逐孔起爆微差爆破技術在露天煤礦的實踐分析

白旭峰

（山西煤炭運銷集團蘆子溝煤業有限公司，山西 保德 036400）

引 言

在露天煤礦生產的過程中，爆破是采礦工作的重要環節之一，爆破的質量不僅影響煤礦的采掘，還關系到后續的運輸工作。如果爆破后產生的煤塊較大，在運輸機器輸送的過程中極易對運輸設備造成磨損，降低及其的使用壽命，增大工人的維修負擔。此時，就需要進行二次爆破，使煤塊盡可能達到能接受的尺寸范圍內［1］。但是這樣無疑會增加企業的生產成本，還帶來了其他一系列的問題，普通爆破帶來的常見問題有：爆破后的礦石大塊率較高；噪聲影響較大，容易造成施工人員的身體疾病；爆破的能量利用率低下，工作成本高昂；爆破結果對設備的影響較大，機器故障率高等。在這樣的背景下，采用逐孔起爆微差爆破技術，具有爆破后震感較小、能量利用率較高、礦石的塊度大小合適等優點，采用該技術能夠直觀的降低工作成本，增加煤礦的產出［2］。在逐孔爆破技術興起以后，經過不斷的改良和完善，已經成為目前在礦山爆破中進行臺階式爆破的主流方式［3］。

1 項目背景

某煤礦礦層是呈南北向的帶狀分布模式，井田面積大小大約為280km2，目前已探明煤礦儲量預測在18 000Mt，礦山主要生產面為低平工作面，與水平方向夾角均在4°以內。當前主要開采面為5＃煤層和6＃煤層，煤層厚度分別為17.62m和33.51m。原爆破方式為傳統爆破，爆破后工作面巖石互相撞擊且爆堆過大，中央部分爆堆過于集中，爆破后果嚴重影響后續的正常作業的行進，限制了礦山的產量。針對此情況，現階段采用的解決方式為加大炮孔炸藥的用量，但增加了爆破作業的經濟成本。在此背景下，尋求更好的爆破方式，提升煤礦產出，控制生產成本。

2 新技術的主要內容

逐孔起爆微差爆破技術采用單孔爆破，起爆時間具有滯后性，在設定的區域根據礦山地質條件和開采計劃，針對煤層的走向按順序起爆。這樣的工藝，從根本上避免了起爆后能量的浪費，充分發揮每個孔內炸藥的威力，同時避免了同時起爆時巖石間的碰撞，減少了單次爆破的沖擊范圍，更好的保護計劃外煤層不被破壞［4］。在設定的爆破順序下，所有炮孔均按一定的延期時間順序起爆。在露天礦生產中，常見的爆破順序有三種，分別為斜線型、三角型以及交叉型，分別針對不同的地質條件有針對性的使用。

3 新技術的主要原理

3.1 臺階爆破空間、能量相互補償原理

爆破時，先爆炮孔將巖石迅速推出，為其后續起爆炮孔提供足夠的自由面；使巖石在移動過程有足夠的相互作用空間，后爆炮孔的爆炸能量進一步推動先爆炮孔爆破的巖石，增加巖石間相互碰撞作用，從而改善了爆破破碎度及爆堆的松散度。也就是說逐孔起爆采用毫秒級延期，先爆破的炮孔所形成的應力波還未完全消失，后續炮孔已發生爆炸，這樣會形成爆炸應力波的疊加作用，增加了應力波對巖石的破碎時間，從而使爆破顯著增加。

3.2 最小抵抗線原理

采用逐孔起爆技術，后續的炮孔處在首排炮孔起爆后的應力線上，在前側炮孔內炸藥爆炸后，其產生的沖擊波對后續煤層的作用提供了最少3個自由面。因此，逐孔起爆技術能夠提供多個最小抵抗線。

3.3 有效減弱地震波

因為逐孔起爆是分階段分時間逐步發生的，因此在同等炸藥量的情況下，當爆炸發生時，對地面的沖擊是遠低于同時起爆。根據實際爆破后，從地表采集到的震感及檢測數據的數值，采用逐孔起爆方式較傳統起爆方式可將地震效應減小30%～70%［5］，由于該方法可以減小爆破振動來來的危害，確保礦架的穩定性，因而廣泛應用于露天礦爆破作業中。

逐孔起爆微差爆破技術具有以下優點：可減小爆破震動；不存在裝藥量受限制的問題；爆破飛石距離減小；大塊率低；起爆網絡安全性增強。

結合該露天煤礦的實地情況，擬采用逐孔起爆微差爆破的深孔爆破模式。以該露天礦6＃煤上的細砂巖為例進行一系列的相關參數擬定。其中露天礦的臺階高度的設計由鉆孔的深度來決定，考慮到爆破效果以及運送安全等相關因素，通常該值取10m～20m，結合該露天礦的實際情況，最終將此值確定為16m；爆破孔的直徑是由鉆機型號、臺階高度和礦層的理化性質等因素決定，最終將該值定為145mm且垂直布置鉆孔位置；另一個需要確定的參數為鉆孔的深度，由臺階高度和礦層性質決定，為了增加對底部的礦層的爆破作用，在已經確定的臺階高度值16m的基礎上加深1.5m，最終鉆孔的深度確定為17.5m。根據大量的工程經驗［6］，底部抵抗線通常為炮孔直徑的20倍～50倍，因此可選定炮孔的直徑為9m；炮孔與炮孔之間的間距選取與抵抗線相關，最終綜合相關數據確定間距為11m，排距為6.5m；結合實際的生產情況將臺階的坡度確定為70°；爆破孔的塞堵長度可根據爆破孔的直徑來取值，最終確定為7.5m；所需的炸藥單位體積消耗量為0.22kg；該露天礦在爆破時，第一排爆破孔內炸藥量為227.6kg，第二排以及之后的爆破孔的炸藥取藥量為159.6kg；在選取起爆模式時，為了確保爆破的高效可靠性可選用三角型逐孔起爆模式，其中橫向的單孔爆破時間延期為45ms，豎向的單孔爆破時間延期為70ms。爆破模式，如圖1所示。

圖1 三角型逐孔起爆微差爆破模式

4 改進效果

在實施了逐孔起爆微差爆破技術之后，根據現場檢測結果，某礦礦石在爆破之后的大塊率為3.18%，在同類地質條件下，采用傳統的爆破模式的礦石大塊率為4.53%，相比降低了1.35%，單從這一方面來看爆破的效果就得到了非常不錯的改良。由于大塊率的降低，因此可以不進行二次爆破，不僅降低了生產成本，同時較小尺寸的煤塊對設備的破壞更小，延長機器使用壽命，減少工人的維修負擔，提高了運輸設備的裝礦效率。將逐孔起爆微差爆破技術應用實踐前后進行對比，可節約生產成本0.22元／m3，假設該露天礦的年爆破量在1 500萬m3，綜合可節約生產成本330余萬元每年。由此可見，逐孔起爆微差爆破技術帶來的經濟效益非常的顯著。

5 結語

針對傳統的爆破技術出現的多種問題，分析逐孔起爆微差爆破技術的特點及原理，并將其在某公司下屬某礦投入實際使用。實踐生產后的效果十分好，新技術實現了爆破后的巖石大塊率降低約1.35%，與此同時也實現了每年節約成本330余萬元，為企業帶來了可觀的經濟效益，是一次成功的實踐，具有極大的推廣價值。