肖 兵，孫 磊，吳云飛，黃月軍，蘇海云

（神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000）

目前，臺階深孔爆破已被各大露天礦山廣泛應(yīng)用，安家?guī)X露天礦與中國礦業(yè)大學(xué)的黃小明、張瑞新等人對安家?guī)X露天礦臺階爆破質(zhì)量進(jìn)行了優(yōu)化研究[1]，內(nèi)蒙古科技大學(xué)的李國明對扎哈淖爾露天煤礦巖層爆破參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化研究[2]，神華集團(tuán)哈爾烏素露天煤礦的蘇二換對露天礦大孔徑深孔爆破方案與施工技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化[3]，大孔徑淺孔爆破也已在魏家峁、馬鞍山等露天礦山推廣使用，北方魏家峁煤電有限責(zé)任公司的張建民、楊靖等人研究了大孔徑淺孔爆破在魏家峁露天煤礦的應(yīng)用[4]，馬鋼南山礦業(yè)公司的謝建德對大孔徑淺孔爆破設(shè)計原則及參數(shù)選擇進(jìn)行了研究[5]，各礦對相關(guān)的臺階深孔爆破及大孔徑淺孔爆破參數(shù)及工藝進(jìn)行了詳細(xì)的研究分析，但受地質(zhì)條件的影響，各礦的爆破參數(shù)及工藝不盡相同，各礦優(yōu)化后的爆破參數(shù)及工藝無法適用于所有露天礦，需針對不同露天礦所處的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行爆破參數(shù)及工藝優(yōu)化，同時，各礦未對臺階爆破對電鏟采裝效率的影響進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，因此，針對勝利煤田礦區(qū)大孔徑淺孔爆破及臺階深孔爆破相關(guān)參數(shù)及施工工藝進(jìn)行了具體研究，確定最優(yōu)的爆破參數(shù)及爆破施工工藝，通過數(shù)據(jù)分析，研究了臺階爆破對電鏟采裝效率的影響，為露天礦成本控制積累了可靠的數(shù)據(jù)支持。

1 礦山概況

勝利露天煤礦采用單斗－卡車工藝，剝離采用6臺WK－35 電鏟配合220T 卡車作業(yè)，采煤采用WK－10B 電鏟、EX2500 液壓正鏟配合TR100 作業(yè)。爆破工程主要分為大孔徑淺孔爆破和臺階深孔爆破，爆破按照露天礦采掘方向采取分層、分區(qū)一爆一采或一爆多采的方式，以滿足采掘設(shè)備能力為準(zhǔn)。

勝利露天礦區(qū)內(nèi)大部分巖石強(qiáng)度較低，抗壓強(qiáng)度大于6 MPa 的巖石比例為20.49 %（占基巖層段的百分?jǐn)?shù)），大于10 MPa 的巖石比例為7.48 %，單層最大厚度5.29 m；大于15 MPa 的巖石比例為2.36 %，單層最大厚度為5.05 m。剝離物強(qiáng)度為一類偏復(fù)雜，即含少量中硬巖的軟巖類，而且中硬巖的厚度及在軟巖中的分布呈不規(guī)則狀態(tài)[6]。分布在露天區(qū)的西及北西部的5#煤層以上的砂礫巖，具有厚度變化大和抗壓強(qiáng)度離散性極大的特點(diǎn)。據(jù)現(xiàn)場勘查，5#煤硬度較小，6#煤硬度較大，5#～6#煤之間的粉砂巖和細(xì)砂巖硬度較大，分布不規(guī)則[6]?？紤]地質(zhì)條件的影響，勝利露天煤礦對5#煤以上局部砂礫巖實(shí)施局部硬巖爆破，對5#～6#煤之間剝離物及6#煤進(jìn)行全部爆破，進(jìn)而提高電鏟采裝效率。

2 爆破設(shè)計優(yōu)化

2.1 爆破參數(shù)優(yōu)化

露天煤礦爆破質(zhì)量受各種因素的影響，在爆破過程中很容易產(chǎn)生大塊、根底，從而影響電鏟的采裝效率，且產(chǎn)生的大塊及根底需二次爆破，增大了爆破成本。因此，合理的炸藥單耗、爆破參數(shù)、爆破工藝、裝藥結(jié)構(gòu)、聯(lián)網(wǎng)方式等有助于提高爆破質(zhì)量。

