哈爾烏素露天煤礦爆破工作提質降本實踐

張鵬姣

（國家能源集團 哈爾烏素露天煤礦，內蒙古 鄂爾多斯 010300）

目前，全世界煤炭產能約63%來源于露天開采，我國露天采煤發展緩慢，比重一直在10%以下。隨著科學技術和基礎裝備的發展，露天開采比例和規模越來越大，對覆蓋層的巖石進行松動爆破將是越來越重要的課題[1]。為此，以哈爾烏素露天煤礦為背景，對露天煤礦大型及特大型松動爆破各個關鍵作業環節的優化進行研究。

哈爾烏素露天煤礦屬于世界級大型露天煤礦，核定生產能力3 500 萬t/a。準能集團公司旗下炸藥廠與哈爾烏素露天煤礦是平級單位，炸藥廠為其生產銨油和乳化等礦用炸藥。炸藥廠配有炸藥混裝車，可將炸藥運送至指定炮區，并配合爆破工完成現場裝藥[2-3]。哈爾烏素露天煤礦設置穿爆隊，主要完成鉆孔、爆破和運輸火工品等相關工作。

1 布孔控制

布孔是爆破工程現場施工的第1 步，對爆破工程質量的影響是不可忽視的環節，孔網參數直接決定著炮區爆破后巖石塊度，特別是靠近臺階邊緣的孔位結構，會對爆堆形狀和爆量推落距離有較大影響，因此布置前排孔時需要觀察臺階自由面情況。

1）布孔區域的處理要素。確定布孔區域后需撤離電纜、推平場地及修筑周邊擋墻等，盡可能平整布孔區域、清理掉浮塊，為鉆機作業和后續炸藥車行走創造良好環境。因為采掘不盡遺留的虛量或工作面清理不盡導致炮區表層浮塊密集，會造成后續施工的一系列問題，裝藥前再清理孔口浮塊特別費勁，甚至無法清理。放置導爆管、數碼雷管和起爆彈時可能會將浮塊刮落，引發事故；充填時也可能將石塊刮入孔內，砸斷導爆管或爆后飛石。由于礦山地質條件復雜，部分地段為土巖結合面，甚至有鈣質結核等半硬臺階，且部分作業區域受設備及征地等情況影響，呈現不規則形狀，為布孔工作帶來困難，實際布孔時需要有豐富的現場經驗。目前，哈爾烏素露天煤礦部分炮區依然采用人工布孔，布孔施工人員根據既定孔網參數，將彩色塑料袋按網格狀布置，后續再觀察臺階自由面及邊角情況，適當增減孔位[4-5]。

2）卡調布孔系統的應用。卡調布孔系統的應用是科技創新應用在實際的爆破作業中較好的例子，不同于小型礦山或其他零星爆破工程，哈爾烏素露天煤礦的炮區在國內甚至國際上都屬于大型爆破區域，大部分的炮區有500 多孔位，單次爆破面積達到4 萬m2。傳統的人工布孔是在炮區擺放塑料袋，引導鉆機鉆孔，特別是布置大的炮區，人工布孔的工作量十分巨大，容易發生孔位偏差。卡調系統可根據炮區周邊控制點智能布置炮孔，布孔人員只需要測量控制點坐標，系統會根據既定參數核算出孔位分布圖，設計人員調整后將數據發送至鉆機的接收器上，利用定位裝置實現卡調系統輔助對孔位。司機操縱鉆機，按照駕駛室內的顯示屏提示箭頭對準孔位，替代人工指揮。針對部分前排孔，卡調系統不能全部合理的編排，布孔人員現場補充即可。卡調布孔可節約布孔人員大量的體力勞動，針對大型的平整炮區具有無可比擬的優點。但是部分小型或地形條件復雜的炮區依然需要人工布孔，并且由于適用條件有限及價格昂貴等原因，大部分民營爆破隊伍也很少投入資金購買。這些因素隨著爆破工程整體行業水平的發展會逐步緩解，卡調系統將會更加普及[6-7]。

