关键词：露天爆破设计 爆破效果 爆破成本 国产化 爆破技术 对策
1概 述
爆破是露天采矿生产过程中的一个最重要的工序。爆破质量的好坏直接影响到铲装、运输、破碎等工序的生产效率和成本。为获得较好的爆破效果，准能公司所属露天矿山做了一系列工作，从炸药密度稀释、废机油代替柴油、孔网参数的调整、装药结构的变化到压碴爆破的应用等等，使得爆破成本不断降低，爆破质量不断提升。对改善爆破效果尤为重要的是穿孔、爆破各作业工序的过程管理与质量控制，其管理与控制措施主要有：爆区规模:以炮孔排数4排及以上为宜，由于爆破时大块产生点主要分布于前排和顶部，排数太少不仅大块率高而且不易充分体现微差的作用。本文讲述了爆破设计、装药、连线过程控制等一系列的穿孔爆破工序。
随着我国煤炭市场需求量不断增加，露天煤矿数量不断增多，产量也越来越高。准能公司露天矿，岩石和煤的爆破，主要是深孔松动控制爆破，主炸药选用铵油炸药，起爆药用2号岩石炸药，水孔采用乳化炸药。采用炸药车运药和装药，填塞机充填炮孔。煤岩段采用不同的装药方式、不同的炸药单耗及留空气柱等分段装药措施确保岩段和煤段的爆破效果。从2013年开始，煤炭进入寒冬期，如何降本增效是摆在每个企业的首要问题。
2解决办法：
1采用国产管代替国外雷管
准能炸药厂提供的爆破雷管主要是澳大利亚奥瑞凯公司提供的高精度导爆管雷管，爆破微差时间精确，每发雷管成本为100元左右。国内生产的雷管质量好，可是延期精度不够高，每发雷管成本为30元左右。黑岱沟露天煤矿，上覆岩层为软岩，对爆破要求不高，可以采用国产管。经过实践证明，国产管爆破，对岩石爆破效果影响很小。哈尔乌素露天煤矿1060平盘为中硬岩石，采用国产雷管，大块率偏高，其他岩层都可以采用国产孔内管和地表雷管。两个矿采用国产雷管，每年使用量为85万左右，和高精度雷管相比，两个矿每年成本可节约600万余元。
2岩石分采区设计，提高炸药能量利用率
准能公司露天矿，岩石岩性为半坚硬～坚硬，普氏硬度系数为一般为2～5。煤的普氏硬度系数一般为1~3。原有设计爆破岩石出现过度粉碎，或者大块和根底。给后续采装造成困难。（爆破设计见图1）黑岱沟露天煤矿软岩，采用250mm钻机打孔，原来孔网参数为7X9，经过观察发现，爆破后岩石存在过度粉碎的现象。根据岩石裂隙发育情况，经过合理调整装药结构调整为7X11，炸药单耗由原来的0.42千克每立方米，调整为0.38千克每立方米。哈尔乌素露天煤矿采用310mm钻机，原来的孔网参数设计为8X12，后改为8X13，炮孔密集系数提高，单耗由原来的0.43千克每立方米，调整为0.39千克每立方米。每个平盘都根据岩石具体情况，重新设计，提高了炸药能量利用率，改善爆破效果的同时降低了爆破成本。
图1
3调整装药结构，减少大块率和根底
哈尔乌素露天煤矿，岩石走向比较复杂，1060到1040平盘，出现倾角为5度左右的粗砂岩，岩石普氏系数为6-7，根据采掘平盘的需要，这个阶段的岩石出现上覆为硬岩，中下部为软岩的现象，设计孔深19米，台阶高度为17米，310mm孔径，原充填高度为7米，爆破后出现上覆大块率极高的现象。根据观察，爆破采用分段装药结构，孔底装6米炸药，空气间隔器间隔3.5米，上覆装药4米，充填高度调整为5.5米.在保证充填质量和间隔位置准确的前提下，爆破后大块率明显降低，同时炸药单耗有所降低。间隔装药的缺点是工人劳动强度加大，工作效率降低。对工操作水平要求较高。并且技术员需给出准确的设计。哈尔乌素310mm炮孔很容易出现拉低现象，改进的设计为每个炮孔超深多打半米，孔底放入0.8米的空气间隔器，然后装药爆破，放入空气间隔器的目的，是为了降低炸药爆破时的初始峰值压力，延长爆破作用时间，最大限度的减少拉低。由于空气间隔器的存在，使得炸药单耗有所降低，节约爆破成本。
4炮区整体装药结构调整，减少后冲和侧拉
爆破设计为三角形布孔，炮区为梯形结构或平行四边形结构，前排孔有两个自由面，前排孔根据边眼距，进行调整，一般装药为后排孔的0.8倍。侧面和最后一排孔，每个炮孔，250mm炮孔减少1米药量，310mm炮孔减少2米药量，可以有效减少侧冲和后冲，为下一循环打孔，创造良好条件，同时减小炸药单耗，提高爆堆集中度。
