胜利东二号露天煤矿硬岩处理改善

何 川，甘 涛，李 涛

(中国矿业大学矿业工程学院)

·技术经验·

胜利东二号露天煤矿硬岩处理改善

何 川，甘 涛，李 涛

(中国矿业大学矿业工程学院)

胜利东二号露天煤矿地质资料复杂，硬岩分布不均对生产造成极大影响，本文通过节理裂隙、炸药、雷管、孔网参数、台阶装药技术对爆破效果的分析，对该矿硬岩的处理提出建议。

胜利东二号露天煤矿；节理裂隙；孔网参数；台阶装药技术；爆破效果

胜利东二号露天煤矿西南边界拐点距锡林浩特市10 km，行政区划隶属于锡林浩特市郊区宝力根苏木。胜利煤田位于二连盆地群—乌尼特拗陷西部边缘隆起带的中部，是NE向展布的断拗型盆地。井田位于盆地中部,主体构造形态为一走向NE—SW，两翼不对称的宽缓向斜。SE翼延伸较远，地层较稳定，煤层发育较好；NW翼地层受冲积扇影响，岩性颗粒变粗，煤层有急速分岔、变薄、尖灭的现象，煤层不稳定，连续性不好。

硬岩分布不均匀，在局部较薄，使挖掘设备采装十分困难，挖掘后同时留下大块较多，造成该作业区施工进度放慢及施工工程质量下降。基于此，探讨对该部分硬岩层在施工过程中如何破碎处理。

1) 若装药量小，药柱高度较低，炸药能量主要作用于底盘抵抗线，产生较大或特大块的机率高，对破碎口的生产造成一定的影响。

2) 若装药量大，一方面造成炸药能量的不必要浪费，使爆破成本提高；另一方面粉碎区增大，资源浪费严重。

在某些平盘区，地质条件会经常发生突变，在进行穿爆工作时，这些地方的孔网参数、炸药单耗及装药结构在设计时却没有跟着发生变化，这样经常会出现大块和拉底现象，严重影响了开采进度。

1 岩体中节理裂隙对爆破效果的影响

岩体爆破技术已获广泛应用。由于岩体是经历了长期地质作用而形成的复杂地质体, 因而绝大部分的岩石都具有空洞及各种软弱结构面。 而正是由于节理的存在导致岩体出现物理上的不连续性、不均匀和各向异性,炸药在岩体中爆炸放出大量的能量,由于节理面的存在而使应力波发生一定的反射、折射和透射,阻碍了爆炸应力波在岩体中的传播,使距炮孔较远处的岩体中所受应力大为降低,同时, 这类裂隙的存在常常导致爆生气体和压力泄漏,降低了爆炸能的利用率，因此，对爆破破碎效果产生不利影响。

2 炸药对爆破效果的影响

研究炸药和岩石匹配的目的在于提高炸药爆炸的能量利用率。从经济和爆破效果考虑，对不同岩石应选择不同性能的炸药。炸药和岩石的匹配有阻抗匹配、全过程匹配和能量匹配三种。其爆破能量模型见图1。

3 雷管的选择对爆破效果的影响

1) 非电毫秒雷管在孔间微差爆破中的应用。

a) 孔间微差起爆。自由面在爆破过程中起着重要作用，有了自由面，爆破时岩石才能向自由面方向发生破裂和移动，自由面愈多愈大，则爆破效果愈好。孔间微差爆破，就是通过制造更多的自由面，来控制爆破作用。

b) 微差时间的确定。确定合理的微差时间并准确地控制它，是关系到爆破效果的重要问题。从起爆到矿岩发生破坏和位移的时间，大约是应力波传播到自由面所需时间的5～10倍。即岩石的破坏移动时间与最小抵抗线的大小成正比：

Pg—孔壁爆生气体压力Pk—爆生气体最终压力Pm—孔壁静力系强度

图1 爆破能量模型示意图

t1=kw

(1)

