非均質巖體露天煤礦爆破網路設計

李永剛　馬修勝　馬修利

摘 要：均質巖體在長期干旱、多風、少雨氣候條件作用下，巖體結構會發生變化，巖體內會產生大量的非構造裂隙，在進行露天礦爆破作業時，巖石大塊率高，爆堆不規整，且易發生飛石傷人等事故。通過對新疆黑山露天煤礦非均質巖體爆破方案進行研究，提出爆破新技術：采用非電導爆管V形逐孔毫秒微差起爆網路，不耦合分段裝藥，增強對局部節理裂隙發育巖體的爆破作用效果;地面起爆網路采用小段位的導爆管雷管反向并聯連接逐孔毫秒微差間隔起爆，炮孔內采用15段的導爆管雷管延遲350 ms分段同時起爆，以增大孔內延遲起爆時間，確保爆破網路安全，使爆破效果顯著改善。

關鍵詞：非均質;露天煤礦;爆破網路

中圖分類號：TD824.2文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）11-0062-03

Study on Blasting Network Design of Heterogeneous Rock

Mass Open Pit Coal Mine

LI Yonggang MA Xiusheng MA Xiuli

（Xinjiang Xiangrui Safety Production Technology Service Center，Urumqi Xinjiang 830002）

Abstract： Under the long-term arid， windy and rainless climate conditions， the structure of homogeneous rock mass will change， and a large number of non structural fissures will be produced in the rock mass. During the blasting operation of open-pit mine， the rock mass rate is high， the blasting pile is irregular， and the flying rock injury accidents are prone to occur. Based on the design and study of the blasting scheme of heterogeneous rock mass in Xinjiang Heishan open-pit coal mine， the following new blasting techniques were put forward： The use of the non-conductive blasting tube V-shaped millisecond per-hole micro-difference initiation network and the uncoupled piecewise charge can enhance the blasting effect of the rock mass with local joint and fissure development; The ground initiation network adopts a small section of detonating tube detonators connected in parallel in reverse to initiate at millisecond interval per hole， and 15 sections of detonating tube detonators are used in the gun hole to delay the initiation in segments by 350 ms to increase the delayed initiation time in the hole， ensure the safety of the blasting network， and significantly improve the blasting effect.

Keywords： heterogeneous;open pit coal mine;blasting network

新疆黑山露天煤礦采場平均海拔標高+2 400～2 800 m，地處丘陵地帶。礦區氣候干旱、多風、少雨，屬典型的內陸亞干旱荒漠氣候帶，主要巖性為硬砂巖、中砂巖和碳質泥巖。在地表以下30 m的淺部基巖層，巖石風化剝蝕嚴重，裂隙發育，層理明顯，非構造裂隙突出，其構造特征完全可以通過被揭露的采場斷面和爆破后巖石開裂情況描述出來[1]。

1 巖體結構

在走向方向上，受非構造裂隙作用，采場東部巖體完整性較西部巖體差，裂隙比較發育且分布不均勻，節理和裂隙多沿傾斜方向延伸和分布，受剪節理作用，爆堆沿傾斜方向拋出遠，易產生大塊，爆堆形狀如圖1（a）所示。根據現場統計，爆破以后巖體大塊發生率在60%左右，大塊平均尺寸：1.5 m×1.2 m×0.8 m。

在垂直方向上，采掘標高越高，上部臺階所形成的次生垂直裂隙就越多，裂隙影響深度在9～12 m，受張節理作用爆破后產生的垂直裂縫寬度在0.3～0.8 m，爆堆拋出不遠呈沉降開裂形，爆堆形狀如圖1（b）所示。隨著開采深度加大，下部臺階裂隙則相對較少，裂隙作用減弱，臺階下部巖體大塊率發生率較臺階上部減少20%左右。

在采場西部地勢較低的淺部露頭，風化剝蝕作用減弱，許多非構造裂隙常常組成共軛X形，方位不穩定，爆破后巖塊形狀有別、大小不等、交角各異、完整性較差。爆堆形狀如圖1（c）所示。

在傾斜方向上，自北向南隨著地勢變低，裂隙作用也明顯減弱，巖體結構逐漸趨于均質化，爆破效果有所改善。

2 存在的主要問題

第一，采用沿巖體走向方向直線形布孔排間毫秒微差爆破，排間作用方向和順層節理方向相同，排間作用效果明顯。當只有一個側向自由面時，爆炸應力波和爆生氣體會使非構造裂隙進一步錯動和擴張，受徑向壓應力作用使巖體破裂拋出，在順層方向產生許多大塊，巖塊拋出5～7 m。