2 鉆孔控制

哈爾烏素露天煤礦目前使用的鉆機主要有山特維克公司制造的1190E 礦用電動履帶式牙輪鉆機和D245S 履帶自行式柴油機驅動全液壓牙輪鉆機；阿特拉斯公司制造的DM75 型電驅動牙輪鉆機和DM45 型履帶自行式柴油機驅動牙輪鉆機。其中1190E 和DM75 型號是電鉆，鉆孔直徑分別為310 mm 和250 mm，主要用于巖石鉆孔；D245S 和DM45型號是柴油內燃機鉆機，鉆孔直徑均為200 mm，主要用于煤層和部分零星鉆孔工程。目前，哈爾烏素露天煤礦巖石剝離量大，大型電鉆數量和作業量占比大一些[8]。

1）鉆孔設備的應用。電驅動鉆機和內燃機鉆機在哈爾烏素露天煤礦實際應用中均體現出不同的優點，坑下作業的大型采掘設備是電鏟，供電時一并分線給電驅動鉆機，實現清潔節能；缺點是鉆機行走作業時拖拽電纜，產生了一部分輔助工作。因為巖石炮區鉆孔區域大、走鉆頻率較低，大孔徑電鉆實際多應用在巖石鉆孔工作。其中1190E 鉆機因為可以打傾斜孔，還被用在端幫預裂孔鉆孔工程（孔徑310 mm）。不過如此大孔徑的預裂爆破國內應用的并不多，而應用到30 m 的高端幫一次成型預裂爆破更少。柴油內燃機鉆機主要應用在煤層和部分零星鉆孔工程，因其體積小、沒有電纜拖拽，可較為靈活自由的行走至一些崎嶇地段，且孔徑小利于提高塊煤比例。這些都是大型電鉆不具備的優點，也是無法徹底摒棄小型內燃鉆機的原因。

2）鉆孔超深實踐。哈爾烏素露天煤礦巖石臺階高度15 m，要求單臺階1 次穿透爆破，考慮到實際工作面起伏誤差，臺階高度基本為13～17 m，個別特殊位置臺階高度可至20 m。理論方法同生產 現場的實際經驗相結合，2 種類型的巖石鉆機確定孔網參數8 m×12 m 和7 m×11 m、超深2 m，特殊位置超深3 m；這個超深值可滿足控制底板標高的要求，即電鏟采掘完畢后平盤標高和設計值相符。由于鉆孔設備大型化，相應的孔網參數較大。正常位置按照超深2 m 爆破，爆破后的漏斗在電鏟采掘時基本不會明顯的出露，爆破漏斗之間的硬幫也沒有較明顯的影響采裝；此時履帶推土機進行場地平整，也可以觸及到漏斗之間的硬巖，證實了超深參數選取較為合理。底部有硬沙巖等特殊工程位置，超深增加1 m，基本可破碎底部硬巖、避免產生拉底。個別特殊的超高臺階可達18 m，加上超深2 m，要求鉆孔深度20 m，使用2 根鉆桿就可以完成鉆孔，效率比較高。例如DM75 鉆機1 根鉆桿長度10.7 m，2 根鉆桿即可，不需要再接桿，因為每多接卸1 根鉆桿，就會大幅度的降低單位時間內鉆機的進米量。

3 驗孔控制

驗孔工作是介于鉆孔和裝藥中間的一道較小工序，工作量小、用時較短。驗孔的主要目的是排查炮孔是否合格，檢查孔網參數、炮孔深度、水孔、塌孔等情況。對于哈爾烏素露天煤礦，驗孔是類似與第三方的監理功能，用于記錄鉆機進米，給鉆機司機核算工資。驗孔工作要在爆破人員攜帶工器具前往炮區作業前完成，檢驗發現的不合格炮孔及時記錄并通知鉆機補孔；發現水孔及時標記并明確水深淺，同時通知爆破人員提前準備乳化炸藥或者空氣間隔器。個別時候受其他原因影響，驗孔工作滯后，進入炮區的爆破工也做了一部分驗孔工作，發現鉆孔問題，并采取了一些行之有效的措施。