勝利露天煤礦巖層臺階和煤層臺階均需鉆孔爆破。巖石巖性為松散－半堅硬，抗壓強(qiáng)度0.05～50.10 MPa，平均2.66 MPa，巖石炸藥單耗為0.16～0.23 kg/m3，煤的抗壓強(qiáng)度為6.30～10.12 MPa，極少部分超過15 MPa，屬軟巖類，炸藥單耗0.12～0.18 kg/m3，設(shè)計確定打垂直孔，爆破采用多排孔微差松動的爆破，主炸藥選用銨油炸藥，起爆藥使用乳化炸藥，地表和孔內(nèi)傳爆使用普通毫秒導(dǎo)爆管雷管，當(dāng)遇到水孔時，采用乳化炸藥進(jìn)行裝藥[3]。

2.1.1 臺階淺孔爆破方案

為保證有效提高勝利露天煤礦電鏟采裝效率，對于揭露的局部硬巖、凍土層及中深孔臺階爆破產(chǎn)生的根底、臺階局部出現(xiàn)欠挖或三角體，采取大孔徑淺孔爆破。鉆孔直徑為175 mm，爆破理論中淺孔爆破的基本定義為炮孔直徑≤50 mm，深度≤5 m 的爆破作業(yè)。在爆破技術(shù)資料中查無相關(guān)大孔徑淺孔爆破設(shè)計內(nèi)容。因此，淺孔爆破設(shè)計相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式不適用大孔徑淺孔爆破。在爆破設(shè)計中主要依據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出適應(yīng)相關(guān)條件的爆破設(shè)計方法，并得到有效應(yīng)用。

依據(jù)巖石可爆性普氏硬度系數(shù)f＝1～2，大孔徑淺孔爆破炮孔裝藥相對集中，爆破抵抗線長度較大，為達(dá)到理想的爆破效果，炸藥單耗較小孔徑淺孔爆破高，在實(shí)際應(yīng)用中爆破單耗、一般按0.2 kg/m3控制，根據(jù)巖石的軟硬程度再做適當(dāng)調(diào)整[4]。勝利露天煤礦大孔徑淺孔爆破參數(shù)為:①臺階高度4 m;②孔深4 m;③孔網(wǎng)參數(shù):孔距a×排距b＝8 m×7 m;④底盤抵抗線為5 m;⑤單孔裝藥量為45 kg;⑥炮孔填塞長度為2 m;⑦炸藥單耗為0.2 kg/m3。

2.1.2 臺階深孔爆破方案

1）炮孔直徑d。勝利露天煤礦巖石臺階及煤層臺階設(shè)計使用175 mm 孔徑鉆機(jī)。

2）臺階底盤抵抗線Wd。勝利露天煤礦設(shè)計臺階高度H 為15 m，按照Wd＝（0.6－0.9）H，確定巖石臺階底盤抵抗線為9 m。

3）孔深L 與超深Hc。h 為鉆孔超深。超深使礦山每年鉆孔工作量增加。在每個孔深裝藥量一定的條件下，超深增大，直接用于破碎臺階巖石的那部分炸藥量減小，同時也增加填塞高度，即增加非裝藥區(qū)高度，從而導(dǎo)致臺階上部巖石不能得到炸藥直接爆破作用，大塊率增加。因此，在可能條件下，應(yīng)力求減小超深。根據(jù)多年在本礦實(shí)驗(yàn)總結(jié)，本礦巖石硬度較小，故本礦深孔爆破超深h＝0.6 m，根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場情況及臺階高度不同對超深進(jìn)行調(diào)節(jié)。剝離臺階孔深L＝H+Hc 確定為15.6 m。

4）孔距a 與排距b。根據(jù)a＝mWd，選取炮孔密集系數(shù)m 為1.2～1.5。依據(jù)小排距大孔距可有效改善爆破效果的理論，同時，為了取得較好的爆破效果，發(fā)揮爆孔利用率，布孔方式采用三角形布孔，排距按b＝0.866 a 選取。則：確定175 mm 孔徑炮孔的巖石爆破孔網(wǎng)參數(shù)為：10 m×8 m。

