露天煤矿爆破根底控制技术应用研究

赵海峰

（义煤集团青海义海能源有限责任公司大煤沟煤矿，青海 德令哈 817000）

露天矿山的矿产资源在采装前通常需将矿岩通过爆破进行预先破碎，其爆破方式根据矿场布置及采装需要一般采取抛掷爆破或松动爆破。在松动爆破过程中，主要存在以下几个方面问题：一是大块不合格岩石影响装车效率及安全；二是爆破装药量、炮孔超深、间排距等参数控制不到位，造成爆破后根底控制效果差，影响采装效率及经济效益。因此，露天煤矿爆破质量对矿山生产效率、经济效益及安全生产至关重要。以大煤沟露天煤矿为例，针对爆破中存在的根底问题进行分析，提出控制根底的优化方案[1-6]，保障矿山采装效率。

1 概况

大煤沟煤矿地处柴达木盆地北缘东部，达肯大坂山东南，矿区面积3.750 7 km2，开采方式为露天与井工结合开采，生产规模为100 万t/a。井田内煤层赋存标高多在+3450～+2900 m 之间，浅部局部由露天矿开采，露天采区为一深凹小型露天矿，地面地形复杂，采装方式为松动爆破+单斗卡车的采装工艺。爆破参数为：炮孔深度17 m，超深为2 m，间距9 m，排距7 m，炸药单耗0.38 kg/m³。在该爆破方式下，长期存在爆破根底及大块岩石，爆破效果差，影响采装效果。

2 产生根底原因分析

通过对爆破现场进行勘查后发现，爆破的岩石台阶为多层软硬不均匀分布的煤岩，除此之外，结合现场爆破情况及爆破经验分析，该矿产生爆破根底有以下几个方面的原因：

（1）炮孔设计超深为2 m，局部炮孔因含水层向炮孔内渗水，下部需装0.5～1 m 长度的空气间隔后上部装铵油炸药，空气间隔占用超深，装药重心整体上移，致使爆破期间产生根底。

（2）因采场现场条件限制，部分炮孔间距或排距过大，爆破期间产生的裂隙小于最小抵抗线，加上局部岩石较硬，台阶前排炮孔底部抵抗线增大，爆破漏斗作用无法达到台阶底部，导致爆破不彻底，产生大块岩石或根底。

（3）部分炮孔过量装药致使封孔过短，或封孔不良，导致爆破时爆破动能过早向上泄漏，致使对底部岩石破碎效果差。部分炮孔装药量不足，或装药量不均，也是易产生根底的原因之一。

3 爆破根底控制技术

根据现场产生根底的多方面原因，分别采取针对性措施进行解决，具体根底控制方案如下：

（1）含水炮孔加大超深，改变装药结构，保证装药深度

大煤沟露天煤矿岩石台阶爆破期间，遇含水层炮孔时，装药结构如图1（a）所示，对炮孔孔底装入0.5～1 m 的空气间隔器，然后再在上部装入铵油炸药。该装药方式中，空气间隔器占用炮孔超深，致使有效超深对应减少，炸药爆破重心上移，从而产生爆破根底。

针对含水炮孔，为避免孔底积水安装空气间隔影响装药深度，需对含水层炮孔加大超深，弥补空气间隔器长度占用的超深。同时，因含水层位于炮孔中下部，将装药结构改变为超深部分先装入乳化炸药，再装入空气间隔器，再在空气间隔器上部装入铵油炸药，该装药结构如图1（b）。该装药结构既解决了炮孔积水问题，又解决了超深部分装药问题，充分保障对底盘的爆破效果。图1 为含水炮孔装药结构调整前后示意图。

图1 含水炮孔装药结构调整前后示意图

（2）合理布置炮孔排距，减少前排底盘抵抗线

前排排距过大，致使前排底盘抵抗线过大是产生根底的主要原因。因台阶的斜坡面是前排炮孔的自由面，当前排炮孔距斜坡面较远，导致炮孔距自由面较远，爆破期间较难造成倾斜面底部破碎，导致根底产生。因此，在台阶上部靠近倾斜面施工前排炮孔期间，应尽量减小钻机至台阶斜坡边缘位置，以此减少前排炮孔的最小抵抗线，避免根底产生。图2 为前排炮孔最小抵抗线与爆破根底关系图。

