露天深孔松動爆破產生大塊和根底的原因分析

李偉

（國家能源投資公司準格爾能源有限責任公司哈爾烏素露天煤礦，內蒙古 鄂爾多斯 010300）

近年來，深孔松動爆破在露天礦中產生了一定數量的非規格大塊及根底,非規格大塊及根底的產出率高，不僅嚴重影響采裝設備效率，加速采裝設備的磨損，而且還帶來一定量的二次爆破作業，影響平盤的其他作業，從而威脅到人員和設備的安全。因此，在露天深孔松動爆破中，如何降低非規格大塊及根底的產出率，對于提高露天礦的經濟效益和采裝設備效率具有重要意義。

一、露天礦概述

露天礦是剝離覆蓋礦體上部及其周圍的浮土與圍巖，將廢石運至排土場，直接從露天礦體中開采礦石。當礦體埋藏較淺或地表有露頭時，露天開采的應用優于地下開采。剝離上部巖土稱為剝離。剝離巖土量與采出礦石量之比稱為剝采比。剝采比過大，露天開采成本高，宜采用地下開采方式。

二、深孔爆破優點

1.不受開采空間限制，有利于實現鉆孔工作的機械化和自動化，減輕勞動強度，施工管理簡單，工作安全，適應性強。2.深孔爆破能采用先進的爆破技術，改善爆破質量，提高生產能力和勞動生產率，降低單位投資和開采成本。3.提高工程質量，加快施工進度，由于施工機械化，用人少，工效高的特點，工程成本低。4.減少了炸藥消耗量，安全性好，深孔爆破是條形裝藥，炸藥較均勻地分散在巖體中，易控制用藥量。所需炸藥量為一般硐室爆破的三分之一至二分之一，所以爆破地震強度、飛石距離、空氣沖擊波和巖石破壞范圍都比藥室大爆破小。

三、露天礦深孔爆破參數的確定

（一）炸藥單耗和裝藥量的確定

1.確定炸藥單耗。炸藥單耗是指爆破每單位體積礦巖所需的炸藥量。對于不同的爆破工程和巖礦，其數值不同，確定炸藥單耗時，可采用參考國家定額并用礦山實際的爆破漏斗實驗加以修正，這樣確定的數值為平均消耗量。在多排深孔爆破時，由于后排炮孔爆破的礦巖無自由面，因而其單耗要適當提高，經驗數值為平均單耗的1.1～1.2 倍。2.確定炮孔裝藥量。在布孔設計時，采用散裝藥可先按單孔裝藥容積計算，然后結合炮孔所能爆破的礦巖量來調整。

（二）底盤抵抗線Wp。確定底盤抵抗線Wp 需考慮以下因素：

1.保證臺階鉆孔作業安全。根據鉆孔設備在臺階邊緣安全作業要求，底盤抵抗線Wp 應滿足下列條件：

Wp ≥C+Hctgα

式中：C—炮孔中心至臺階坡頂線的安全距離，m；H—臺階高度，m；α—臺階坡面角。

2.滿足炮孔裝藥條件。要滿足裝藥條件，用公式Q=qHWα 計算出裝藥量不應大于用公式計算出的單孔最大裝藥量，可求得：

3.考慮一定直徑藥量所能克服的最大抵抗線。根據體積原理，單位長度的藥包所能爆破的巖石體積與藥包的斷面積成正比，即藥包的直徑與抵抗線成正比。

式中：Wp—底盤抵抗線，m；d—藥包直徑，m；K—比例系數。影響比例系取值的主要因素是炸藥和巖礦的特性。

（三）排距、孔距及炮孔鄰近系數

1.排距是指平行臺階坡頂線布置的相鄰兩排炮孔間的距離。在安排順序起爆時，后排的抵抗線即為排距。由于后排孔起爆處于受夾制狀態，為改善破碎條件，一般后排孔單位耗藥量要比最前排孔增加10%～20%，如保持裝藥量不變，則排距要比最前排孔的底盤抵抗線減少10%～20%，即排距b 為：b=(0.8～0.9)Wp。