5）炮孔填塞長度Lt。工程實(shí)踐取Lt＝（0.7～1.0）Wd，確定填塞長度為5～7 m，該設(shè)計采用連續(xù)裝藥，鉆機(jī)排渣充填。

2.2 爆破工藝優(yōu)化

1）壓碴爆破。勝利露天煤礦5#煤～6#煤之間部分巖層爆破采取壓碴爆破，在采掘工作面留有一定厚度的爆堆，留渣厚度一般為4～5 m，通過爆堆與原生臺階的擠壓作用，有效延長爆破應(yīng)力波作用于原生臺階的時間，改善炸藥能量的利用，提高對巖體的破碎效果，減小大塊率。當(dāng)遇到臺階底盤抵抗線過大的情況時，利用推土機(jī)在爆堆上制作假平臺，靠前打孔，有效縮小臺階底盤抵抗線，避免或減少根底。

2）反向起爆。在露天礦臺階爆破中，根據(jù)起爆藥包在炮孔的位置和數(shù)目，將起爆方式分為正向起爆，反向起爆和多點(diǎn)起爆[7]。勝利露天煤礦起爆方式廣泛采取反向起爆，有效降低了巖石的夾制作用，有效降低大塊率，消除了正向起爆時容易出現(xiàn)的起爆藥卷被鄰近炮孔內(nèi)裝藥爆破“壓死”或早爆的現(xiàn)象[8]。

3）微差爆破。勝利露天煤礦采用非電導(dǎo)爆管微差起爆網(wǎng)絡(luò)[9]。微差爆破可以增大應(yīng)力波對巖體的作用時間和給后排孔補(bǔ)充自由面，降低大塊率和炸藥單耗，有效減小爆堆寬度[10]。勝利露天煤礦根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場實(shí)際，靈活采用排間、逐孔等微差起爆順序，實(shí)現(xiàn)最佳爆破效果。為避免先起爆區(qū)域?qū)ο噜弲^(qū)域爆破網(wǎng)絡(luò)的損害，孔內(nèi)高段微差的（200 ms），地表采用低段微差（50 ms）或高精度毫秒延期導(dǎo)爆管雷管的方式進(jìn)行起爆。

4）打加密孔。勝利露天煤礦臺階坡面角為65°～70°，受電鏟挖掘質(zhì)量及地質(zhì)條件的影響，局部臺階坡面角小于65°，爆破底盤抵抗線增大，為保證爆破質(zhì)量，在進(jìn)行鉆孔作業(yè)時，在臨近臺階坡頂線處打加密孔，增加臺階前排底部裝藥量，克服臺階較大的底盤抵抗線，減少根底，創(chuàng)造了較好的爆破效果[11]。

5）局部硬巖爆破。勝利露天煤礦礦區(qū)內(nèi)5#煤以上巖層局部存在部分粗砂巖，厚度為2～3 m，分布不連續(xù)，該層巖石強(qiáng)度較大，對電鏟采裝效率有較大影響。針對該層巖石，在露天礦深孔爆破作業(yè)中，采取孔間夾打鉆孔的方式進(jìn)行爆破，根據(jù)現(xiàn)場硬巖分布情況，穿孔深度以不超過巖石厚度2/3，硬巖處裝藥進(jìn)行爆破，由此提高對硬巖的爆破效果，同時，有效減少了炸藥單耗，節(jié)約了爆破成本。深孔爆破硬巖層炮孔位置剖面圖如圖1，局部硬巖臺階炮孔布置平面圖如圖2。

