(shù)部提供的巖性數(shù)據(jù)進行對比。對實際作業(yè)情況與數(shù)據(jù)差異較大的要及時與爆破設(shè)計人員溝通，以便重新調(diào)整穿孔設(shè)計和裝藥結(jié)構(gòu)。

3）驗孔（包括孔網(wǎng)參數(shù)、裝藥參數(shù)）。穿孔完成后，布孔／驗孔工長要及時組織驗孔員到現(xiàn)場對炮孔個數(shù)、孔行距、炮孔深度、炮孔水深情況等進行查驗并做好記錄，要求每個炮孔必須符合設(shè)計要求，對不符合設(shè)計要求的炮孔及時進行投孔、補打平行孔。保證爆破以后所以爆破數(shù)據(jù)真實有效。

4）裝藥。裝藥前，爆破工要對自己負(fù)責(zé)炮孔進行復(fù)驗，確保爆破工對自己所裝炮孔詳細(xì)情況了如指掌；裝藥過程中，要嚴(yán)格按照設(shè)計裝藥，爆破工長要對炮孔的裝藥、充填質(zhì)量進行監(jiān)督檢查，確保每個炮孔的裝藥充填效果嚴(yán)格按照爆破設(shè)計[4]，對爆破存在問題的炮孔，責(zé)任到人，有據(jù)可依。

3 結(jié)語

安家?guī)X露天礦已按照編制的方案進行優(yōu)化，通過調(diào)整孔網(wǎng)參數(shù)、藥柱長度、裝藥結(jié)構(gòu)，在控制飛石、減少振動效應(yīng)的同時，降低炸藥單耗。在實施深孔爆破參數(shù)優(yōu)化方案后，炸藥使用量明顯減少，降低了爆破振動效應(yīng)，爆量效果評價良好，電鏟采掘效率得到提升。