南露天煤矿块煤率的爆破参数优化研究

2015-12-19宋彦君马福顺胡振峰

西部探矿工程 2015年12期

关键词：微差块煤单耗

李南，宋彦君，马福顺，胡振峰

（1.新疆雪峰爆破工程有限公司，新疆乌鲁木齐830002；2.新疆天池能源有限责任公司，新疆昌吉831100）

南露天煤矿块煤率的爆破参数优化研究

李南1，宋彦君2，马福顺1，胡振峰1

（1.新疆雪峰爆破工程有限公司，新疆乌鲁木齐830002；2.新疆天池能源有限责任公司，新疆昌吉831100）

通过长期的理论研究和施工实践，对影响块煤率的爆破参数进行优化，提高了大井矿区南露天煤矿的块煤率，创造了良好的社会效益和经济效益。

露天煤矿；块煤率；爆破参数；优化

1 概述

在新疆煤炭市场上，煤化工、煤电转换等深层次的末煤需求产业链尚未形成，块煤价格远远高于末煤。在大量类似工程施工经验和理论研究的基础上，我公司借鉴一些提高块煤率有显著成效的技术方案，有效地提高了大井矿区南露天煤矿的块煤率，对新疆天池能源有限责任公司取得良好的社会效益和经济效益具有重大意义。

2 块煤率分析

大井矿区南露天煤矿的块煤率较低的原因如下：

（1）煤体本身的力学性质。煤体的硬度和脆性对爆破的影响程度最大，煤体硬度越高、脆性越低，爆破的块煤率越高。大井矿区南露天煤矿煤质较软，煤层易风化，属于极易磨煤。

（2）煤体的地质构造的影响。断层、褶皱、节理、裂隙等地质结构会影响爆破效果，进而影响块煤率。大量实践经验表明，原煤爆破后多沿着原有裂隙开裂，原有结构面之间的间距控制着爆破后的块度。

（3）爆破参数不合理。原有的炸药单耗、孔网参数、装药结构、超深、排间微差时间、爆区宽度设计不合理，导致块煤率较低。

（4）生产工艺的影响。矿方采用单斗挖掘机采装—自卸车运输—筛分系统筛分的生产工艺，这些生产工序都会对原煤产生物理破碎，进一步降低块煤率。

上述影响因素中，煤体本身的力学性质和地质构造无法改变，生产工艺已经固定，只有爆破参数适宜调整。

3 爆破参数的优化

大井矿区南露天煤矿原有爆破参数如下：台阶高度15m，分2次爆破，每次爆破7.5m，孔径138mm，孔深8.5m，孔距7m，排距5m，单耗150g/m3，底部集中装药，排间微差110ms。

我公司根据多年的施工经验和大量的理论研究，对影响块煤率的爆破参数逐一进行了研究和试验，对以下爆破参数进行了优化。

（1）单耗。炸药单耗低，会导致挖掘机硬挖的现象，挖掘机硬挖会对煤体产生物理破碎，增加末煤；炸药单耗高，会导致被爆煤体过度粉碎，同样增加末煤。由此可见，块煤率随着炸药单耗的增加而增加，达到最大值后随着单耗的继续增大而减小。因此，要确定一个合理的单耗，使炸药产生的能量稍大于松动被爆煤体所需要的能量，被爆煤体产生适度的裂隙，并沿新的煤帮脱落。我公司经过多次试验，台阶水平535以上的原煤炸药单耗90g/m3，台阶水平535～505炸药单耗100g/m3，台阶水平550以下炸药单耗110g/m3，平均炸药单耗降低50g/m3。

（2）孔网参数。原煤爆破是为了在煤体中产生足够的缝隙并使之松动，所以底盘抵抗线和排距要小于临界抵抗，孔距要小于裂隙圈的直径。按照爆破应力波的作用原理和爆生气体的准静态作用原理，临界抵抗和裂隙圈半径有不同的计算方法，且不同计算方法得到的结果有差异。在实际生产中，以不同计算方法得到的结果为参考，结合现场生产经验，经过多次试验，排距不变，将孔距优化为8m。

（3）装药结构。原先的装药结构为底部集中装药，这种装药结构导致煤层下部过粉碎，上部挖掘困难。在降低单耗的基础上，我公司进一步优化了装药结构。优化后底部装药2.4m，空气间隔2.4m，填塞2.7m。一定质量的炸药爆破后，产生的气体质量是不会改变的，从微观的角度看，爆炸产生的气体，先充满药室空间，达到等压后才作用于孔壁，药室体积增大一倍，爆破峰值压力减小一倍，缓冲了起爆瞬间作用于孔壁的峰值压力，减小了粉碎圈，使得更多的能量作用于龟裂圈，不仅提高了块煤率，而且降低了超限大块，使原煤块度更均匀。

图1 装药结构优化前后对比图

（4）超深。超深是为了克服底盘抵抗线的阻力消除根底而超出台阶高度的钻孔深度。超深太小，容易留下根底;超深太大，容易在台阶底部留下爆破漏斗，影响下一次爆破。

超深部分对块煤率的影响有2个方面：（1）由于超深部分受到周围煤体的嵌夹力较大，周围的煤体在爆破时会过粉碎；（2）超深同一水平的煤体是上一个台阶的底部和下一个台阶的顶部，会受到2次爆破作用。

这2个方面的影响都会降低块煤率，本公司经过多次试验，将煤层顶板30m以内的爆破作业超深优化为0，煤层顶板30m以下超深优化为0.3m，底板爆破时超深为0.5m。

（5）排间微差时间。微差爆破能够产生辅助自由面，排间微差时间合理，先爆排能够在为后爆排形成一定宽度的裂隙和附加自由面，改变后排炸药的抵抗线方向，使其作用方向平行于孔壁，减小抛掷距离，降低粉煤率。经多次对比试验，将微差时间由110ms延长到150ms，可相对提高块煤率。

（6）爆区宽度。爆破时，后排会对前排产生碰撞、挤压，导致产生更多的沫煤。根据我公司在临近天隆煤矿的施工经验，采用单排孔松动爆破，块煤率最高。但是在实际生产中，为了满足生产需要，将排数控制在3～5排。

4 优化效果及经济效益分析

我公司从2012年开始进行提高块煤率的研究和试验，平均块煤率从2011年的46%提高到2014年的50%。2014年末煤平均价格约70元/t，块煤均价约110元/t，块煤价格比末煤价格高40元/t。块煤率每提高一个百分点，比末煤增加收入40万元/Mt。与此同时，炸药单耗降低50g/m3，原煤比重约为1.25t/m3，现场混装多孔粒状铵油炸药单价约为6500元/t，火工品成本降低26万元/Mt。