抛掷爆破在哈尔乌素露天矿应用前景分析

马婧佳

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）

抛掷爆破在哈尔乌素露天矿应用前景分析

马婧佳

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）

哈尔乌素露天矿在2010年率先对采空区实施过抛掷爆破，通过对抛掷爆破与传统松动爆破，做技术比选和效益分析，探讨哈尔乌素露天矿应用抛掷爆破的前提条件、影响因素和制约因素并预测最终应用前景。

露天矿；抛掷爆破；松动爆破

0 引 言

哈尔乌素露天矿采用传统的松动爆破-单斗卡车工艺，需要完成大量的剥离工程,随着采深的不断延续，开采成本逐步提高。结合现有煤层近水平分布的特点，采用抛掷爆破将部分抛掷爆破量直接抛至内排土场，将有效减少露天矿剥离工程量，降低生产成本。抛掷爆破-单斗卡车的应用对哈尔乌素露天矿与黑岱沟露天矿协调发展、扩大产能具有重要意义。

1 抛掷爆破应用现状

在国内，黑岱沟露天矿是率先采用抛掷爆破-吊斗铲开采工艺的露天矿，其中抛掷爆破的技术性与安全性都做过充分的论证与实践。哈尔乌素露天矿与黑岱沟露天矿毗邻，外部条件相同，自然条件相近，并在2010年对哈尔乌素露天矿的采空区实施过抛掷爆破，以上条件均为哈尔乌素露天矿全面采用抛掷爆破-单斗卡车工艺提供了必要的前提。

2 抛掷爆破应用的外部条件

2.1 自然条件

哈尔乌素露天矿煤层近水平分布，上覆剥离物厚度在120 m以上，该露天矿与黑岱沟露天矿相邻，在煤层的地质构造与工程性质上，均属同一煤田，满足抛掷爆破应用的自然条件。

2.2 技术条件

与哈尔乌素露天矿相毗邻的黑岱沟露天矿采用抛掷爆破技术多年，无论是爆破参数、爆破技术、安全性要求、边坡稳定等方面都有成型的理论系统，可以作为有力的技术依托。

2.3 实践经验

自2010年起，哈尔乌素露天矿在小煤窑采空区采用过抛掷爆破的技术，在现场实践方面已经积累宝贵经验。

综上，哈尔乌素露天矿采用抛掷爆破技术的背景与条件已经成熟，可以适时考虑应用抛掷爆破技术的可能性。

3 哈尔乌素露天矿抛掷爆破应用的技术条件

3.1 爆堆形态的分析

抛掷爆破的最终目的是为了降低剥离成本，因此爆堆形态的确定是一切论述的前提，优化爆破技术就是优化抛掷爆破的爆堆形态，使爆堆形态更加合理，并有利于下部单斗、卡车的采装作业。

抛掷爆破可以使有效抛掷率达到30%以上，形成的曲线应该包括压帮三角量、单斗-卡车分层开采剥离量，侧压三角煤剥离量、有效抛掷量。理想的抛掷效果应该使有效抛掷量最大，侧压三角煤量最少，卡车可实现工程作业条件。

3.2 抛掷爆破-单斗卡车完成的剥离量

在满足合理开采参数的条件下（即在煤层顶板以上45 m实现抛掷爆破），为论证2种技术的经济成本,先得出有效抛掷量作为计算基数 。

设每年的抛掷台阶实体体积为V，计算结果如下：

其中包括吊斗铲倒堆工程量、有效抛掷量和单斗-卡车倒堆工程量，不含二次倒堆工程量。根据现场抛掷爆破参数和生产统计数据，有效抛掷率按33%计，则有效抛掷量为1 241万m3。

4 抛掷爆破与松动爆破方案比选

4.1 方案的提出

哈尔乌素露天矿现有开采工艺为剥离物松动爆破，由单斗-卡车采装运输。本次方案研究的前提是相同的空间关系，即煤层顶板以上45 m台阶高度对应的剥离量，采用抛掷爆破-单斗卡车工艺与松动爆破-单斗卡车工艺的效果分析。