式中:

w—最小抵抗线；

k—常数。根据实地经验，取3～5。

一般用的微差时间t1为25 ms。

排间间隔时间选择得合理，可充分利用两排孔之间的垂直运动和水平运动的关系达到碰撞，可避免堵塞段出现大块。合理的排间时差应由下式求出：

(2)

式中：

b—排距；

v1—堵塞段飞行速度；

v2—中部岩块飞行速度；

H0—降落高度。

根据每个矿的岩石特征和理论计算， 取100 ms为宜，即MS 5段毫秒雷管。

2) 数码雷管在抛掷爆破技术中的应用。由于数码雷管延期时间的可编程性，能提供先进而精确的起爆时间，通过更有效地利用炸药能量，数码雷管系统可以在时间、资源及资金上为矿山爆破带来可观的成本节约，主要体现在以下8个方面：

a) 优化孔网参数。由于延期时间可以根据现场地质条件、岩石特性、炮孔抵抗线等因素来精确设定，从而能够进一步有效利用炸药能量，这为孔网参数的扩大创造了条件，降低炸药单耗，节约穿爆成本。

b) 增大抛掷率。可提高有效抛掷率5%～8%，改善爆破块度和爆堆松散度。由于不受原有导爆管雷管固有延期段别限制，可以通过设定特定的延期时间来提高相邻炮孔间在爆轰过程中的相互作用，增加岩石移动的速度和距离，从而提高了抛掷率。同时爆破的块度和松散度也得以改善，有效抛掷率提高5%～8%，拉斗铲倒堆费用完全能够弥补数码雷管比高精度雷管高的差价。

c) 提高预裂爆破效果，增强边坡稳定性。精确的起爆时间设置同样可以做到减少后冲、保持预裂爆破面的平顺，保证能有一个更为稳定的边坡面，利于下一步工序施工，可更方便地沿前排自由面钻孔、确保排炮炮孔尽可能地在一条直线上。

d) 能够有效减少抛掷爆破对高台阶的破坏。

e) 数码雷管可实现起爆网络是否有漏联自动报警功能。

f) 打雷、杂散电流也不会引爆数码雷管。

g) 数码雷管只有一个型号，不会出现缺段别现象，有利于采购、计划、库存管理和现场使用。

h) 能够有效地降低地震波对周围建筑物的影响。

4 孔网参数对爆破效果的影响

孔网参数是深孔爆破的重要参数，是决定爆破作业成败的关键要素之一。孔网参数包括炮孔直径D、孔距a、排距b,炮孔倾角、孔深h、孔超深、底盘抵抗线W1。孔网参数的选择与台阶高度、布孔方式、起爆方式、爆区岩石物理力学性质和节理发育情况等有着直接关系。炮孔直径和起爆方式是相对固定的，而孔网参数可能不尽相同，它必须根据拟爆区域和钻孔位置岩石的物理力学性质确定。不同的孔网参数和单位炸药消耗量的爆破效果比较见表1。

表1 不同的孔网参数和炸药消耗量的爆破效果比较表

在严格要求爆破石渣最大粒径的情况下，采用小孔径和合理的孔距、排距及尽可能地增加炮孔的装药高度，可以明显地降低大块率，从而降低二次解碎的成本,提高装运设备的高效率生产,获得最大化的经济效益。

5 台阶装药技术对爆破效果的影响

1) 间隔装药的基本原则。采用间隔装药技术时，为保证爆破效果，必须考虑到现场其它各方面因素的制约和影响，并相应制定出爆破设计的基本指导原则。具体设计原则如下：

a) 间隔介质用水和空气两种，即在干孔中用空气作介质，在水孔中用水作介质。

c) 单个孔装药量的计算方法仍采用体积公式，采用间隔器的孔眼的实际装药量为计算药量减去间隔长度所能装的药量。

d) 间隔器必须下放到炮孔底部。

2) 间隔装药炮孔基本技术参数。

a) 间隔长度。间隔装药炮孔的间隔长度是参考有关资料并经现场多次爆破试验确定的。对于d250 mm的炮孔，孔底间隔均采用1.5 m长的木间隔器，即孔底间隔的长度一律为1.5 m。台阶高度为15 m时，根据矿岩可爆性能的不同，中部间隔的长度取为1.5 m或2.0 m。

b) 间隔装药炮孔药量的计算。设连续装药炮孔的计算药量为Q(kg)，药柱高度为L(m)，则采用孔底间隔时，其实际药量为：

Qdj=Q(L-1.5)/L

(3)

