露天深孔松动爆破产生大块和根底的原因分析

李伟

（国家能源投资公司准格尔能源有限责任公司哈尔乌素露天煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

近年来，深孔松动爆破在露天矿中产生了一定数量的非规格大块及根底,非规格大块及根底的产出率高，不仅严重影响采装设备效率，加速采装设备的磨损，而且还带来一定量的二次爆破作业，影响平盘的其他作业，从而威胁到人员和设备的安全。因此，在露天深孔松动爆破中，如何降低非规格大块及根底的产出率，对于提高露天矿的经济效益和采装设备效率具有重要意义。

一、露天矿概述

露天矿是剥离覆盖矿体上部及其周围的浮土与围岩，将废石运至排土场，直接从露天矿体中开采矿石。当矿体埋藏较浅或地表有露头时，露天开采的应用优于地下开采。剥离上部岩土称为剥离。剥离岩土量与采出矿石量之比称为剥采比。剥采比过大，露天开采成本高，宜采用地下开采方式。

二、深孔爆破优点

1.不受开采空间限制，有利于实现钻孔工作的机械化和自动化，减轻劳动强度，施工管理简单，工作安全，适应性强。2.深孔爆破能采用先进的爆破技术，改善爆破质量，提高生产能力和劳动生产率，降低单位投资和开采成本。3.提高工程质量，加快施工进度，由于施工机械化，用人少，工效高的特点，工程成本低。4.减少了炸药消耗量，安全性好，深孔爆破是条形装药，炸药较均匀地分散在岩体中，易控制用药量。所需炸药量为一般硐室爆破的三分之一至二分之一，所以爆破地震强度、飞石距离、空气冲击波和岩石破坏范围都比药室大爆破小。

三、露天矿深孔爆破参数的确定

（一）炸药单耗和装药量的确定

1.确定炸药单耗。炸药单耗是指爆破每单位体积矿岩所需的炸药量。对于不同的爆破工程和岩矿，其数值不同，确定炸药单耗时，可采用参考国家定额并用矿山实际的爆破漏斗实验加以修正，这样确定的数值为平均消耗量。在多排深孔爆破时，由于后排炮孔爆破的矿岩无自由面，因而其单耗要适当提高，经验数值为平均单耗的1.1～1.2 倍。2.确定炮孔装药量。在布孔设计时，采用散装药可先按单孔装药容积计算，然后结合炮孔所能爆破的矿岩量来调整。

（二）底盘抵抗线Wp。确定底盘抵抗线Wp 需考虑以下因素：

1.保证台阶钻孔作业安全。根据钻孔设备在台阶边缘安全作业要求，底盘抵抗线Wp 应满足下列条件：

Wp ≥C+Hctgα

式中：C—炮孔中心至台阶坡顶线的安全距离，m；H—台阶高度，m；α—台阶坡面角。

2.满足炮孔装药条件。要满足装药条件，用公式Q=qHWα 计算出装药量不应大于用公式计算出的单孔最大装药量，可求得：

3.考虑一定直径药量所能克服的最大抵抗线。根据体积原理，单位长度的药包所能爆破的岩石体积与药包的断面积成正比，即药包的直径与抵抗线成正比。

式中：Wp—底盘抵抗线，m；d—药包直径，m；K—比例系数。影响比例系取值的主要因素是炸药和岩矿的特性。

（三）排距、孔距及炮孔邻近系数

1.排距是指平行台阶坡顶线布置的相邻两排炮孔间的距离。在安排顺序起爆时，后排的抵抗线即为排距。由于后排孔起爆处于受夹制状态，为改善破碎条件，一般后排孔单位耗药量要比最前排孔增加10%～20%，如保持装药量不变，则排距要比最前排孔的底盘抵抗线减少10%～20%，即排距b 为：b=(0.8～0.9)Wp。

