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摘要：露天煤矿爆破的爆破效果关系到煤矿生产过程中的经济效益及安全，合理的爆破参数可以改善爆破效果，减小爆破地震和爆破飞石所产生的不利影响。因此，研究露天煤矿爆破参数的优化设计十分必要。本文结合某露天煤矿爆破实例，对其爆破参数进行了优化设计，并进行了相关介绍与分析。
关键词：露天煤矿；爆破参数；优化
露天煤矿爆破是生产过程中的一个重要环节，其爆破参数的设计关系到爆破的效果及煤矿的经济效益。在露天煤矿爆破参数设计中，不同爆区直接的岩石性质差异会导致爆破参数的不同，而一旦爆破参数设计不合理，将会导致爆区爆破效果不理想，大块率、炸药单耗偏高，残留根底，直接影响到煤矿的经济效益。因此，结合露天煤矿的实际情况，对爆破参数进行合理的优化设计，对提高煤矿的经济效益具有十分重要的意义。基于此，笔者进行了相关介绍。
1 工程概况
某露天煤矿在生产过程中主要采用露天台阶深孔控制爆破和预裂爆破两种爆破方法，其中深孔控制爆破主要用来对露天台阶的主体部分进行爆破；预裂爆破主要应用于到界边坡形成的爆破作业。采区内地表境界走向长1.6km，倾向宽1.2km，面积1.92km2，最高开采标高+1960m，最低标高+1750m。采区下组煤中可采煤层为第三层、第五层、第七11层、第七12层、第七2层煤，总可采厚度为10.99m。矿山岩石硬度为中硬～坚硬，岩石普氏硬度系数f=6～10。矿区采用单斗-卡车-移动破碎站-带式输送机半连续开采工艺。
该露天煤矿在实际生产过程中，该煤矿露天台阶主体部分的爆破采用垂直孔中深孔；而在形成到界边坡的预裂孔及缓冲孔采用70°的倾斜孔，以保证爆破后形规范完整的边坡。主炮孔的布孔方式按照梅花型布置，爆破采用多孔粒状铵油炸药，水炮孔及预裂孔使用防水乳化炸药，2号岩石炸药作为起爆药，孔内、孔外采用毫秒微差延时起爆方式。
2 煤矿露天台阶深孔控制爆破设计
2.1 露天深孔台阶爆破参数设计
炮孔直径：炮孔直径一般由钻机型号、台阶高度、岩石性质等因素决定，主要是取决于钻机型号。大峰露天煤矿所选用的穿孔设备为：KY-200B型潜孔钻5台，12m3空压机5台，潜孔钻头直径115mm。根据已有的钻孔设备，最终确定钻孔直径d=120mm。
台阶高度、台阶坡面角及安全距离：台阶高度是露天深孔控制爆破的重要参数之一，合理的台阶高度能够为钻孔、爆破和铲装运输等工序提供安全高效的作业条件，使得矿山生产取得最佳的经济技术指标。结合该露天煤矿的地质条件及生产要求，最终确定的台阶参数为：台阶高度H=10m；台阶坡面角α=70°；前排孔至坡顶线的安全距离B=3.0m。台阶要素如图1所示。
H-台阶高度；h-超深；Wd-底盘抵抗线；W-最小抵抗线；L-炮孔深度；L1-装药高度；L2-堵塞长度；b-排距；B-台阶坡顶线至前排炮孔距离；α-台阶坡面角
孔深与超深：孔深是台阶高度和钻孔超深之和，一般来说，由于受钻孔设备的精准度影响，钻孔越深，其偏差也越大，钻孔效率也随之而降低。往往为了克服台阶底的爆破阻力，减少或消除根底现象，钻孔一般都需要超深，即钻孔深度大于台阶高度，台阶底盘水平以下的那一段孔深即为超深。结合该煤矿的实际条件，最终选取超深h=0.5m，孔深L=H+h=10+0.5=10.5m。
底盘抵抗线：对于垂直深孔，底盘抵抗线是指从首排炮孔中心线到台阶坡底脚的距离，底盘抵抗线大小的选取与岩石性质、炸药性能、钻孔直径、台阶高度及坡面角等因素有关，一般来说，地盘抵抗线的选取有多种方法可采用，大峰露天煤矿按照钻机的安全作业条件来确定底盘抵抗线，最终得W=Hcotα+B=cot70°×10+3.0≈5.5m，其中B为第一排钻孔中心到坡顶线的安全距离B=3.0m。
孔距与排距：一般来说，底盘抵抗线的大小确定之后，便可以借用经验公式a=mW，b=a/m来确定钻孔的孔距与排距，其中m为炮孔密集系数，取1.2，通过经验公式可计算得出a=6m，排距b=5m。
装药结构及装药参数的确定：矿山炮孔堵塞长度L2=（0.7～0.8）W≈4m，装药高度L1=L-L2=10.5-4=6.5m。多排孔同时起爆时，头排孔的单孔装药量Q=q×a×W×H=0.4×6×5.5×10=132kg，从第二排起单孔装药量Q=k×q×a×b×H=1.15×0.4×5×6×10=138kg。
起爆网路设计：该露天煤矿深孔台阶爆破采用多排孔毫秒延期一次爆破的爆破方法，其目的是为了取得良好的爆破效果，使得爆堆较为集中便于铲装，同时也有利于降低炸药单耗和减小爆破地震的影响。矿山起爆网路设计图见图2。
2.2 大块和根底的产生原因及控制措施
露天矿山深孔爆破普遍存在大块率偏高的问题，不仅影响铲装效率，加速设备的磨损，而且增加了二次破碎的工作量，提高了爆破成本，甚至造成其他安全威胁。