2.炮孔間距離a 和藥包抵抗線Wp 有密切關系，兩者之比為鄰近系數m

m=a/Wp

鄰近系數為孔網布置的重要參數，實驗結果表明，當鄰近系數取3.5時，爆破效果最好。

3.填塞長度Ls 和超深h。填塞長度Ls 是指藥柱頂面至孔口這段不裝藥的長度。在該段填塞惰性材料，防止爆炸產生物過早溢出，保證炸藥反應完全。填塞長度Ls 過大會降低炮孔裝藥量，限制孔網參數擴大，還會惡化臺階上部巖石的破碎質量，故填塞長度要合適。常用的經驗公式：

Ls=(20～25)d

式中：d—炮孔直徑，m；Wp—底盤抵抗線，m。

超深h，是指孔深超過臺階底盤水平的長度。其作用在于降低裝藥中心，以克服底盤抵抗，在多排孔爆破時，后排孔的超深要大于第一排孔的超深，超深h 可參照下列公式確定并在實踐中調整修正。

式中：Wp—底盤抵抗線，m；H—臺階高度，m；d—鉆孔直徑，m。

4.時間參數。時間參數是多排孔微差爆破中的重要參數，可由朗基福斯經驗公式給出。

式中：K—系數，2～7 ms/m；Wp—底盤抵抗線，m。

上述方法確定深孔爆破的參數一定要經過安全控制技術的檢驗。包括：地震波安全距離計算、飛石的安全距離計算、爆破沖擊波安全距離的計算、使用微差爆破時的安全起爆技術的檢驗。由于爆破工作占采礦成本較高，爆破的效果直接影響采礦效益。所以，在確定露天礦深孔爆破參數時，應有系統的觀點，要反復計算和推敲，最后在實驗中檢驗修正，這樣確定的爆破參數才是合理的。

四、深孔松動爆破產生非規格大塊和根底的原因

破碎度是衡量爆破質量的主要指標。爆破后，應保證所需的礦巖破碎程度，以滿足采礦設備的采裝要求。露天深孔松動爆破法應用中的突出問題之一是非規格大塊及根底的產生。理論上，露天深孔松動爆破產生的非規格大塊及根底的主要原因是炸藥的爆炸能量，作為礦巖破碎的能量，在爆破巖體空間和作用過程的時間上分布不均，尚未充分利用。

1.露天深孔松動爆破中，非規格大塊產生在工作臺階的斜坡面、臺階頂部傘檐凌空面、深孔分段填塞部分。由于前期爆破作用的影響，這些部位在爆破后產生較多的大裂縫，成為爆破作用最薄弱的部位。

2.在垂直深孔松動爆破中，裝藥柱與臺階坡面之間的抵抗線自上而下越來越大，特別是臺階底部，不僅抵抗線大，而且炮孔與炮孔之間的夾持力最大。通常，底盤抵抗線值超過炮孔直(分散裝藥)10 倍。在此情況下，若抵抗線太大，炮孔的接近系數相對較小，不僅在爆后會發生拉底，同時，由于爆破過程中孔與孔之間的快速擊穿和大量爆生氣體泄漏，孔前巖體無法有效破碎，導致形成較大巖塊，從而增加大塊率。

3.由于炮孔填塞不良，孔口有大量爆生氣體溢出，孔底巖渣、水排放不盡，炸藥無法裝到底，或未使用防水炸藥，導致炸藥在孔底吸水失效，造成孔底裝藥密度小等，導致底盤阻抗增大，爆破效果相對弱化，導致爆破后的非規格大塊及根底太多。

4.采用分段裝藥。若每段藥柱中心距自由面底部較大，則每段藥量無法克服該段抵抗，底盤抵抗線高度以上的部分易產生大塊。

5.當爆區位于厚層礦巖時，巖石節理裂隙發育，或受局部地質構造破壞，巖層中存在軟硬夾層，大部分爆炸能量往往被軟巖吸收。同時，爆炸氣體過早地從自然裂縫中漏出，從而降低爆破效果，使堅硬礦巖得不到應有的破碎，進而產生大量非規格大塊及根底。

6.起爆方式對破碎程度也有很大影響。目前，在垂直深孔松動爆破中，主要采用數碼雷管，并采用42ms 孔間、排間微差、斜切起爆法。然而，由于排間順序的起爆，爆破后的后沖和爆破地震效應較大，爆破過程中巖塊碰撞擠壓作用小，易產生非規格大塊及根底。