2.炮孔间距离a 和药包抵抗线Wp 有密切关系，两者之比为邻近系数m

m=a/Wp

邻近系数为孔网布置的重要参数，实验结果表明，当邻近系数取3.5时，爆破效果最好。

3.填塞长度Ls 和超深h。填塞长度Ls 是指药柱顶面至孔口这段不装药的长度。在该段填塞惰性材料，防止爆炸产生物过早溢出，保证炸药反应完全。填塞长度Ls 过大会降低炮孔装药量，限制孔网参数扩大，还会恶化台阶上部岩石的破碎质量，故填塞长度要合适。常用的经验公式：

Ls=(20～25)d

式中：d—炮孔直径，m；Wp—底盘抵抗线，m。

超深h，是指孔深超过台阶底盘水平的长度。其作用在于降低装药中心，以克服底盘抵抗，在多排孔爆破时，后排孔的超深要大于第一排孔的超深，超深h 可参照下列公式确定并在实践中调整修正。

式中：Wp—底盘抵抗线，m；H—台阶高度，m；d—钻孔直径，m。

4.时间参数。时间参数是多排孔微差爆破中的重要参数，可由朗基福斯经验公式给出。

式中：K—系数，2～7 ms/m；Wp—底盘抵抗线，m。

上述方法确定深孔爆破的参数一定要经过安全控制技术的检验。包括：地震波安全距离计算、飞石的安全距离计算、爆破冲击波安全距离的计算、使用微差爆破时的安全起爆技术的检验。由于爆破工作占采矿成本较高，爆破的效果直接影响采矿效益。所以，在确定露天矿深孔爆破参数时，应有系统的观点，要反复计算和推敲，最后在实验中检验修正，这样确定的爆破参数才是合理的。

四、深孔松动爆破产生非规格大块和根底的原因

破碎度是衡量爆破质量的主要指标。爆破后，应保证所需的矿岩破碎程度，以满足采矿设备的采装要求。露天深孔松动爆破法应用中的突出问题之一是非规格大块及根底的产生。理论上，露天深孔松动爆破产生的非规格大块及根底的主要原因是炸药的爆炸能量，作为矿岩破碎的能量，在爆破岩体空间和作用过程的时间上分布不均，尚未充分利用。

1.露天深孔松动爆破中，非规格大块产生在工作台阶的斜坡面、台阶顶部伞檐凌空面、深孔分段填塞部分。由于前期爆破作用的影响，这些部位在爆破后产生较多的大裂缝，成为爆破作用最薄弱的部位。

2.在垂直深孔松动爆破中，装药柱与台阶坡面之间的抵抗线自上而下越来越大，特别是台阶底部，不仅抵抗线大，而且炮孔与炮孔之间的夹持力最大。通常，底盘抵抗线值超过炮孔直(分散装药)10 倍。在此情况下，若抵抗线太大，炮孔的接近系数相对较小，不仅在爆后会发生拉底，同时，由于爆破过程中孔与孔之间的快速击穿和大量爆生气体泄漏，孔前岩体无法有效破碎，导致形成较大岩块，从而增加大块率。

3.由于炮孔填塞不良，孔口有大量爆生气体溢出，孔底岩渣、水排放不尽，炸药无法装到底，或未使用防水炸药，导致炸药在孔底吸水失效，造成孔底装药密度小等，导致底盘阻抗增大，爆破效果相对弱化，导致爆破后的非规格大块及根底太多。

4.采用分段装药。若每段药柱中心距自由面底部较大，则每段药量无法克服该段抵抗，底盘抵抗线高度以上的部分易产生大块。

5.当爆区位于厚层矿岩时，岩石节理裂隙发育，或受局部地质构造破坏，岩层中存在软硬夹层，大部分爆炸能量往往被软岩吸收。同时，爆炸气体过早地从自然裂缝中漏出，从而降低爆破效果，使坚硬矿岩得不到应有的破碎，进而产生大量非规格大块及根底。

6.起爆方式对破碎程度也有很大影响。目前，在垂直深孔松动爆破中，主要采用数码雷管，并采用42ms 孔间、排间微差、斜切起爆法。然而，由于排间顺序的起爆，爆破后的后冲和爆破地震效应较大，爆破过程中岩块碰撞挤压作用小，易产生非规格大块及根底。