1）方案1：松动爆破-单斗卡车工艺。哈尔乌素露天矿采用单斗-卡车工艺已应用多年，有着成熟的技术经验与现场实践，是常规设计下的普遍工艺。

2）方案2：抛掷爆破-单斗卡车工艺。露天矿煤层顶板以上45 m范围内的剥离物采用抛掷爆破-单斗卡车工艺，可以借鉴黑岱沟露天矿抛掷爆破吊斗铲倒堆开采工艺的技术特点，此方法将提高有效抛掷率，减少卡车的剥离量。

4.2 方案的分析

抛掷爆破-单斗卡车工艺的应用尚且为首例。在优化爆堆形态的基础上，结合采煤方式与剥离方案，借鉴黑岱沟露天矿成熟的技术条件，提出采用预留中部沟的方式运煤，工作线两翼分为爆破剥离与采煤运输，实现两部分错步开采。

开采程序为：经爆破后的剥离物分层开采，通过临时搭建内排桥运至排土场。采煤分两层开采，经中部沟运至内排土场，通过已有的内排台阶或端帮运输系统去往地表破碎站，侧压三角煤的剥离量由卡车搭建临时平台直接去往内排土场排弃。抛掷爆破单斗卡车工艺系统布置图如图1所示，左侧为剥离物经内排桥排弃，右侧工作线为分层采煤经中部沟运至破碎站。

图1 抛掷爆破单斗卡车工艺系统布置图

4.3 2个方案的影响因素分析

1）穿孔爆破因素。与传统的松动爆破相比，抛掷爆破对炸药单耗、布孔方式、爆破孔深等多个方面均提出更高要求，为了形成理想中的爆堆形态，实际操作也更难实施，穿孔爆破成本更高。

此外在穿爆设备的购置上，考虑到哈尔乌素露天矿现有穿孔设备电动牙轮钻机1190E、CDM75、D245S等，可以满足抛掷爆破的技术要求，无需另外购置，从而减少了技术改造的设备投资。

2）有效抛掷量因素。抛掷爆破-单斗卡车工艺的最大特点是通过抛掷爆破形成占总量大约30%的有效抛掷量，此部分剥离量直接抛掷到内排土场，直接节省了挖掘机的采装与卡车的运行环节。因节省的剥离工程量大，剩余的剥离量运输成本近，成为抛掷爆破应用的最大优势。

3）采煤运距因素。抛掷爆破技术的应用使原有工作线布置发生的变化，运煤方式发生了改变。

方案1中原有松动爆破-单斗卡车系统下的煤量有2个运煤路线去往地表破碎站。一种是接近煤层底板的煤可以经由内排台阶运至地表，另一种上部煤层的煤可以经工作帮台阶运至坑口的破碎站。运煤系统布置灵活，双出口可以保证运距加权最优。

方案2中坑下运煤通路均由预留的中部沟爬坡至标高1025的内排土场的排土平盘上，再经内排台阶或端帮斜坡道运至坑口破碎站。因中部沟运煤的特殊性，去往地表煤破碎站的出口唯一，无加权运距,运煤系统布置单一造成运距较远。

2个方案在2018年因采煤向前推进，原有破碎站均需要移设，移设周期相同，移设费用大体相近。方案一原有一号、二号破碎站运至露天矿东南侧地表出入沟，服务于经工作帮运输的煤量，方案二中原有一号、二号破碎站移至三号破碎站东侧，与三号破碎站共同服务经运煤中部沟运输的煤量。

经比较2种方案在技术上均可实现，上述3种因素从不同角度均影响相应方案的实施效果，需再进行经济比选。

5 抛掷爆破技术的经济评价

本次论证分别列出2个方案在2017—2020年煤的运距变化见表1。期间两种方案的原有破碎站都需要在2018年移设1次，移设周期相同，移设费用在两方案比较中相互抵消，最终得到2个方案的平均运距和相应的运费费用见表2。

在方案2抛掷爆破-单斗卡车工艺系统中，抛掷爆破所产生的有效抛掷量已经直接抛掷到内排土场，无需剥离运输，相比原有的松动爆破单斗卡车工艺系统，节省了相应的剥离费用。两方案剥离费用比较见表3。