第二，采用沿巖體傾斜方向直線形布孔排間毫秒微差爆破，排間作用方向和順層節理方向垂直，爆轟波沿走向方向傳播，排間作用效果減弱，破碎的巖塊從受裂隙作用大的方向拋出，順層方向巖塊拋出量減少，爆堆不規整，采裝困難。

第三，耦合集中連續裝藥深孔爆破，炸藥爆破作用位于孔底，臺階上部巖石爆破作用減弱，受張節理作用，易出現巖石大塊。受剪節理作用，前排炮孔較小的巖塊易從臺階下部沿順層方向拋出[1]。

3 爆破網路設計

設計采用非電導爆管V形斜線逐孔毫秒微差起爆網路，不耦合柱狀分段裝藥深孔爆破，爆破參數可見表1，起爆網路如圖2所示。

炮區要具有兩個側向自由面，沿正向自由面方向炮孔數應多于側向自由面，呈不對稱性，一次起爆孔數不小于48個實施大區爆破[2]。

采用導爆管起爆網路，地面起爆網路采用小段位的導爆管雷管反向并聯逐孔毫秒微差間隔起爆，炮孔內采用15段的導爆管雷管延遲350 ms分段同時起爆，以增大孔內延遲起爆時間。

起爆點位于正向自由面第一排孔中部炮孔，爆轟由起爆點沿巖層傾斜方向由外向內V形斜線傳爆。

沿正向自由面巖石順層方向第一排孔逐孔微差50 ms起爆，斜線方向逐孔微差100 ms起爆。

4 破巖機理分析

在露天煤礦非均質巖體的深孔爆破中，非構造裂隙作用強烈，采用逐孔毫秒微差起爆技術，能增加巖石的破碎度[3]。

先起爆的炮孔相當于單孔漏斗爆破，在壓縮波和拉伸波的作用下，形成破裂漏斗，即爆破作用沿漏斗周邊形成主裂縫，使漏斗體巖石與原巖分離，在漏斗體內形成較多的細微破碎裂隙，受應力場作用，漏斗體外的巖石產生微裂縫。

在爆破作用下，前組深孔破裂漏斗形成后，對后組起爆孔來說，相當于增加了巖體內新的自由面，使后起爆孔的最小抵抗線和爆破[4]作用方向都有所改變，延長了入射壓力波和反射拉伸波在自由面方向的破碎巖石時間。隨著爆破產生的巖體內自由面增加，夾制性減少，巖石抵抗破碎的強度降低。

根據爆破試驗和理論分析，巖體內每增加一個自由面，同規格的巖石大塊率會降低10%～20%。

5 結語

對于非均質的爆破巖體，應重點解決巖石大塊問題，在實施爆破前，應先對巖體結構、裂隙頻率和結構面狀況進行現場勘查和數據資料分析，根據不同爆破作業點巖石受結構面的影響程度，對起爆網路進行進一步優化，分析確定孔間毫秒間隔時間和孔內裝藥方式。采用V形斜線逐孔毫秒微差起爆技術，能增加爆破自由面、延長爆破[5]作用時間，實現對巖石的反復破碎。

參考文獻：

[1]CHEN Yajun，CANG Zhiguo，MAO Jingfeng. Blasting effect analysis of hole-by-hole millisecond minute difference initiation network along V-Shaped oblique line[J].Electronic Journal of Geotechnical Engineering，2015（13）：2533-2538.

[2]于江浩，宋子嶺.逐孔起爆技術在露天煤礦深孔爆破中的應用[J].遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2015（4）：438-441.

[3]廖濤，蒲傳金，劉鋒，等.露天礦中深孔爆破大塊產生的原因及采取的措施[J].化工礦物與加，2013（9）：37-42.

[4]張光權，吳春平，汪旭光，等.導爆管雷管起爆網路逐孔起爆設計[J].工程爆破，2016（3）：27-30.

[5]胡軍，劉興宗，鐘龍.基于加卸載響應比理論的爆破動力露天礦邊坡穩定性分析[J].采礦與安全工程學報，2012（6）：882-887.