7.岩体中装药的不均匀性导致振动区大块率增大，裂隙区坚硬岩体破碎能耗增加。此外，在冬季和夏季使用相同的炸药，夏季炸药能量充足，爆破质量较好。冬季冻土层含水量为13%，土岩、煤层冻结深度大，爆破后冻结块多，这也是爆破后大块率高的原因之一。

五、降低大块率和根底的措施

1.采用分段装药，孔内微差爆破。为改善各部位易产生大块、地质条件复杂、爆破效果难以控制的情况，可根据炮孔周围的不同地质条件实施分段装药，实现孔内微差爆破，并根据需要分配爆炸能量。通常，整个炮孔分两段装药。在特殊地质条件下，填塞段(充填岩渣)应设置在软硬互层、夹层和破碎带处，分段数目及填塞长度取决于具体情况。延迟时间一般在15ms 左右，延时顺序为自下而上，由硬到软。但总药量应符合要求。

2.同段(排)相邻炮孔采用相向起爆方式。露天深孔圆柱装药起爆后，随着爆轰波在药柱中的传播，岩体中会形成一个具有锥形的冲击波或弹性应力波向外传播，其锥顶与爆轰波的传播方向一致。采用同段(排)相邻炮孔相向起爆(即一孔起爆于装药顶部，相邻孔起爆于装药底部)的起爆方式，可使岩体中的爆生能量及应力分布更加均匀，爆破效果更加理想。通过生产实践，效果良好，大块率显著降低，电铲效率显著提高。

3.小抵抗线爆破技术的应用。目前该矿穿孔直径一般为250mm，平均每孔装药量约516kg(铵油炸药)，需克服的抵抗线为5～7m。若抵抗太大，不仅会产生大块，而且无法克服。为了提高爆破质量和经济效益，在原有爆破技术的基础上，采用小抵抗线爆破技术进行大孔距爆破试验。对于大孔距爆破试验中的孔布置，应根据现场测绘图纸计算装药量，为保证坡面的平整度，应根据现场实际情况调整。前排孔正常布孔，排距从第二排开始减小，增加孔距，采用三角形布孔方式，起爆顺序采用排间微差。

当采用大孔距爆破时，第一排孔与正常孔布孔相同，从第二排孔后的每排孔网布置，大孔距为13m×6m，试验结果表明，爆破后可形成松散、碎块均匀的爆堆，大块率比正常布孔降低48%以上，设备的采装效率明显提高。在小抵抗线大孔距爆破试验中，发现大块率与排距的关系明显，当排距较小时，大块率降低，孔距的变化对大块率的变化影响不大。在实验中，若孔间距10～12m 过大，会留下一条三角带，这实际上增加了后排抵抗线，此时，孔间距值实际上是虚的。因此，大块率将增加，这在现场施工中应引起重视。减小抵抗线是降低大块率的一种方法。对于大块率低的矿山，在保证孔网面积及炸药单耗不变条件下，降低抵抗线是降低大块率及根底的可行途径。

六、深孔松动爆破注意事项

深孔爆破实施过程中，必须采取相应的安全技术措施，确保实施效果及其过程的安全。1.防止药管不爆及药管压死导致拒爆的措施。装药前，必须详细检查火工品质量，不使用不合格的火工品；为防止药管压死造成拒爆，在夹钻时，应增加爆破分段数，减少一次爆破眼数，并采取分段打眼、随打随装分组一次起爆措施。2.增效措施。在两个爆破孔之间增加一个平行于爆破孔的增效孔；分段分组起爆孔之间增加两个增效孔，以消除对上段或上组爆破效果的影响。3.及时实施效果检验。爆破后，由于煤体干燥，应在打钻夹钻段再补打一个效果检验孔，以检查是否有夹钻现象。经检查，爆破效果良好，否则应补钻爆破。