7.巖體中裝藥的不均勻性導致振動區大塊率增大，裂隙區堅硬巖體破碎能耗增加。此外，在冬季和夏季使用相同的炸藥，夏季炸藥能量充足，爆破質量較好。冬季凍土層含水量為13%，土巖、煤層凍結深度大，爆破后凍結塊多，這也是爆破后大塊率高的原因之一。

五、降低大塊率和根底的措施

1.采用分段裝藥，孔內微差爆破。為改善各部位易產生大塊、地質條件復雜、爆破效果難以控制的情況，可根據炮孔周圍的不同地質條件實施分段裝藥，實現孔內微差爆破，并根據需要分配爆炸能量。通常，整個炮孔分兩段裝藥。在特殊地質條件下，填塞段(充填巖渣)應設置在軟硬互層、夾層和破碎帶處，分段數目及填塞長度取決于具體情況。延遲時間一般在15ms 左右，延時順序為自下而上，由硬到軟。但總藥量應符合要求。

2.同段(排)相鄰炮孔采用相向起爆方式。露天深孔圓柱裝藥起爆后，隨著爆轟波在藥柱中的傳播，巖體中會形成一個具有錐形的沖擊波或彈性應力波向外傳播，其錐頂與爆轟波的傳播方向一致。采用同段(排)相鄰炮孔相向起爆(即一孔起爆于裝藥頂部，相鄰孔起爆于裝藥底部)的起爆方式，可使巖體中的爆生能量及應力分布更加均勻，爆破效果更加理想。通過生產實踐，效果良好，大塊率顯著降低，電鏟效率顯著提高。

3.小抵抗線爆破技術的應用。目前該礦穿孔直徑一般為250mm，平均每孔裝藥量約516kg(銨油炸藥)，需克服的抵抗線為5～7m。若抵抗太大，不僅會產生大塊，而且無法克服。為了提高爆破質量和經濟效益，在原有爆破技術的基礎上，采用小抵抗線爆破技術進行大孔距爆破試驗。對于大孔距爆破試驗中的孔布置，應根據現場測繪圖紙計算裝藥量，為保證坡面的平整度，應根據現場實際情況調整。前排孔正常布孔，排距從第二排開始減小，增加孔距，采用三角形布孔方式，起爆順序采用排間微差。

當采用大孔距爆破時，第一排孔與正常孔布孔相同，從第二排孔后的每排孔網布置，大孔距為13m×6m，試驗結果表明，爆破后可形成松散、碎塊均勻的爆堆，大塊率比正常布孔降低48%以上，設備的采裝效率明顯提高。在小抵抗線大孔距爆破試驗中，發現大塊率與排距的關系明顯，當排距較小時，大塊率降低，孔距的變化對大塊率的變化影響不大。在實驗中，若孔間距10～12m 過大，會留下一條三角帶，這實際上增加了后排抵抗線，此時，孔間距值實際上是虛的。因此，大塊率將增加，這在現場施工中應引起重視。減小抵抗線是降低大塊率的一種方法。對于大塊率低的礦山，在保證孔網面積及炸藥單耗不變條件下，降低抵抗線是降低大塊率及根底的可行途徑。

六、深孔松動爆破注意事項

深孔爆破實施過程中，必須采取相應的安全技術措施，確保實施效果及其過程的安全。1.防止藥管不爆及藥管壓死導致拒爆的措施。裝藥前，必須詳細檢查火工品質量，不使用不合格的火工品；為防止藥管壓死造成拒爆，在夾鉆時，應增加爆破分段數，減少一次爆破眼數，并采取分段打眼、隨打隨裝分組一次起爆措施。2.增效措施。在兩個爆破孔之間增加一個平行于爆破孔的增效孔；分段分組起爆孔之間增加兩個增效孔，以消除對上段或上組爆破效果的影響。3.及時實施效果檢驗。爆破后，由于煤體干燥，應在打鉆夾鉆段再補打一個效果檢驗孔，以檢查是否有夾鉆現象。經檢查，爆破效果良好，否則應補鉆爆破。