哈尔乌素露天煤矿爆破工作提质降本实践

张鹏姣

（国家能源集团 哈尔乌素露天煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

目前，全世界煤炭产能约63%来源于露天开采，我国露天采煤发展缓慢，比重一直在10%以下。随着科学技术和基础装备的发展，露天开采比例和规模越来越大，对覆盖层的岩石进行松动爆破将是越来越重要的课题[1]。为此，以哈尔乌素露天煤矿为背景，对露天煤矿大型及特大型松动爆破各个关键作业环节的优化进行研究。

哈尔乌素露天煤矿属于世界级大型露天煤矿，核定生产能力3 500 万t/a。准能集团公司旗下炸药厂与哈尔乌素露天煤矿是平级单位，炸药厂为其生产铵油和乳化等矿用炸药。炸药厂配有炸药混装车，可将炸药运送至指定炮区，并配合爆破工完成现场装药[2-3]。哈尔乌素露天煤矿设置穿爆队，主要完成钻孔、爆破和运输火工品等相关工作。

1 布孔控制

布孔是爆破工程现场施工的第1 步，对爆破工程质量的影响是不可忽视的环节，孔网参数直接决定着炮区爆破后岩石块度，特别是靠近台阶边缘的孔位结构，会对爆堆形状和爆量推落距离有较大影响，因此布置前排孔时需要观察台阶自由面情况。

1）布孔区域的处理要素。确定布孔区域后需撤离电缆、推平场地及修筑周边挡墙等，尽可能平整布孔区域、清理掉浮块，为钻机作业和后续炸药车行走创造良好环境。因为采掘不尽遗留的虚量或工作面清理不尽导致炮区表层浮块密集，会造成后续施工的一系列问题，装药前再清理孔口浮块特别费劲，甚至无法清理。放置导爆管、数码雷管和起爆弹时可能会将浮块刮落，引发事故；充填时也可能将石块刮入孔内，砸断导爆管或爆后飞石。由于矿山地质条件复杂，部分地段为土岩结合面，甚至有钙质结核等半硬台阶，且部分作业区域受设备及征地等情况影响，呈现不规则形状，为布孔工作带来困难，实际布孔时需要有丰富的现场经验。目前，哈尔乌素露天煤矿部分炮区依然采用人工布孔，布孔施工人员根据既定孔网参数，将彩色塑料袋按网格状布置，后续再观察台阶自由面及边角情况，适当增减孔位[4-5]。

2）卡调布孔系统的应用。卡调布孔系统的应用是科技创新应用在实际的爆破作业中较好的例子，不同于小型矿山或其他零星爆破工程，哈尔乌素露天煤矿的炮区在国内甚至国际上都属于大型爆破区域，大部分的炮区有500 多孔位，单次爆破面积达到4 万m2。传统的人工布孔是在炮区摆放塑料袋，引导钻机钻孔，特别是布置大的炮区，人工布孔的工作量十分巨大，容易发生孔位偏差。卡调系统可根据炮区周边控制点智能布置炮孔，布孔人员只需要测量控制点坐标，系统会根据既定参数核算出孔位分布图，设计人员调整后将数据发送至钻机的接收器上，利用定位装置实现卡调系统辅助对孔位。司机操纵钻机，按照驾驶室内的显示屏提示箭头对准孔位，替代人工指挥。针对部分前排孔，卡调系统不能全部合理的编排，布孔人员现场补充即可。卡调布孔可节约布孔人员大量的体力劳动，针对大型的平整炮区具有无可比拟的优点。但是部分小型或地形条件复杂的炮区依然需要人工布孔，并且由于适用条件有限及价格昂贵等原因，大部分民营爆破队伍也很少投入资金购买。这些因素随着爆破工程整体行业水平的发展会逐步缓解，卡调系统将会更加普及[6-7]。

2 钻孔控制

哈尔乌素露天煤矿目前使用的钻机主要有山特维克公司制造的1190E 矿用电动履带式牙轮钻机和D245S 履带自行式柴油机驱动全液压牙轮钻机；阿特拉斯公司制造的DM75 型电驱动牙轮钻机和DM45 型履带自行式柴油机驱动牙轮钻机。其中1190E 和DM75 型号是电钻，钻孔直径分别为310 mm 和250 mm，主要用于岩石钻孔；D245S 和DM45型号是柴油内燃机钻机，钻孔直径均为200 mm，主要用于煤层和部分零星钻孔工程。目前，哈尔乌素露天煤矿岩石剥离量大，大型电钻数量和作业量占比大一些[8]。

