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宽孔距小抵抗线穿爆工艺在安家岭露天矿的应用

2025-06-10 83 上传者：管理员

摘要：为了切实提升安家岭露天矿深孔爆破的质量，减少大块、拉底的产生，采用孔径φ250mm牙轮钻机进行了矩形布孔和宽孔距小抵抗线三角形布孔的爆破试验对比。结果表明：采用宽孔距小抵抗线三角形穿爆工艺在露天矿深孔台阶爆破中具有显著优势，它较矩形穿爆工艺更为出色地优化了炸药能量的利用率，极大提高了爆破质量，同时还成功减少了炸药单耗。

关键词：
三角形布孔
台阶爆破
宽孔距小抵抗线
炸药单耗
爆破质量
矩形布孔
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宽孔距小抵抗线穿爆工艺主要是针对露天矿山现有的作业环境､施工条件､设备工艺等情况,通过调节炮孔孔网参数､优化布孔方式､改进起爆工艺等技术措施,并经现场试验,来提升炸药能量的使用效率,有效减少大块和拉底现象的产生,进而降低炸药单耗｡近年来,由于该工艺在提高爆破质量方面成效显著,在露天矿山爆破作业中得到了广泛应用｡然而,在露天爆破作业中,将宽孔距小抵抗线穿爆工艺与三角形穿爆工艺相结合的研究极为少见｡综上,基于安家岭露天矿采场上部岩石硬度高,大块､拉底问题较多的现状,开展相关工艺应用研究十分必要[1]｡

刘德强[1]经过理论分析､论证发现,采用宽孔距小抵抗线技术合理加大孔距减小排距,增加单孔临空界面,可以有效改善爆破块度,减少大块率;井献玉等[2]进一步阐述了炮孔临近系数M值与大块率的关系;时浩然等[3]经过实践验证了小抵抗线宽孔距爆破技术在中深孔爆破作业中可有效降低大块率;李东升等[4]基于三角形布孔工艺,得出在合理的参数下,应用三角形布孔微差起爆方案,也能改善爆破质量降低大块率;于传泽等[5]研究认为,在合理的起爆延期时间下,三角形布孔爆破岩石平均效应力最佳,更利于岩石的整体破碎｡

为此,通过对宽孔距小抵抗线穿爆工艺的原理､参数选择､实施过程以及实际应用案例的分析,介绍其在安家岭露天矿的应用效果｡

1、矿区概况

安家岭露天矿位于山西省朔州市平鲁区,地处晋北煤炭基地平朔矿区,行政区域隶属朔州市平鲁区,设计井田面积20.3879km2,开采4-1#､4-2#､7#､9#､11#煤层,设计生产能力2000万t/a,核定生产能力2500万t/a｡

当前的采区实际有效工作面的长度为8.06km,有效的采煤工作线比较短,不容易出煤｡矿坑F12的断层北部区域都是邻近边界,而南部区域的工作面都实现了转向,工作面自北往南发展,上面的剥离平盘都紧邻边界,首采区的剥离平盘越来越少了｡二采区现在的剥离有效工作线仅有6.64km,4#煤的有效工作线也只有260m｡采场的西面露煤区和东侧下面的缓帮利用自营电铲进行挖掘,上面的平盘由外包实现有效剥离,并慢慢变短,下面的工作面缓帮一直到1105m水平平盘｡

安家岭露天矿上部的岩石硬度太高,普氏硬度系数为6~10,自首采区逐步转移到二采区期间,若使用传统的矩形穿爆工艺会增加炸药的消耗,拉底与大块比较多[6]｡为增加生产效率,减少电铲大牙､大绳和炸药的损耗,宽孔距小排距三角形这种新型的穿爆爆破工艺技术,为安家岭露天矿转向提供了新的可能[7]｡

2、大块和拉底产生的原因

安家岭露天矿爆破作业过程中大块､拉底较多,其主要原因是:

1)安家岭露天矿区内岩石硬度不均,存在硬岩和软岩交错的情况｡硬岩部分难以破碎,在爆破后容易产生大块;而软岩部分可能在爆破过程中过度破碎,导致底部出现拉底现象｡此外,岩石的节理､裂隙发育情况也各不相同,这会影响炸药能量的传递和岩石的破碎效果｡节理､裂隙不发育的区域可能出现大块,而发育过度的区域可能引起拉底｡

