南露天煤礦塊煤率的爆破參數(shù)優(yōu)化研究

李 南，宋彥君，馬福順，胡振峰

（1.新疆雪峰爆破工程有限公司，新疆烏魯木齊830002；2.新疆天池能源有限責(zé)任公司，新疆昌吉831100）

南露天煤礦塊煤率的爆破參數(shù)優(yōu)化研究

李 南1，宋彥君2，馬福順1，胡振峰1

（1.新疆雪峰爆破工程有限公司，新疆烏魯木齊830002；2.新疆天池能源有限責(zé)任公司，新疆昌吉831100）

通過長(zhǎng)期的理論研究和施工實(shí)踐，對(duì)影響塊煤率的爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高了大井礦區(qū)南露天煤礦的塊煤率，創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

露天煤礦；塊煤率；爆破參數(shù)；優(yōu)化

1 概述

在新疆煤炭市場(chǎng)上，煤化工、煤電轉(zhuǎn)換等深層次的末煤需求產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成，塊煤價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于末煤。在大量類似工程施工經(jīng)驗(yàn)和理論研究的基礎(chǔ)上，我公司借鑒一些提高塊煤率有顯著成效的技術(shù)方案，有效地提高了大井礦區(qū)南露天煤礦的塊煤率，對(duì)新疆天池能源有限責(zé)任公司取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益具有重大意義。

2 塊煤率分析

大井礦區(qū)南露天煤礦的塊煤率較低的原因如下：

（1）煤體本身的力學(xué)性質(zhì)。煤體的硬度和脆性對(duì)爆破的影響程度最大，煤體硬度越高、脆性越低，爆破的塊煤率越高。大井礦區(qū)南露天煤礦煤質(zhì)較軟，煤層易風(fēng)化，屬于極易磨煤。

（2）煤體的地質(zhì)構(gòu)造的影響。斷層、褶皺、節(jié)理、裂隙等地質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)影響爆破效果，進(jìn)而影響塊煤率。大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，原煤爆破后多沿著原有裂隙開裂，原有結(jié)構(gòu)面之間的間距控制著爆破后的塊度。

（3）爆破參數(shù)不合理。原有的炸藥單耗、孔網(wǎng)參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)、超深、排間微差時(shí)間、爆區(qū)寬度設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致塊煤率較低。

（4）生產(chǎn)工藝的影響。礦方采用單斗挖掘機(jī)采裝—自卸車運(yùn)輸—篩分系統(tǒng)篩分的生產(chǎn)工藝，這些生產(chǎn)工序都會(huì)對(duì)原煤產(chǎn)生物理破碎，進(jìn)一步降低塊煤率。

上述影響因素中，煤體本身的力學(xué)性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造無法改變，生產(chǎn)工藝已經(jīng)固定，只有爆破參數(shù)適宜調(diào)整。

3 爆破參數(shù)的優(yōu)化

大井礦區(qū)南露天煤礦原有爆破參數(shù)如下：臺(tái)階高度15m，分2次爆破，每次爆破7.5m，孔徑138mm，孔深8.5m，孔距7m，排距5m，單耗150g/m3，底部集中裝藥，排間微差110ms。

我公司根據(jù)多年的施工經(jīng)驗(yàn)和大量的理論研究，對(duì)影響塊煤率的爆破參數(shù)逐一進(jìn)行了研究和試驗(yàn)，對(duì)以下爆破參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。

（1）單耗。炸藥單耗低，會(huì)導(dǎo)致挖掘機(jī)硬挖的現(xiàn)象，挖掘機(jī)硬挖會(huì)對(duì)煤體產(chǎn)生物理破碎，增加末煤；炸藥單耗高，會(huì)導(dǎo)致被爆煤體過度粉碎，同樣增加末煤。由此可見，塊煤率隨著炸藥單耗的增加而增加，達(dá)到最大值后隨著單耗的繼續(xù)增大而減小。因此，要確定一個(gè)合理的單耗，使炸藥產(chǎn)生的能量稍大于松動(dòng)被爆煤體所需要的能量，被爆煤體產(chǎn)生適度的裂隙，并沿新的煤幫脫落。我公司經(jīng)過多次試驗(yàn)，臺(tái)階水平535以上的原煤炸藥單耗90g/m3，臺(tái)階水平535～505炸藥單耗100g/m3，臺(tái)階水平550以下炸藥單耗110g/m3，平均炸藥單耗降低50g/m3。

（2）孔網(wǎng)參數(shù)。原煤爆破是為了在煤體中產(chǎn)生足夠的縫隙并使之松動(dòng)，所以底盤抵抗線和排距要小于臨界抵抗，孔距要小于裂隙圈的直徑。按照爆破應(yīng)力波的作用原理和爆生氣體的準(zhǔn)靜態(tài)作用原理，臨界抵抗和裂隙圈半徑有不同的計(jì)算方法，且不同計(jì)算方法得到的結(jié)果有差異。在實(shí)際生產(chǎn)中，以不同計(jì)算方法得到的結(jié)果為參考，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過多次試驗(yàn)，排距不變，將孔距優(yōu)化為8m。