表1 2017—2020年煤运距变化m

表2 2个方案运煤费用比较

表3 两方案剥离费用比较

在穿孔爆破环节，哈尔乌素露天矿可利用现有钻机设备，满足抛掷爆破的技术要求。此次比较为2种方案爆破成本，由此可见，松动爆破成本更低。

考虑穿爆、运煤、剥离3种因素共同作用，比较各自产生的费用，从而得到2个方案的总费用见表4。

表4 两方案绝对总费用比较万元

由表4所示，抛掷爆破-单斗卡车（方案2）比原有的松动爆破-单斗卡车节省生产费用共计320.8万元。综上，抛掷爆破-单斗卡车工艺系统在哈尔乌素露天矿具备良好的外部条件，在技术上可行，成本上更优。

6 抛掷爆破下剥离系统的参数确定

6.1 台阶高度

所有剥离物全部用于抛掷爆破将大大降低爆破的安全性，因此抛掷爆破的范围仅仅为煤层顶板以上的部分剥离物，结合黑岱沟露天矿抛掷爆破已有成果，考虑哈尔乌素露天矿采掘设备的最大挖掘高度，确定台阶高度为45 m。考虑到采掘设备可以分层开采。分台阶高度计算公式为：

式中：H为参考黑岱沟露天矿抛掷爆破的台阶高度，45 m；n为分层开采的层数，n=2；a为沉降系数，取值30%。计算得出h=16.1 m。满足哈尔乌素露天矿现有采掘设备的最大挖掘高度，工程条件可实现。

6.2 技术参数

哈尔乌素露天矿上部剥离物依然采用松动爆破，采掘带宽度为80 m。考虑中部剥离层与上部剥离层的有效生产衔接，便于生产管理，应尽量与原有采掘带宽度保持一致。

同时，全矿可采煤层厚度平均为25～30 m，一个采煤工作面难以满足作业要求，在保证煤层并段开采且对选采有较高要求的前提下，采掘带宽度应该尽量富余，从而使运煤道路有一定的作业空间，考虑现有运输设备，道路至少需要30 m，因此采掘带宽度取80 m。

为满足生产规模的需要，合理工作线长度为2 200 m。工作线布置方式类似黑岱沟的工作线布置方式，实现两翼布置，预留中间运煤沟的出煤方式。

7 抛掷爆破-单斗卡车应用的时机

抛掷爆破-单斗卡车工艺系统需要采煤与剥离在工作线两翼交错进行，生产衔接紧密，对工作线长度与形态要求较高。以现有推进度预测，在2020年哈尔乌素露天矿将面临征地问题，届时因征地问题会影响工作线的合理布置，将成为抛掷爆破-单斗卡车推广应用的瓶颈。只有解决了征地问题，此工艺方案才能最大程度地发挥技术优势。因此抛掷爆破-单斗卡车的应用时机有待进一步的成熟。

8 结论

与传统的松动爆破-单斗卡车工艺系统相比,分析抛掷爆破-单斗卡车工艺系统的影响因素,分别从穿孔爆破、有效抛掷量因素、工作面布置方式和采煤运输系统等多方面论述,得出抛掷爆破在哈尔乌素露天矿应用的可行性和经济性。但现行哈尔乌素露天矿尚未解决征地问题,将会影响工作面布置与工作线形态,进而影响系统效益发挥,因此投入时机有待商榷。

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【责任编辑：解连江】

Prospect analysis of throwing blasting application in Ha'erwusu Open-pit Mine

MA Jingjia

(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

The throwing blasting was firstly carried out in the goaf of Haerwusu Open-pit Mine in 2010.Through technical comparison and benefit analysis on throwing blasting with traditional loose blasting,the article discusses prerequisites,influencing factors and constraints factors,and predicts the ultimate application prospect.

open-pit mine;throwing blasting;loose blasting

TD235.31

B

1671－9816（2017）06－0005－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.06.002

马婧佳.抛掷爆破在哈尔乌素露天矿应用前景分析［J］.露天采矿技术，2017，32（6）：5-8.

2017-03-15

马婧佳（1983—），女,汉族，辽宁葫芦岛人，工程师，学士，2006年毕业于辽宁工程技术大学矿物资源工程专业，现为中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司项目总设计师，主要从事采矿工程设计与科研工作。