2)安家岭露天矿现阶段正处于过背斜过程中,不同岩层的厚度､倾角等变化会对爆破效果产生影响｡在岩层倾角较大的地方,爆破后岩石容易滑动,造成拉底｡而且,岩层结构的变化可能导致炸药能量在岩石中的传播路径发生改变,从而影响爆破效果,增加大块和拉底的风险｡

3、宽孔距小抵抗线的理论依据

安家岭露天矿最初使用的穿爆工艺是孔径165mm/250mm的牙轮钻机,采用的是矩形布孔方式钻垂直孔,铵油炸药装药结构为连续或者分段式的耦合装药,水孔乳化炸药装药结构为连续式的耦合装药,通过毫米微差逐孔引爆的形式实现有效爆破｡为解决岩石可爆性比较差产生的拉底及大块的问题,安家岭露天矿利用合理降低抵抗线､缩小孔网参数实现减少拉底及大块的目的,传统矩形布孔工艺将抵抗线降低及孔网参数缩小的情况,就自然会形成高损耗及工作效率低的问题｡结合现场的具体工作环境,科学调节炮孔的密集系数m值,通过适当调整孔网参数,已达到平衡效果｡为了有效改善水孔乳化单耗高的情况,可以通过增加孔网参数,但爆破质量降低,所以通过在增网参数实现调节,但不可以只是简单地将孔网参数进行增加孔网,还应当适当增加炸药的科学分布｡所以,安家岭矿通过使用三角形布孔的形式替代传统矩形布孔形式,提升炸药的分布均衡性,以改善炸药能量的综合利用率,而且与露天爆破具体理论知识相结合,尝试使用小抵抗线宽孔距孔网参数,从而解决了岩石可爆性较差需消耗较高炸药量的不足｡

宽孔距小抵抗线技术能够大大增加炸药的能量使用效率,防止炸药的能量在空间出现提早发散的情况[8]｡此外宽孔距的小抵抗线爆破和传统矩形布孔的爆破相比,其爆破漏斗角度增加,为后排的炮孔留下了弧形爆破自由面,加大了反射波拉应力,从而使爆破质量增加,减少大块的形成[9]｡爆破漏斗示意图如图1所示｡

从图1(a)可以看出:传统孔距下的爆破漏斗角度较小,爆破产生的能量在空间内分布较为集中,这往往会导致炸药能量的浪费,并且可能形成较多的大块｡

从图1(b)可以看出:采用宽孔距小抵抗线技术后,爆破漏斗的角度明显增大,这意味着炸药的能量得到了更充分的利用,爆破效果更为理想[10]｡

此外,安家岭露天矿还通过科学调整孔网参数和炸药分布,进一步提升了爆破效果｡根据现场的具体工作环境和炮孔的密集系数m值,合理设定孔网参数,确保炸药的分布更加均衡;同时,还尝试使用小抵抗线宽孔距孔网参数,进一步提高了炸药的能量使用效率,减少了炸药的消耗量｡

图1爆破漏斗示意图

4、现场试验方案和应用

4.1现场试验

安家岭露天矿的水孔占比一直保持在50%以上,且可爆性不理想,特别是矿东南区域的1210m水平､1195m水平､1180m水平､1165m水平､1150m水平､4#煤顶板､4下1这7个平盘的可爆性极差｡

2023年4月,在外包剥离区域1210m水平平盘进行尝试,该区城岩石为黄砂岩,可爆性差,用孔径φ250mm的牙轮钻机将原本矩形8m×8m孔网尝试优化为宽孔距小抵抗线5.5m×12m孔网｡钻孔孔深为16.5m,其中超深为1.5m,台阶高为15m｡矩形8m×8m孔网参数如图2所示,宽孔距小抵抗线5.5m×12m孔网参数如图3所示｡

安家岭露天矿浅水孔和干孔爆破使用密度为900kg/m3多孔粒状的铵油炸药,深水孔爆破使用密度为1300kg/m3乳化炸药[11]｡此次试验统一使用密度为900kg/m3多孔粒状的铵油炸药,在起爆时用8#数码电子雷管配合400g起爆具起爆｡孔间延期为42ms,排间延期100ms｡