1）钻孔设备的应用。电驱动钻机和内燃机钻机在哈尔乌素露天煤矿实际应用中均体现出不同的优点，坑下作业的大型采掘设备是电铲，供电时一并分线给电驱动钻机，实现清洁节能；缺点是钻机行走作业时拖拽电缆，产生了一部分辅助工作。因为岩石炮区钻孔区域大、走钻频率较低，大孔径电钻实际多应用在岩石钻孔工作。其中1190E 钻机因为可以打倾斜孔，还被用在端帮预裂孔钻孔工程（孔径310 mm）。不过如此大孔径的预裂爆破国内应用的并不多，而应用到30 m 的高端帮一次成型预裂爆破更少。柴油内燃机钻机主要应用在煤层和部分零星钻孔工程，因其体积小、没有电缆拖拽，可较为灵活自由的行走至一些崎岖地段，且孔径小利于提高块煤比例。这些都是大型电钻不具备的优点，也是无法彻底摒弃小型内燃钻机的原因。

2）钻孔超深实践。哈尔乌素露天煤矿岩石台阶高度15 m，要求单台阶1 次穿透爆破，考虑到实际工作面起伏误差，台阶高度基本为13～17 m，个别特殊位置台阶高度可至20 m。理论方法同生产 现场的实际经验相结合，2 种类型的岩石钻机确定孔网参数8 m×12 m 和7 m×11 m、超深2 m，特殊位置超深3 m；这个超深值可满足控制底板标高的要求，即电铲采掘完毕后平盘标高和设计值相符。由于钻孔设备大型化，相应的孔网参数较大。正常位置按照超深2 m 爆破，爆破后的漏斗在电铲采掘时基本不会明显的出露，爆破漏斗之间的硬帮也没有较明显的影响采装；此时履带推土机进行场地平整，也可以触及到漏斗之间的硬岩，证实了超深参数选取较为合理。底部有硬沙岩等特殊工程位置，超深增加1 m，基本可破碎底部硬岩、避免产生拉底。个别特殊的超高台阶可达18 m，加上超深2 m，要求钻孔深度20 m，使用2 根钻杆就可以完成钻孔，效率比较高。例如DM75 钻机1 根钻杆长度10.7 m，2 根钻杆即可，不需要再接杆，因为每多接卸1 根钻杆，就会大幅度的降低单位时间内钻机的进米量。

3 验孔控制

验孔工作是介于钻孔和装药中间的一道较小工序，工作量小、用时较短。验孔的主要目的是排查炮孔是否合格，检查孔网参数、炮孔深度、水孔、塌孔等情况。对于哈尔乌素露天煤矿，验孔是类似与第三方的监理功能，用于记录钻机进米，给钻机司机核算工资。验孔工作要在爆破人员携带工器具前往炮区作业前完成，检验发现的不合格炮孔及时记录并通知钻机补孔；发现水孔及时标记并明确水深浅，同时通知爆破人员提前准备乳化炸药或者空气间隔器。个别时候受其他原因影响，验孔工作滞后，进入炮区的爆破工也做了一部分验孔工作，发现钻孔问题，并采取了一些行之有效的措施。

4 装药控制

1）装药精度及方式。露天煤矿的大型松动爆破有着台阶高、面积大、炮孔多、炸药量多等特点。哈尔乌素露天煤矿和黑岱沟露天煤矿爆破区域空旷，爆破作业的最小单位精度要求较低，实际的装药误差甚至超过公斤级也不会影响爆破效果。现场采用一种控制充填高度、剩余孔深全部装药的方式，常用充填高度基本6～7 m 左右。混装炸药车不停的向孔内注入铵油炸药，装药人员利用皮尺测量上升的药柱至孔口的距离，达到既定高度时示意混装车司机停止装药。这种装药方式是结合生产现场实际情况所创造的，是一种较为实用的高效的装药方式。

2）装药人员的基本要求。一般是要求有丰富的炮区作业经验、有责任心、对炸药属性比较了解且身体素质较好的爆破工。根据既定的装药参数并结合实际情况完成装药工作，在装药过程中要有一定的处理突发事件能力，比如遇到岩石裂隙、导爆管掉落或混装车不出油等情况时能合理处置。

3）炮区负责人的基本要求。对于大部分常规性的爆破，炮区负责人要做到心中有数，对于爆堆隆起高度、隆起形状、前冲距离、易发生冲炮的方位、甚至可能发生飞石的距离等做到全面的把控。并且需要在调动炸药车、分工人员、确定前排孔装药量、划定警戒范围、联系设备避炮及爆后检查或处置盲炮等工作上有合理的安排。炮区负责人必须了解最真实的装药情况，爆后第一时间检查爆堆前冲、隆起、单孔隆起、后排拉沟及破碎块度等情况。全程跟踪采掘，查看揭露面、观察爆堆内部岩石破碎及靠帮预裂等情况。