图2 前排炮孔最小抵抗线与爆破根底关系示意图

（3） 提高封孔质量

封孔长度不足或填充不实均会影响爆破对围岩的作用程度，造成爆破时爆破动能过早向上泄漏，致使对底部岩石破碎效果差[4]。填充密实的炮孔能够有效减少爆破动能的提前泄漏，保证对围岩的破碎能力。现场采用炮孔充填机对炮孔进行填充期间，填充的炮孔岩粉靠自重滑入炮孔，在下滑过程中，炮孔岩粉受孔壁摩擦及空气挤压影响，含水炮孔还将受水的影响，致使填充的炮孔岩粉充填密度不足，需在依靠自重填充后，采用炮棍将填充的炮孔岩粉充分捣实，保证填充密实程度，提高封孔质量。

（4） 爆破参数调整方案

分析各爆破参数变化对爆破根底的产生情况进行分析并择优选择方案。参数调整主要针对炮孔超深、排距及炸药单耗进行变化，超深调整为增加0.5 m、1 m 两种情况，排距按照不变和减小0.5 m 两种情况，炸药单耗按照不变和增大至0.4 kg/m³两种情况。按照正交试验共提出四个调整方案，具体方案见表1。

表1 孔网参数调整正交试验方案

试验一：超深由2 m 增加至2.5 m，炸药单耗不变，排距由7 m 降低为6.5 m，孔间距9 m，炮孔深度17 m，装药高度10.5 m（含空气间隔器），炮孔岩粉填充长度6.5 m，炮孔总数90 个，预计爆破量87 500 m³。该试验方案在装药结构调整为间隔装药情况下，排距变小，炸药单耗不变，则单孔装药量降低。

试验二：超深由2 m 增加至3 m，炸药单耗量由0.38 kg/m³增加至0.4 kg/m³，排距由7 m 降低为6.5 m，孔间距9 m，炮孔深度17.5 m，装药高度11 m（含空气间隔器），炮孔岩粉填充长度6.5 m，炮孔总数90 个，预计爆破量87 500 m³。该试验方案在装药结构调整为间隔装药情况下，排距变小，单孔装药量不变，炸药单耗增加。

试验三：超深由2 m 增加至3 m，炸药单耗不变，排距不变，孔间距9 m，炮孔深度17.5 m，装药高度10.5 m（含空气间隔器），炮孔岩粉填充长度7 m，炮孔总数90 个，预计爆破量91 500 m³。该试验方案在装药结构调整为间隔装药情况下，排距、炸药单耗不变，仅超深增加后装药位置整体下移。

试验四：超深由2 m 增加至2.5 m，炸药单耗由0.38 kg/m³增加至0.4 kg/m³，排距不变，孔间距9 m，炮孔深度17 m，装药高度11 m（含空气间隔器），炮孔岩粉填充长度6 m，炮孔总数90 个，预计爆破量91 500 m³。该试验方案在装药结构调整为间隔装药情况下，排距不变，炸药单耗增加后，则单孔装药量增高。

爆破后出现根底的面积与爆破区域面积的比值百分率称之为根底率[5]，将上述四种方案在现场经过多次爆破试验后，收集各方案平均根底率，然后通过极差分析确定各网孔调整方案对发生根底的效果进行排序，从而取得最优化方案。

4 参数优化后的极差分析

四种优化方案在现场实施后，各方案平均根底率统计见表2。

表2 四种优化方案及根底率统计表

根据表2 结果，对各方案进行极差R分析：

式中：Ki为各因素试验结果总和；ki为各因素试验的平均结果。

各爆破参数优化方案通过极差分析后，各因素极差R值越大，则该因素在试验中影响比重越大，反之越小。表3 为各方案下各因素极差分析统计结果，图3 为各因素对爆破根底的影响趋势图。

表3 各方案下各因素极差分析统计结果

图3 各因素对爆破根底的影响趋势图

通过表3 中所示结果可知：炸药单耗极差R值最大，则表示炸药单耗对爆破效果影响最大，超深影响次之，排距影响较小。同时，结合图3 中各因素对爆破根底的影响趋势分析，炸药单耗增加后对岩石爆破及根底控制效果影响最大，增加超深及缩小炮孔排距也有利于根底率的降低。通过综合分析，为有效控制爆破根底率，最佳爆破方案为A2B2C1，对应方案为试验二，该方案通过增加炸药单耗、加大超深及缩小炮孔排距可有效降低根底率。

5 结语

（1）大煤沟露天煤矿爆破产生根底的原因主要有炮孔超深不足、炮孔含水影响装药重心、炮孔排距过大及填充不够密实等因素。

（2）针对爆破产生根底的原因采取了措施。优化了装药结构；增加了炮孔超深，解决了含水炮孔装药重心偏高问题；强调填充密实程度，确保爆破效果；优化爆破参数，有效控制根底率。

（3）通过四种爆破参数优化方案的现场实施及极差分析，得出增加炸药单耗、加大超深及缩小炮孔排距可有效降低根底率，方案二为最佳爆破方案，平均根底率仅为3.4%。