产生大块和根底的原因：从该露天煤矿实际生产统计的资料来看，不合格的大块主要来自台阶上部和台阶的坡面，同一爆区的软、硬岩分界处，爆区的后部边界等处。深孔爆破后产生大块的主要原因有超深过大，孔口部分炸药能量不足、单耗过小、岩体结构、孔网参数过大等原因。爆破后电铲难以挖掘的，凸出采掘工作面一定高度的岩坎，对于台阶高度10m，突出采掘工作面标高1.2m以上的，称为根底。露天深孔爆破产生根底的主要原因有，孔网参数选择不当，起爆顺序和毫秒间隔时间不合理，底部装药不足等。大块率、根底是影响深孔爆破质量和效果的主要经济指标。
降低大块率、根底率的措施：改进爆破设计，选择合理的爆破参数，选准前排孔抵抗线；控制合理超深和堵塞长度，保证堵塞质量；采用不同装药结构，选取与岩石特性匹配的炸药，增强底部炸药威力；选取合理的毫秒延期间隔时间；爆区有明显结构面时，要根据岩体结构面特征，决定起爆顺序；在适宜地点采用宽孔距、小抵抗线爆破和压渣爆破技术等。同时严格布孔设计、穿孔和爆破作业施工、科学管理，是保证爆破效果和质量的有力措施。
2.3 施工工艺
该露天煤矿深孔控制爆破的施工工艺流程如图3所示。
3.1 预裂爆破参数
预裂孔直径：预裂孔按照设计边界布置，其角度应该与边坡设计角度相一致，孔径要根据工程性质，质量要求、预裂孔深度以及地质条件等综合考虑，国内露天边坡预裂孔直径通常在150mm以下，该露天煤矿取：d=120mm。
超深：一般而言，预裂孔比底板高程深1～2m，至少比主爆孔略深，超深可控制在0.5～2.0之间，该露天煤矿取：h=1.0m。
孔深：预裂孔孔深为L=H/sin70°+h=10/0.966+1.0≈11.5m。
孔距：孔距是直接影响预裂缝壁面平整程度的重要参数，孔距小则预裂缝壁面光滑平整，预裂孔距多采用经验公式计算或采取经验数据：a=（8～12）d≈1.2m；岩石越坚硬完整取值越大。
径向不耦合系数：预裂孔装药径向不耦合系数的大小应以不破坏炮眼壁而又能使两炮眼之间岩石裂缝贯通为原则，该露天煤矿不耦合系数F=d/φ药=120/32=3.75，实际工程一般取2～4。
堵塞长度：为保证预裂爆破效果，预裂孔口应进行堵塞，不让爆破气体过早的逸出，堵塞长度与地层状况、预裂孔直径及装药量有关。通常可取炮孔直径的12～20倍，实践中预裂孔堵塞长度一般为0.6～2.0m，矿山取L塞=（12～20）d≈1.5m，孔径大而深的预裂孔取大值。
装药结构：为确保预裂孔爆破之后形成光滑完整的台阶坡面，这就必须保证预裂孔爆破过程中在各个部位所施加的爆破压力均匀一致。药包沿钻孔的分布应与不同的爆破作用相适应，大致分为四个不同的装药爆破段：底部加强段、中部正常装药段、顶部减弱段和堵塞段，各分段长度见表1。
3.2 缓冲孔参数的确定
钻孔直径：d=120mm
超钻：h=0.5m
孔深：L=H+h=10+0.5=10.5m
孔距、排距：根据经验，缓冲孔孔距为主爆孔的1/2，a=6×1/2=3m：排距与主炮孔一致。
装药结构：炮泥填塞长度L塞=5.5m；装药高度L药=L-1-L塞=4.0m。
单孔装药量：根据经验，缓冲孔单孔装药量为主爆孔装药的0.5～0.7倍，设计中取Q=0.6×70=42kg/孔，根据爆破作业前试炮结果做调整。
破起爆网路：预裂孔及缓冲孔起爆网络图（略）。
3.3 掏槽孔参数设计
钻孔直径：d=120mm
超深：h=1m
孔深：L=H+h=10+1=11m
孔距、行距：孔距根据经验，设计中取a=4m；行距根据经验，设计中取b=4m。
装药结构：炮泥填塞长度：L塞=（0.2～0.3）H=3m；装药高度：L药=L-L塞=11-3=8m。
单孔装药量：结合经验爆破单耗值取q=0.45kg/m3，则单孔装药量为：Q=qabL=0.45×4×4×11=78kg。
掏槽孔起爆网路：掏槽孔采用孔内、孔外微差爆破，孔内孔外均采用非电毫秒雷管，其中上、下两排炮孔孔内采用雷管段别为MS7，中间一排孔孔内采用的是MS5，孔外采取MS3延时逐排爆破。
4 结语
综上所述，露天煤矿爆破参数设计不合理，将会影响到爆区爆破的效果，导致大块率偏高、爆破成本增加等问题的出现。因此，必须要结合露天煤矿的实际情况，根据该煤矿的地质条件、岩石性质，针对爆破参数进行优化，选择最优的爆破参数方案，从而保证爆破的效果，降低爆破成本，提高煤矿的经济效益及社会效益。
参考文献：
[1]李南，宋彦君，马福顺，胡振峰.南露天煤矿块煤率的爆破参数优化研究[J].西部探矿工程.2015（12）
[2]王建鑫，侯星野.宝利露天煤矿致密岩层爆破参数优化设计[J].露天采矿技术.2013（03）
论文作者:赵乾
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/7/29
标签：露天论文; 裂孔论文; 煤矿论文; 台阶论文; 参数论文; 钻孔论文; 高度论文; 《基层建设》2016年10期论文;