4 裝藥控制

1）裝藥精度及方式。露天煤礦的大型松動爆破有著臺階高、面積大、炮孔多、炸藥量多等特點。哈爾烏素露天煤礦和黑岱溝露天煤礦爆破區域空曠，爆破作業的最小單位精度要求較低，實際的裝藥誤差甚至超過公斤級也不會影響爆破效果。現場采用一種控制充填高度、剩余孔深全部裝藥的方式，常用充填高度基本6～7 m 左右。混裝炸藥車不停的向孔內注入銨油炸藥，裝藥人員利用皮尺測量上升的藥柱至孔口的距離，達到既定高度時示意混裝車司機停止裝藥。這種裝藥方式是結合生產現場實際情況所創造的，是一種較為實用的高效的裝藥方式。

2）裝藥人員的基本要求。一般是要求有豐富的炮區作業經驗、有責任心、對炸藥屬性比較了解且身體素質較好的爆破工。根據既定的裝藥參數并結合實際情況完成裝藥工作，在裝藥過程中要有一定的處理突發事件能力，比如遇到巖石裂隙、導爆管掉落或混裝車不出油等情況時能合理處置。

3）炮區負責人的基本要求。對于大部分常規性的爆破，炮區負責人要做到心中有數，對于爆堆隆起高度、隆起形狀、前沖距離、易發生沖炮的方位、甚至可能發生飛石的距離等做到全面的把控。并且需要在調動炸藥車、分工人員、確定前排孔裝藥量、劃定警戒范圍、聯系設備避炮及爆后檢查或處置盲炮等工作上有合理的安排。炮區負責人必須了解最真實的裝藥情況，爆后第一時間檢查爆堆前沖、隆起、單孔隆起、后排拉溝及破碎塊度等情況。全程跟蹤采掘，查看揭露面、觀察爆堆內部巖石破碎及靠幫預裂等情況。

4）分段裝藥的應用情況。分段裝藥在哈爾烏素露天煤礦松動爆破作業中應用的并不廣泛，原因有多方面，同混裝炸藥車連續裝藥比較，分段裝藥帶來的復雜工序使得勞動量大幅度增加；相比較付出的辛苦，在爆破效果方面體現的并不明顯，甚至一些炮區采用分段裝藥后和正常裝藥的爆破效果沒有區別。理論上，分段裝藥可以將臺階上層的硬巖破碎，或者利用較少的炸藥量爆碎煤層或低硬度的巖層，或者利用在預裂孔爆破。但是在目前的施工作業模式、技術水平及部分施工環節的精細程度上難以取得較好的效果，需要時間積累、提升整體行業水平。

5）爆破塊度的影響。哈爾烏素露天煤礦主要使用WK-55 和495-HR 系列電鏟，鏟斗容積約60 m3，正常情況下3 勺或4 勺可以裝滿1 車，但是遭遇不好的爆破量后裝車效率會大打折扣。實踐證明，爆破后塊度越大，采裝越費勁，若整體碎裂塊度偏大（比如爆量全都是近1 m 的塊），即使塊度均勻，采裝效率仍會有明顯的下降，如果出現直徑太大的大塊則需要單獨裝勺1 次，甚至停下來破碎，嚴重的影響采裝效率。采裝塊度大的爆量，電鏟勺尖不易切入，巖塊的碰撞和挫挪給采掘設備帶來劇烈的震顫，磨損件消耗嚴重、機械故障率增加。單純的從采裝這一環節來看，爆破后的塊度越小，越容易采裝，設備故障率越低，但是對應的鉆孔工作量大，消耗的炸藥量多、成本高。當然，錯誤的、暴力的操作習慣和部分意外磕碰事件是設備故障的主要原因。總的來說，人的因素是主要的。

