非均质岩体露天煤矿爆破网路设计

李永刚　马修胜　马修利

摘 要：均质岩体在长期干旱、多风、少雨气候条件作用下，岩体结构会发生变化，岩体内会产生大量的非构造裂隙，在进行露天矿爆破作业时，岩石大块率高，爆堆不规整，且易发生飞石伤人等事故。通过对新疆黑山露天煤矿非均质岩体爆破方案进行研究，提出爆破新技术：采用非电导爆管V形逐孔毫秒微差起爆网路，不耦合分段装药，增强对局部节理裂隙发育岩体的爆破作用效果;地面起爆网路采用小段位的导爆管雷管反向并联连接逐孔毫秒微差间隔起爆，炮孔内采用15段的导爆管雷管延迟350 ms分段同时起爆，以增大孔内延迟起爆时间，确保爆破网路安全，使爆破效果显著改善。

关键词：非均质;露天煤矿;爆破网路

中图分类号：TD824.2文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）11-0062-03

Study on Blasting Network Design of Heterogeneous Rock

Mass Open Pit Coal Mine

LI Yonggang MA Xiusheng MA Xiuli

（Xinjiang Xiangrui Safety Production Technology Service Center，Urumqi Xinjiang 830002）

Abstract： Under the long-term arid， windy and rainless climate conditions， the structure of homogeneous rock mass will change， and a large number of non structural fissures will be produced in the rock mass. During the blasting operation of open-pit mine， the rock mass rate is high， the blasting pile is irregular， and the flying rock injury accidents are prone to occur. Based on the design and study of the blasting scheme of heterogeneous rock mass in Xinjiang Heishan open-pit coal mine， the following new blasting techniques were put forward： The use of the non-conductive blasting tube V-shaped millisecond per-hole micro-difference initiation network and the uncoupled piecewise charge can enhance the blasting effect of the rock mass with local joint and fissure development; The ground initiation network adopts a small section of detonating tube detonators connected in parallel in reverse to initiate at millisecond interval per hole， and 15 sections of detonating tube detonators are used in the gun hole to delay the initiation in segments by 350 ms to increase the delayed initiation time in the hole， ensure the safety of the blasting network， and significantly improve the blasting effect.

Keywords： heterogeneous;open pit coal mine;blasting network

新疆黑山露天煤礦采场平均海拔标高+2 400～2 800 m，地处丘陵地带。矿区气候干旱、多风、少雨，属典型的内陆亚干旱荒漠气候带，主要岩性为硬砂岩、中砂岩和碳质泥岩。在地表以下30 m的浅部基岩层，岩石风化剥蚀严重，裂隙发育，层理明显，非构造裂隙突出，其构造特征完全可以通过被揭露的采场断面和爆破后岩石开裂情况描述出来[1]。

1 岩体结构

在走向方向上，受非构造裂隙作用，采场东部岩体完整性较西部岩体差，裂隙比较发育且分布不均匀，节理和裂隙多沿倾斜方向延伸和分布，受剪节理作用，爆堆沿倾斜方向抛出远，易产生大块，爆堆形状如图1（a）所示。根据现场统计，爆破以后岩体大块发生率在60%左右，大块平均尺寸：1.5 m×1.2 m×0.8 m。

在垂直方向上，采掘标高越高，上部台阶所形成的次生垂直裂隙就越多，裂隙影响深度在9～12 m，受张节理作用爆破后产生的垂直裂缝宽度在0.3～0.8 m，爆堆抛出不远呈沉降开裂形，爆堆形状如图1（b）所示。随着开采深度加大，下部台阶裂隙则相对较少，裂隙作用减弱，台阶下部岩体大块率发生率较台阶上部减少20%左右。

在采场西部地势较低的浅部露头，风化剥蚀作用减弱，许多非构造裂隙常常组成共轭X形，方位不稳定，爆破后岩块形状有别、大小不等、交角各异、完整性较差。爆堆形状如图1（c）所示。

在倾斜方向上，自北向南随着地势变低，裂隙作用也明显减弱，岩体结构逐渐趋于均质化，爆破效果有所改善。

2 存在的主要问题

第一，采用沿岩体走向方向直线形布孔排间毫秒微差爆破，排间作用方向和顺层节理方向相同，排间作用效果明显。当只有一个侧向自由面时，爆炸应力波和爆生氣体会使非构造裂隙进一步错动和扩张，受径向压应力作用使岩体破裂抛出，在顺层方向产生许多大块，岩块抛出5～7 m。

