非均質(zhì)巖體露天煤礦爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)

李永剛　馬修勝　馬修利

摘 要：均質(zhì)巖體在長期干旱、多風(fēng)、少雨氣候條件作用下，巖體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，巖體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的非構(gòu)造裂隙，在進(jìn)行露天礦爆破作業(yè)時(shí)，巖石大塊率高，爆堆不規(guī)整，且易發(fā)生飛石傷人等事故。通過對(duì)新疆黑山露天煤礦非均質(zhì)巖體爆破方案進(jìn)行研究，提出爆破新技術(shù)：采用非電導(dǎo)爆管V形逐孔毫秒微差起爆網(wǎng)路，不耦合分段裝藥，增強(qiáng)對(duì)局部節(jié)理裂隙發(fā)育巖體的爆破作用效果;地面起爆網(wǎng)路采用小段位的導(dǎo)爆管雷管反向并聯(lián)連接逐孔毫秒微差間隔起爆，炮孔內(nèi)采用15段的導(dǎo)爆管雷管延遲350 ms分段同時(shí)起爆，以增大孔內(nèi)延遲起爆時(shí)間，確保爆破網(wǎng)路安全，使爆破效果顯著改善。

關(guān)鍵詞：非均質(zhì);露天煤礦;爆破網(wǎng)路

中圖分類號(hào)：TD824.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(biāo)高+2 400～2 800 m，地處丘陵地帶。礦區(qū)氣候干旱、多風(fēng)、少雨，屬典型的內(nèi)陸亞干旱荒漠氣候帶，主要巖性為硬砂巖、中砂巖和碳質(zhì)泥巖。在地表以下30 m的淺部基巖層，巖石風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重，裂隙發(fā)育，層理明顯，非構(gòu)造裂隙突出，其構(gòu)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(jié)構(gòu)

在走向方向上，受非構(gòu)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(fā)育且分布不均勻，節(jié)理和裂隙多沿傾斜方向延伸和分布，受剪節(jié)理作用，爆堆沿傾斜方向拋出遠(yuǎn)，易產(chǎn)生大塊，爆堆形狀如圖1（a）所示。根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)，爆破以后巖體大塊發(fā)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(biāo)高越高，上部臺(tái)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(jié)理作用爆破后產(chǎn)生的垂直裂縫寬度在0.3～0.8 m，爆堆拋出不遠(yuǎn)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(tái)階裂隙則相對(duì)較少，裂隙作用減弱，臺(tái)階下部巖體大塊率發(fā)生率較臺(tái)階上部減少20%左右。

在采場西部地勢(shì)較低的淺部露頭，風(fēng)化剝蝕作用減弱，許多非構(gòu)造裂隙常常組成共軛X形，方位不穩(wěn)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(shì)變低，裂隙作用也明顯減弱，巖體結(jié)構(gòu)逐漸趨于均質(zhì)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(jié)理方向相同，排間作用效果明顯。當(dāng)只有一個(gè)側(cè)向自由面時(shí)，爆炸應(yīng)力波和爆生氣體會(huì)使非構(gòu)造裂隙進(jìn)一步錯(cuò)動(dòng)和擴(kuò)張，受徑向壓應(yīng)力作用使巖體破裂拋出，在順層方向產(chǎn)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(jié)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(guī)整，采裝困難。

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

3 爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用非電導(dǎo)爆管V形斜線逐孔毫秒微差起爆網(wǎng)路，不耦合柱狀分段裝藥深孔爆破，爆破參數(shù)可見表1，起爆網(wǎng)路如圖2所示。

炮區(qū)要具有兩個(gè)側(cè)向自由面，沿正向自由面方向炮孔數(shù)應(yīng)多于側(cè)向自由面，呈不對(duì)稱性，一次起爆孔數(shù)不小于48個(gè)實(shí)施大區(qū)爆破[2]。

采用導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路，地面起爆網(wǎng)路采用小段位的導(dǎo)爆管雷管反向并聯(lián)逐孔毫秒微差間隔起爆，炮孔內(nèi)采用15段的導(dǎo)爆管雷管延遲350 ms分段同時(shí)起爆，以增大孔內(nèi)延遲起爆時(shí)間。

起爆點(diǎn)位于正向自由面第一排孔中部炮孔，爆轟由起爆點(diǎn)沿巖層傾斜方向由外向內(nèi)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(jī)理分析

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

先起爆的炮孔相當(dāng)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(nèi)形成較多的細(xì)微破碎裂隙，受應(yīng)力場作用，漏斗體外的巖石產(chǎn)生微裂縫。

在爆破作用下，前組深孔破裂漏斗形成后，對(duì)后組起爆孔來說，相當(dāng)于增加了巖體內(nèi)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(shí)間。隨著爆破產(chǎn)生的巖體內(nèi)自由面增加，夾制性減少，巖石抵抗破碎的強(qiáng)度降低。

根據(jù)爆破試驗(yàn)和理論分析，巖體內(nèi)每增加一個(gè)自由面，同規(guī)格的巖石大塊率會(huì)降低10%～20%。

5 結(jié)語

對(duì)于非均質(zhì)的爆破巖體，應(yīng)重點(diǎn)解決巖石大塊問題，在實(shí)施爆破前，應(yīng)先對(duì)巖體結(jié)構(gòu)、裂隙頻率和結(jié)構(gòu)面狀況進(jìn)行現(xiàn)場勘查和數(shù)據(jù)資料分析，根據(jù)不同爆破作業(yè)點(diǎn)巖石受結(jié)構(gòu)面的影響程度，對(duì)起爆網(wǎng)路進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，分析確定孔間毫秒間隔時(shí)間和孔內(nèi)裝藥方式。采用V形斜線逐孔毫秒微差起爆技術(shù)，能增加爆破自由面、延長爆破[5]作用時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石的反復(fù)破碎。

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