（3）裝藥結(jié)構(gòu)。原先的裝藥結(jié)構(gòu)為底部集中裝藥，這種裝藥結(jié)構(gòu)導(dǎo)致煤層下部過粉碎，上部挖掘困難。在降低單耗的基礎(chǔ)上，我公司進(jìn)一步優(yōu)化了裝藥結(jié)構(gòu)。優(yōu)化后底部裝藥2.4m，空氣間隔2.4m，填塞2.7m。一定質(zhì)量的炸藥爆破后，產(chǎn)生的氣體質(zhì)量是不會(huì)改變的，從微觀的角度看，爆炸產(chǎn)生的氣體，先充滿藥室空間，達(dá)到等壓后才作用于孔壁，藥室體積增大一倍，爆破峰值壓力減小一倍，緩沖了起爆瞬間作用于孔壁的峰值壓力，減小了粉碎圈，使得更多的能量作用于龜裂圈，不僅提高了塊煤率，而且降低了超限大塊，使原煤塊度更均勻。

圖1 裝藥結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后對(duì)比圖

（4）超深。超深是為了克服底盤抵抗線的阻力消除根底而超出臺(tái)階高度的鉆孔深度。超深太小，容易留下根底;超深太大，容易在臺(tái)階底部留下爆破漏斗，影響下一次爆破。

超深部分對(duì)塊煤率的影響有2個(gè)方面：（1）由于超深部分受到周圍煤體的嵌夾力較大，周圍的煤體在爆破時(shí)會(huì)過粉碎；（2）超深同一水平的煤體是上一個(gè)臺(tái)階的底部和下一個(gè)臺(tái)階的頂部，會(huì)受到2次爆破作用。

這2個(gè)方面的影響都會(huì)降低塊煤率，本公司經(jīng)過多次試驗(yàn)，將煤層頂板30m以內(nèi)的爆破作業(yè)超深優(yōu)化為0，煤層頂板30m以下超深優(yōu)化為0.3m，底板爆破時(shí)超深為0.5m。

（5）排間微差時(shí)間。微差爆破能夠產(chǎn)生輔助自由面，排間微差時(shí)間合理，先爆排能夠在為后爆排形成一定寬度的裂隙和附加自由面，改變后排炸藥的抵抗線方向，使其作用方向平行于孔壁，減小拋擲距離，降低粉煤率。經(jīng)多次對(duì)比試驗(yàn)，將微差時(shí)間由110ms延長(zhǎng)到150ms，可相對(duì)提高塊煤率。

（6）爆區(qū)寬度。爆破時(shí)，后排會(huì)對(duì)前排產(chǎn)生碰撞、擠壓，導(dǎo)致產(chǎn)生更多的沫煤。根據(jù)我公司在臨近天隆煤礦的施工經(jīng)驗(yàn)，采用單排孔松動(dòng)爆破，塊煤率最高。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，為了滿足生產(chǎn)需要，將排數(shù)控制在3～5排。

4 優(yōu)化效果及經(jīng)濟(jì)效益分析

我公司從2012年開始進(jìn)行提高塊煤率的研究和試驗(yàn)，平均塊煤率從2011年的46%提高到2014年的50%。2014年末煤平均價(jià)格約70元/t，塊煤均價(jià)約110元/t，塊煤價(jià)格比末煤價(jià)格高40元/t。塊煤率每提高一個(gè)百分點(diǎn)，比末煤增加收入40萬元/Mt。與此同時(shí)，炸藥單耗降低50g/m3，原煤比重約為1.25t/m3，現(xiàn)場(chǎng)混裝多孔粒狀銨油炸藥單價(jià)約為6500元/t，火工品成本降低26萬元/Mt。

表1 經(jīng)濟(jì)效益分析表

5 結(jié)論

（1）在爆破作業(yè)環(huán)節(jié)通過不斷的優(yōu)化爆破參數(shù)，能夠有效地控制煤體過粉碎，提高塊煤率，使礦方和我公司都取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

（2）為了進(jìn)一步提高塊煤率，爆破參數(shù)需要進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，同時(shí)還應(yīng)在采裝、運(yùn)輸、篩分等環(huán)節(jié)減少塊煤的損失。

（3）盡管各露天煤礦的煤體力學(xué)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造等不同，但是在爆破參數(shù)優(yōu)化的方向上具有一致性。在結(jié)合各露天煤礦實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，對(duì)其他露天煤礦起著積極的借鑒作用。

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O319.56

A

1004-5716(2015)12-0141-02

2014-12-22

李南（1988-），男（漢族），安徽宿州人，助理工程師，現(xiàn)從事爆破生產(chǎn)技術(shù)工作。