此次爆破共进行了2次试验进行效果对比,2次试验都采用反向起爆｡爆破参数表见表1｡

在爆破试验过程中,2次试验都钻5排炮孔,每排18~20个炮孔,其中第1排炮孔由于最小抵抗线较小,将装药高度控制在7m,第2~第5排设计装药高度为10m｡

图2矩形8m×8m孔网参数

图3宽孔距小抵抗线5.5m×12m孔网参数

表1爆破参数表

从实际的爆破效果来看,宽孔距小抵抗线三角形穿爆炮区展现出了优良的爆堆形态｡爆区前冲距离达到了3~5m,爆堆隆起高度为1~1.5m,整体移动效果显著,爆堆规整有序｡同时,爆区后冲距离较小,塌落线清晰明显,塌落深度控制在0.5~1.0m｡由于后冲效应较小,对相邻未装药区域的影响被有效降低,从而确保了下一循环爆破作业的质量｡此外,由于岩石破碎后块度均匀,大块和拉底现象明显减少,进而提升了电铲的作业效率｡

4.2工艺应用

得益于数码电子雷管网络敷设连接的便捷性､延期时间设置的灵活性以及钻机GPS稳定定位技术的支撑｡该工艺将传统的7m×7m､7m×8m､8m×8m矩形穿孔爆破工艺优化为目前的5m×10m､5m×11.5m､5.5m×12m的宽孔距小抵抗线三角形穿爆工艺｡根据岩石的分布条件与爆破效果不好的因素进行综合分析,采取相应的施工对策:

1)优化炸药选用｡现在使用的混装铵油炸药并没有完全发挥相应的作用,难以满足具体的爆破施工要求｡因此,建议对炸药品种进行更新,引入爆轰爆速达到3500~5000m/s的炸药[12],以确保该区域岩石爆破能够达到理想的效果｡

2)优化起爆网络设计｡当前在露天煤矿起爆网络所使用的是数码电子雷管和导爆索两类,最近十几年来,伴随科技的持续发展,越来越多的高精度导爆管被应用到露天煤矿施工当中｡理论上,此类型网络主要通过增加爆破自由面以提升爆破效果｡不过对于高硬度的岩石爆破工作而言,单纯增加自由面可能并不总是有效｡因此,在现场操作中,推荐采用导爆索排间或斜切起爆网络的布局,依据炸药爆炸所产生的整体能量,采用了对岩石进行“推墙式”破碎的理论｡此方式旨在通过精确控制爆炸能量的传递和分布,实现对岩石的高效､稳定破碎｡

3)改进装药结构｡考虑到大量采购高性能､高威力炸药在经济和操作层面的实际难度,建议采用更为实际且可行的方法｡经过详细规划,我们拟在炮区爆破作业中采用双炸药混装的部署,旨在通过乳化炸药的高密度与卓越爆速实现岩石的有效破碎｡

6、结语

1)在同等装药条件下,宽孔距小抵抗线5.5m×12m孔网参数的穿爆工艺爆破效果较传统矩形布孔8m×8m孔网参数的爆破效果有明显改善｡爆破块度更加均匀,根底显著降低｡

2)宽孔距小抵抗线穿爆工艺较传统矩形布孔工艺在同等装药结构下,提高了爆破方量,降低了炸药单耗,减少了二次破碎工作量,提高了后续铲装运输效率｡爆破作业过程中宽孔距小抵抗线三角形穿爆较传统孔距穿爆炸药单耗约降低12%｡

参考文献:

[1]刘德强.浅谈宽孔距小抵抗线微差爆破[J].科学之友,2011(1):47-49.

[2]井献玉,高运红,崔汉辉,等.宽孔距窄排距爆破法在露天矿的应用[J].中国水泥,2014(2):79-80.

[3]时浩然,李晓东,任庆伟.小抵抗线宽孔距爆破技术在石人沟铁矿的应用[J].矿业工程,2022,20(3):25-28.

[4]李东升,夏寿亮,陈立杰,等.浅谈抚顺东露天矿深孔爆破如何降低大块率及安全技术措施[C]//第六届露天开采专业科技学术研讨会论文集.北京:中国煤炭学会,2015:74-78.

[5]于传泽,郭连军,邓丁,等.露天矿山孔间延时起爆条件下的岩石破碎效果研究[J].爆破,2024,41(2):1-7.

[6]威华,武成权,郭帅.安家岭露天矿二采区北帮重复剥离采深优化[J].露天采矿技术,2021,36(5):86-89.

[7]张艾华.小排距大孔底距爆破技术在马坑铁矿的应用[J].采矿技术,2023,23(2):58-61.