圖1 深孔爆破硬巖層炮孔位置剖面圖

圖2 局部硬巖臺階炮孔布置平面圖

3 勝利露天煤礦爆破對采裝效率的影響

3.1 大孔徑淺孔爆破對電鏟采裝效率的影響

勝利露天煤礦冬季氣溫較低，冬季剝離臺階上部有4 m 左右的凍土，影響電鏟采裝效率，勝利露天煤礦對冬季剝離臺階上部凍土進(jìn)行大孔徑淺孔爆破，取得了比較好的效果，提高了電鏟采裝效率，960平盤1102#電鏟采裝車速度的統(tǒng)計分析如圖3。2018年3 月1 日—3 月23 日，1102#電鏟采裝未爆破臺階，平均裝車速度0.225 車/min，3 月24 日—4 月3 日，1102#電鏟采裝爆量，平均裝車速度0.284 車/min，4月4 日—4 月17 日，1102#電鏟繼續(xù)采裝未爆破臺階，平均裝車速度0.252 車/min，通過以上數(shù)據(jù)分析，大孔徑淺孔爆破可提高電鏟采裝效率20.85 %。

圖3 960 平盤1102#電鏟每分鐘裝車數(shù)

3.2 5#煤上部巖層深孔爆破對電鏟采裝效率的影響

勝利露天煤礦對冬季剝離臺階進(jìn)行深孔爆破，通過優(yōu)化爆破參數(shù)及爆破工藝，提高了電鏟采裝效率，975 平盤1102#電鏟采裝車速度的統(tǒng)計分析如圖4。2018 年11 月19 日—11 月25 日，1102#電鏟采裝爆量，平均裝車速度0.272 車/min，11 月26 日—12月5 日，1102#電鏟采裝未爆破臺階，平均裝車速度0.226 車/min，12 月6 日—12 月11 日，1102#電鏟繼續(xù)采裝爆量，平均裝車速度0.267 車/min，12 月12日—12 月17 日，1102#電鏟繼續(xù)采裝未爆破臺階，平均裝車速度0.221 車/min，975 平盤整臺階爆破提高電鏟采裝效率20.58%。960 平盤1106#電鏟采裝車速度的統(tǒng)計分析如圖5，2017 年12 月14 日—12月17 日，1106#電鏟采裝非爆量，平均裝車速度0.204 車/min，12 月18 日—12 月31 日，1106#電鏟采裝爆量，平均裝車速度0.247 車/min，960 平盤整臺階爆破提高電鏟采裝效率21.07%。通過以上數(shù)據(jù)分析，勝利露天煤礦巖層深孔爆破可提高電鏟采裝效率20.83%。

圖4 975 平盤1102＃電鏟每分鐘裝車速度

圖5 960 平盤1106＃電鏟每分鐘裝車速度

3.3 深孔爆破對電鏟采裝效率的影響

勝利露天煤礦5?！?＃煤層之間巖層采用深孔爆破，取得了比較好的效果，提高了采裝效率，885平盤1105＃電鏟采裝車速度的統(tǒng)計分析如圖6，2018年1 月15 日—1 月17 日，1105＃電鏟采裝未爆破臺階，平均裝車速度為0.191 車/min，1 月18 日—1 月20 日，1105＃電鏟采裝爆量，平均裝車速度為0.227車/min，1 月21 日—2 月21 日，1105＃電鏟繼續(xù)采裝未爆破臺階，平均裝車速度0.189 車/min，2 月28日—3 月5 日，1105＃電鏟繼續(xù)采裝爆量，平均裝車速度0.217 車/min，885 平盤整臺階爆破提高電鏟采裝效率15.87%。

圖6 885 平盤1105＃電鏟每分鐘裝車速度

4 結(jié)語

1）提出了大孔徑淺孔爆破設(shè)計方案，對相關(guān)爆破參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化研究，同時，對勝利煤田其他露天礦實(shí)施淺孔爆破提供了詳實(shí)的爆破參數(shù)，通過實(shí)施大孔徑淺孔爆破，可提高電鏟采裝效率20.85%。

2）對勝利露天煤礦深孔臺階爆破臺階底盤抵抗線、孔距、排距、填塞長度、超深等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化研究，同時，對臺階深孔爆破工藝進(jìn)行了優(yōu)化，鉆孔過程中采用打加密孔、孔間夾打鉆孔的方法優(yōu)化布孔方式，提出了壓碴爆破、反向起爆的爆破方法，優(yōu)化后，勝利露天煤礦電鏟采裝效率提高了16.03%可為同類礦山提供臺階深孔松動爆破提供設(shè)計及施工經(jīng)驗(yàn)。