第二，采用沿岩体倾斜方向直线形布孔排间毫秒微差爆破，排间作用方向和顺层节理方向垂直，爆轰波沿走向方向传播，排间作用效果减弱，破碎的岩块从受裂隙作用大的方向抛出，顺层方向岩块抛出量减少，爆堆不规整，采装困难。

第三，耦合集中连续装药深孔爆破，炸药爆破作用位于孔底，台阶上部岩石爆破作用减弱，受张节理作用，易出现岩石大块。受剪节理作用，前排炮孔较小的岩块易从台阶下部沿顺层方向抛出[1]。

3 爆破网路设计

设计采用非电导爆管V形斜线逐孔毫秒微差起爆网路，不耦合柱状分段装药深孔爆破，爆破参数可见表1，起爆网路如图2所示。

炮区要具有两个侧向自由面，沿正向自由面方向炮孔数应多于侧向自由面，呈不对称性，一次起爆孔数不小于48个实施大区爆破[2]。

采用导爆管起爆网路，地面起爆网路采用小段位的导爆管雷管反向并联逐孔毫秒微差间隔起爆，炮孔内采用15段的导爆管雷管延迟350 ms分段同时起爆，以增大孔内延迟起爆时间。

起爆点位于正向自由面第一排孔中部炮孔，爆轰由起爆点沿岩层倾斜方向由外向内V形斜线传爆。

沿正向自由面岩石顺层方向第一排孔逐孔微差50 ms起爆，斜线方向逐孔微差100 ms起爆。

4 破岩机理分析

在露天煤矿非均质岩体的深孔爆破中，非构造裂隙作用强烈，采用逐孔毫秒微差起爆技术，能增加岩石的破碎度[3]。

先起爆的炮孔相当于单孔漏斗爆破，在压缩波和拉伸波的作用下，形成破裂漏斗，即爆破作用沿漏斗周边形成主裂缝，使漏斗体岩石与原岩分离，在漏斗体内形成较多的细微破碎裂隙，受应力场作用，漏斗体外的岩石产生微裂缝。

在爆破作用下，前组深孔破裂漏斗形成后，对后组起爆孔来说，相当于增加了岩体内新的自由面，使后起爆孔的最小抵抗线和爆破[4]作用方向都有所改变，延长了入射压力波和反射拉伸波在自由面方向的破碎岩石时间。随着爆破产生的岩体内自由面增加，夹制性减少，岩石抵抗破碎的强度降低。

根据爆破试验和理论分析，岩体内每增加一个自由面，同规格的岩石大块率会降低10%～20%。

5 结语

对于非均质的爆破岩体，应重点解决岩石大块问题，在实施爆破前，应先对岩体结构、裂隙频率和结构面状况进行现场勘查和数据资料分析，根据不同爆破作业点岩石受结构面的影响程度，对起爆网路进行进一步优化，分析确定孔间毫秒间隔时间和孔内装药方式。采用V形斜线逐孔毫秒微差起爆技术，能增加爆破自由面、延长爆破[5]作用时间，实现对岩石的反复破碎。

参考文献：

[1]CHEN Yajun，CANG Zhiguo，MAO Jingfeng. Blasting effect analysis of hole-by-hole millisecond minute difference initiation network along V-Shaped oblique line[J].Electronic Journal of Geotechnical Engineering，2015（13）：2533-2538.

[2]于江浩，宋子岭.逐孔起爆技术在露天煤矿深孔爆破中的应用[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2015（4）：438-441.

[3]廖涛，蒲传金，刘锋，等.露天矿中深孔爆破大块产生的原因及采取的措施[J].化工矿物与加，2013（9）：37-42.

[4]张光权，吴春平，汪旭光，等.导爆管雷管起爆网路逐孔起爆设计[J].工程爆破，2016（3）：27-30.

[5]胡军，刘兴宗，钟龙.基于加卸载响应比理论的爆破动力露天矿边坡稳定性分析[J].采矿与安全工程学报，2012（6）：882-887.