4）分段装药的应用情况。分段装药在哈尔乌素露天煤矿松动爆破作业中应用的并不广泛，原因有多方面，同混装炸药车连续装药比较，分段装药带来的复杂工序使得劳动量大幅度增加；相比较付出的辛苦，在爆破效果方面体现的并不明显，甚至一些炮区采用分段装药后和正常装药的爆破效果没有区别。理论上，分段装药可以将台阶上层的硬岩破碎，或者利用较少的炸药量爆碎煤层或低硬度的岩层，或者利用在预裂孔爆破。但是在目前的施工作业模式、技术水平及部分施工环节的精细程度上难以取得较好的效果，需要时间积累、提升整体行业水平。

5）爆破块度的影响。哈尔乌素露天煤矿主要使用WK-55 和495-HR 系列电铲，铲斗容积约60 m3，正常情况下3 勺或4 勺可以装满1 车，但是遭遇不好的爆破量后装车效率会大打折扣。实践证明，爆破后块度越大，采装越费劲，若整体碎裂块度偏大（比如爆量全都是近1 m 的块），即使块度均匀，采装效率仍会有明显的下降，如果出现直径太大的大块则需要单独装勺1 次，甚至停下来破碎，严重的影响采装效率。采装块度大的爆量，电铲勺尖不易切入，岩块的碰撞和挫挪给采掘设备带来剧烈的震颤，磨损件消耗严重、机械故障率增加。单纯的从采装这一环节来看，爆破后的块度越小，越容易采装，设备故障率越低，但是对应的钻孔工作量大，消耗的炸药量多、成本高。当然，错误的、暴力的操作习惯和部分意外磕碰事件是设备故障的主要原因。总的来说，人的因素是主要的。

5 爆破效果和爆破安全

爆破效果和爆破安全并不矛盾，不可单纯的理解为炸药装的多，爆破效果就好，炸药装的少，爆破效果就差；也不可以理解为炸药装的多，就会发生危险，炸药装的少，就可以保证安全，客观地说也不存在牺牲爆破效果保安全的说法。相反，爆破效果和爆破安全是不可分割的，两者之间是基于良好的爆破技术上相辅相成的关系。

爆破安全是首当其冲的施工要求，没有安全任何效益都徒劳，但是爆破效果也是施工企业甚至整个行业必须追求的目标。产能大的露天矿山，作业台阶多，基本每天都要进行爆破施工，限于行业整体水平、爆破材料优劣、工器具先进程度、作业环境及部分不可控因素，爆破工作没有百分百的安全。爆破后的工程质量也不可能做到百分百符合设计，所以爆破安全管理的核心就是确保工程质量的前提下无限降低事故发生的概率。

炸药、火工品拥有固定属性，属性轻微变化对单次爆破效果不会有明显影响，影响爆破效果的主要因素是孔网布置、装药高度及岩石性质。特别是要破碎台阶顶层的硬岩需要提升药柱高度，条件允许可分段装药，必要的时候还需要加密钻孔。加密孔、多装药意味着爆破能量大、前冲距离远，在施工时精确控制充填高度，并采取较为安全的警戒方式。

6 提质降本关键点

1）提高爆破质量关键点。布孔作业时必须将待布孔区域观察明白，根据台阶揭露面观察整个炮区的岩石情况，总体衡量岩石硬度、结构及爆后块度需求，规划孔网参数。爆破设计人员和施工人员需重点根据以往爆破经验，摸索出目前使用炸药的威力，再规划炮区各孔位的装药高度，其中，不止是前排孔需要重点把控，后排孔也需要有所减药控制，预防拉裂后排岩层，造成下一幅爆量顶部聚集大块。炮区负责人需要全面把控整个炮区的情况，特别要知道每一个前排孔的装药高度、抵抗线及自由面情况，最终做到能预估出爆破后岩石碎裂程度、爆堆的形状及大概的飞石情况。

2）降低单耗、节约成本的重点措施。普通岩层的爆破不是降低单耗的重点，对待普通岩层爆破如果一味的降低单耗虽然可以节约炸药，但是爆破块度会增大。实践证明，采挖块度较大的爆量效率低，而且对设备的损伤非常严重，会导致设备故障率增加、维修成本提高，等于变相将节约炸药的成本转嫁到维修成本上。通过大量的爆破施工作业发现，松动爆破节约炸药最大的可操作空间在于地表土岩分界处和部分泥岩等易碎岩石的爆破。这2 个工程位置都接近地表，地表土岩分界容易形成土岩混合台阶，爆破时根据钻孔上粉情况确定岩层深度和厚度，装药时控制装药结构，即使药量小一些也能起到爆破效果；部分泥岩等易碎岩石区域容易出现泥沙岩台阶，爆破时稍微震动即可碎裂，该类岩石爆破尽可能采用分段装药，克服工序繁琐的困难、悉心操作，可在保证不影响采挖的前提下节约较多的炸药。

7 结语

介绍了哈尔乌素露天煤矿松动爆破各个关键作业环节，重点分析了布孔、装药及块度控制等方面的情况，指出了提高爆破质量、降低爆破成本的关键点。研究成果可供行业内相关的企业或者爆破队伍借鉴。