5微差爆破是随着爆破器材的发展而出现的一种深孔爆破新技术，随着多排孔微差爆破的推广使用和爆破规模的扩大，往往有的工作面还来 不及清理彻底又要进行爆破，这样就出现了挤压爆破。当在多排孔爆破中同时使用微差和挤压技术时，即形成多排孔微差挤压爆破。微差几何挤压爆破的优点为：
提高爆破质量，降低爆破成本
（1）岩石破碎后块度均匀，大块率降低，能提高挖装设备机械的工作效率，一般认为，微差爆破中前一响爆破产生的径向裂隙为后一响爆破开创了新的自由面，加上两响爆破后岩块运动过程中的互撞作用，可以提高爆破对岩石的破碎作用。
（2）爆堆形状整齐，减少了后冲作用。这是由于前排孔先起爆形成新的自由面后，后排孔才起爆，其爆破方向可以控制，抛洒较少，爆堆宽度减小，高度相对增高，使爆堆比较集中。同时爆破前方阻力的减小，可使后排孔的后冲作用变弱。爆堆形状整齐，可以缩短在工作场地上清理散抛岩石的时间，爆堆高度增高，有利于提高挖装机械的效率，后冲作用减少，有利于下一循环的穿爆工作。
因为使用微差爆破可以扩大孔距，减少超钻，加大排间距，减少总的钻孔工作量。
6调整铵油炸药成分，合理利用废机油
炸药氧平衡是炸药充分爆轰的条件，也是减少爆破有毒气体的有效措施，对于环保要求，必须调整为零氧平衡。露天矿使用的硝酸铵-柴油炸药配比为94.5:5.5，柴油为调解氧平衡的作用，露天矿废机油每年处理量很大，合理利用废机油代替柴油，可以降低炸药成本，经过废机油和硝酸铵配比，同时可以使得氧平衡达到最佳配比。经过爆破分析，废机油完全可以代替柴油。每年节约柴油500t。
7低密度炸药破煤
哈尔乌素露天煤矿煤的普氏系数为1-2，普通铵油密度为0.85千克每立方米。根据炸药厂的研究，终于制造出低密度铵油炸药，密度为0.65千克每立方米，在爆破煤层方面，可以降低炸药单耗。提高炸药能量利用率。
3成本核算
黑岱沟露天煤矿现场混装炸药车地面制备厂设计规模为：铵油炸药45000t/a、乳化炸药20000t/a；哈尔乌素露天煤矿现场混装炸药车地面制备工作站设计规模为：铵油炸药45000t/a；黑岱沟露天煤矿爆破材料库设计存储规模为：岩石炸药3800t/a（新增3400t/a）、导爆索3000km/a(新增)、雷管85万发/年(新增54万发/年)。现有黑岱沟露天煤矿爆破材料库，位于黑岱沟露天煤矿东排土场和北排土场之间。库内设有一座雷管库（存储量15万发）、三座岩石炸药库（单库存储量30t）及导爆管库等。
各项爆破技术的改进，全年节约人民币约3000万元。
存在问题及对策
1 爆堆沉降高度
爆堆沉降高度取决于岩石性质、岩石单位炸药消耗量、爆破方法及起爆顺序等多项因素，应通过爆破实验来确定,鉴于目前没有实验条件，设计参照国外的实践经验初步确定。国外的爆堆沉降率为31%～36%，本设计暂定沉降率为30%，其45m、50m、55m台阶的爆堆沉降高度分别为13.5m、15.0m和16.5m。设计为了给矿山生产留有一定的余地，确定的爆堆沉降率偏低，建议在条件具备时准能公司组织设计、科研单位在收集国内外资料的基础上进行现场实验，为本矿吊斗铲投入使用时优化爆破参数奠定可靠的基础。
2乳化炸药密度太大
哈尔乌素露天煤矿1070平盘为水地，爆破区孔内几乎全是深水孔，必须装乳化炸药，由于乳化炸药的密度为1.35千克每立方米，乳化炸药成本是铵油炸药的1.5倍，且乳化炸药的波阻抗与岩石的波阻抗不匹配，造成炸药浪费、岩石单耗超高的现象。如何降低炸药密度，或者采用新开发轰水药包，使得炮孔轰水后炮孔内壁形成隔水膜，装铵油炸药，降低单耗，改善爆破效果，是摆在眼前的课题。
参考文献
[1]刘猛.地下采场中深孔爆破参数设计与应用[J].中国矿山工程,2017,46(4):12-14.
[2]耿昊,肖兵.胜利露天煤矿爆破工程孔网参数确定[J].露天采矿技术,2017,32(3):23-25.
[3]东兆星.爆破工程[M].中国建筑工业出版社,2016.
论文作者:何小虎
论文发表刊物:《科技中国》2018年2期
论文发表时间:2018/7/18
标签：炸药论文; 岩石论文; 露天论文; 雷管论文; 煤矿论文; 成本论文; 间隔论文; 《科技中国》2018年2期论文;