5 爆破效果和爆破安全

爆破效果和爆破安全并不矛盾，不可單純的理解為炸藥裝的多，爆破效果就好，炸藥裝的少，爆破效果就差；也不可以理解為炸藥裝的多，就會發生危險，炸藥裝的少，就可以保證安全，客觀地說也不存在犧牲爆破效果保安全的說法。相反，爆破效果和爆破安全是不可分割的，兩者之間是基于良好的爆破技術上相輔相成的關系。

爆破安全是首當其沖的施工要求，沒有安全任何效益都徒勞，但是爆破效果也是施工企業甚至整個行業必須追求的目標。產能大的露天礦山，作業臺階多，基本每天都要進行爆破施工，限于行業整體水平、爆破材料優劣、工器具先進程度、作業環境及部分不可控因素，爆破工作沒有百分百的安全。爆破后的工程質量也不可能做到百分百符合設計，所以爆破安全管理的核心就是確保工程質量的前提下無限降低事故發生的概率。

炸藥、火工品擁有固定屬性，屬性輕微變化對單次爆破效果不會有明顯影響，影響爆破效果的主要因素是孔網布置、裝藥高度及巖石性質。特別是要破碎臺階頂層的硬巖需要提升藥柱高度，條件允許可分段裝藥，必要的時候還需要加密鉆孔。加密孔、多裝藥意味著爆破能量大、前沖距離遠，在施工時精確控制充填高度，并采取較為安全的警戒方式。

6 提質降本關鍵點

1）提高爆破質量關鍵點。布孔作業時必須將待布孔區域觀察明白，根據臺階揭露面觀察整個炮區的巖石情況，總體衡量巖石硬度、結構及爆后塊度需求，規劃孔網參數。爆破設計人員和施工人員需重點根據以往爆破經驗，摸索出目前使用炸藥的威力，再規劃炮區各孔位的裝藥高度，其中，不止是前排孔需要重點把控，后排孔也需要有所減藥控制，預防拉裂后排巖層，造成下一幅爆量頂部聚集大塊。炮區負責人需要全面把控整個炮區的情況，特別要知道每一個前排孔的裝藥高度、抵抗線及自由面情況，最終做到能預估出爆破后巖石碎裂程度、爆堆的形狀及大概的飛石情況。

2）降低單耗、節約成本的重點措施。普通巖層的爆破不是降低單耗的重點，對待普通巖層爆破如果一味的降低單耗雖然可以節約炸藥，但是爆破塊度會增大。實踐證明，采挖塊度較大的爆量效率低，而且對設備的損傷非常嚴重，會導致設備故障率增加、維修成本提高，等于變相將節約炸藥的成本轉嫁到維修成本上。通過大量的爆破施工作業發現，松動爆破節約炸藥最大的可操作空間在于地表土巖分界處和部分泥巖等易碎巖石的爆破。這2 個工程位置都接近地表，地表土巖分界容易形成土巖混合臺階，爆破時根據鉆孔上粉情況確定巖層深度和厚度，裝藥時控制裝藥結構，即使藥量小一些也能起到爆破效果；部分泥巖等易碎巖石區域容易出現泥沙巖臺階，爆破時稍微震動即可碎裂，該類巖石爆破盡可能采用分段裝藥，克服工序繁瑣的困難、悉心操作，可在保證不影響采挖的前提下節約較多的炸藥。

7 結語

介紹了哈爾烏素露天煤礦松動爆破各個關鍵作業環節，重點分析了布孔、裝藥及塊度控制等方面的情況，指出了提高爆破質量、降低爆破成本的關鍵點。研究成果可供行業內相關的企業或者爆破隊伍借鑒。