而采用中部间隔时的炮孔装药量为：

Qfj=Q(L-Lfj+h)/L

通过PING命令对4台终端计算机进行连通性测试，以局域网VLAN60 所属网段终端计算机C1为例，分别测试访问终端计算机C3的连通性(二者同属于VLAN 60网段)和终端计算机C2的连通性(终端计算机C2属于VLAN 70网段).测试后发现，C1与C2、C3之间均可以正常通信.连通性测试结果如图4所示.

(4)

式中：

Lfj—间隔长度；

h—孔口填塞长度减少量。根据矿岩可爆性能和炸药威力取h=0.0～1.0 m。

c) 中部间隔的位置。根据多次试验的结果，中部间隔位于药柱高度的1/2～2/3处(自药柱底端算起)为宜。

此外，在孔底水深小于1.5 m的情况下，采用孔底间隔，除可降低炸药消耗和爆破成本外，还能同时避免使用不抗水炸药时对爆破质量的不利影响，对于促进爆破生产的顺利进行，也具有十分重要的实际价值。但是，炸药威力大小合适是间隔装药技术的一个重要前提，因此，在推广应用该项技术时，必须考虑现场不同条件下的矿岩可爆性能、孔网参数、炮孔超深等各方面因素的影响，根据炸药的爆炸性能具体确定爆区中哪些炮孔适宜采用以及应采用哪种间隔装药方法、间隔的位置、长度和间隔介质的种类等，才能取得较好的技术经济效果。

6 结 论

1) 在爆破设计时应考虑断层、层理、节理等软弱夹层等地质结构的性质，合理布置炮孔的位置，防止炸药能量沿这些薄弱岩体部位泄露到空气中，当药包通过不同岩层或有较厚松碴压在上面，在确定单耗值及药包间距系数时，要考虑其影响，防止过量装药和产生根底。

2) 在爆破设计前，首先了解清楚有关断层破碎带的部位、走向和倾向，作为布孔时参考；其次，炮孔穿过破碎带时，采用分段装药，可减少药量，药柱要位于破碎层上下适当位置。只要布孔合理，方法适当，就可减少根底的产生。

3) 在台阶高度不变的情况下，为了不减少爆堆体积，必须使抵抗线与孔距的乘积保持不变，因此，减小抵抗线必须增大孔距，即密集系数相应提高。

4) 在抗压强度比较大的硬岩处通过增大装药高度和减小填塞长度的方法来适当提高炸药单耗，解决该处台阶上部岩石的爆破块度过大的问题。

5) 前排由于自由面较好，药量应酌减，当装药高度过小时，可采用分段装药。此外，前排留2～4 m的压碴厚度，对于减少前排大块也有良好的效果，后排孔一般控制在正常孔药量的80%，以减小后冲。

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TreatmentforImprovingHardRockinOpencutCoalMineNo.2EastofShengli

HeChuan,GanTao,LiTao

Opencut coal mine No.2,east of Shengli is geologically complicated,the unexen distribution of the hard rock is of great adverse effect on coal production.The text is trying to make some suggesttions on the treatment of the hard rock through the analysis of joint fissure, dynamite, detonator,parameters of hole distribution ,terrace installation of dynamite and their explosive effects .

Opencut coal mine No.2 east of Shengli；Joint fissure; Parameters of hole distribution; Terrace installation of dynamite; Explosive effects

何 川 男 1986年出生 2008年中国矿业大学在读本科生 徐州 221116

TD824

A

1672-0652(2010)10-0037-04

2010-08-03