露天煤矿深孔松动爆破的应用与技术

贺晓欢

（中国神华能源股份有限公司哈尔乌素露天煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

深孔松动控制爆破的“深孔”是指孔径大于75mm，孔深大于5m的孔；“松动”是指深孔爆破，使爆破岩石破碎而不飞散，便于机械清方；“控制”是指对个别飞石、爆破震动效应、冲击波的有效控制。深孔松动控制爆破是近年来在常规深孔爆破基础上，根据实际需要发展起来的一种新的爆破技术。

一、深孔松动爆破参数的确定

（一）设计原则

爆破参数的确定至关重要，它是深孔松动爆破的理论指导。1.重要性。主要爆破参数指标能体现出大部分影响爆破效果的因素，只要控制住主要爆破参数就可达到预期爆破效果，也可忽略影响程度较小的次要因素。2.独立性。主要爆破参数指标间必须具有独立性，不同的影响指标能分别反映出各自某一方面独立的属性，各指标间相互独立，相互关联性较低。3.定量性。每个爆破参数指标是具体化、准确定量的，不能根据经验等而含糊不清。4.通用性。主要影响参数指标的选取，应在常规条件下得到，并排除在某些特殊情况下出现的特例情况。

（二）选择炸药

炸药对深孔松动爆破的效果会产生很大影响。1.为达到良好效果，要使爆破后尽可能产生多的裂隙，而且裂隙要有足够长宽度，这就要求炸药有爆速低、爆力小，作用时间短等特点，使在破碎圈中消耗的能量降为最低。2.为达到安全目的，要求炸药能量控制在一定范围内，尽可能低的爆热、爆温。3.由于炮孔较深，为防止出现炸药未完全爆尽的现象，要求炸药要有较高的起爆敏感度及较强的传爆能力。

（三）确定炮孔间距

确定炮孔的合理间距，至少要满足炮孔间距小于两个相邻炮孔产生的裂隙区半径之和，才能达到爆破效果。

（四）选择孔径

露天深孔爆破孔径主要取决于钻机类型，台阶高度和岩石性质。我国大型露天矿多采用牙轮钻机，孔径250mm 和310mm。

（五）确定孔深

孔深是由台阶高度和超深确定。台阶高度的确定应考虑为钻孔，爆破和铲装创造安全和高效率的作业条件，主要取决于挖掘机的铲斗容积和矿岩开挖技术条件。

（六）装药结构和起爆方式

炮孔正向起爆是在单点起爆时，起爆点置于装药顶端，爆轰波向孔底传播。而起爆点置于装药底端，起爆后，爆轰波由眼底传向眼口，称之为反向起爆，冲击波的破坏作用是从炮眼底向自由面扩展。

（七）填塞长度

在深孔松动爆破中，炮孔的填塞长度对爆破效果的影响较大。若填塞长度较短，易发生“冲炮”现象，即使堵塞密实不发生“冲炮”现象，也会在爆炸时产生爆破抛掷漏斗而影响爆破效果；若填塞过长，会造成装药量过少使爆破能量减少，达不到预期松动效果，造成资源浪费。确定合理的填塞长度，既能保证岩体爆破松动，又不产生孔口碎石抛掷现象。

二、深孔爆破技术存在的问题

露天煤矿一般使用深孔爆破技术，该技术为我国露天煤矿的开采做出了巨大贡献，但其本身也存在着诸多问题，这些问题严重影响了矿山开采效率，根底、硬帮及滑坡飞散块度不均匀等都是常见问题，这给机械清方带来很大困难。由于爆破造成的冲击效应存在着较大安全隐患；每次爆破需对设备进行移动，且工作人员无法正常作业需躲避到较远地方，防止飞石和设备出现伤人事故，这严重影响了矿山开采效率，爆炸所造成的冲击波甚至会对周围建筑造成影响，导致建筑损伤。目前大多数露天煤矿在爆破后都采用单斗挖掘机开采，效率低。这种爆破方式不仅耗药量高且出矿量少，处于一种高成本且极易出现重复作业的情况，不可避免地会增加二次爆破，不仅造成成本的提升，也在一定程度上降低矿山开采效率。

三、深孔松动控制爆破效果的影响因素

1.孔径确定。孔径小影响铵油炸药爆轰速度，大孔径对浅孔爆破不经济，所以大孔径钻机适于打深孔，小孔径钻机适于打浅孔。2.台阶高度确定。台阶高度的确定，要满足开挖量和生产进度要求、给机械设备(钻机、挖掘机、自卸车等)创造高效率工作条件、能使开挖工程达到最好的技术经济指标。孔深必须大于台阶高度，否则爆破后会使下一台阶超高或产生拉底。3.超深的确定。超钻是为了克服台阶底盘的夹制作用使爆破后不留根底，而在钻孔时使孔深大于台阶高度的那一部分长度。超深过大，影响下一台阶顶盘的平整，而且造成穿孔和炸药的浪费，并增大爆破地震波；超深过小，造成拉底，对采装不利。超深主要取决于岩石的可爆性能，若岩石坚硬，结构面不发育，则超钻要加深。另外，超钻与底盘抵抗线的大小、坡面角和底部装药情况有关。4.底盘抵抗线的确定。底盘抵抗线过大会造成根底多、大块率高、后冲作用大、超深大等不良后果；底盘抵抗线过小不仅浪费炸药，增加穿孔工作量，边排孔爆破后爆堆伸出过长给运输工作造成影响，同时增加维护道路的工作量。5.填塞长度对爆破效果的影响。确定合理的填塞长度和保证填塞质量，对提高炸药能量利用率和改善爆破质量具有重要作用。合理的填塞长度保证爆生气体能量充分做功。填塞长度过长，爆破后上部效果不佳，产生大块；填塞长度过短则炸药能量损失大，产生较强气体冲击波、噪音和飞石，并且炮孔底部形成根底。一般情况下，填塞长度不小于底盘抵抗线的0.75 倍，或取20～40 倍的孔径。6.爆破排数对爆破效果的影响。爆堆宽度应满足电铲正常作业。有时因工程需要，安排爆堆过宽，爆破排数随之增加。这样靠近横向自由面的3 排孔效果最好，反之随排数增加爆破效果逐渐恶化。此时应调整3排以外炸药单耗，确保爆破质量，增加幅度为20%，同时穿孔工作还得每3 排增加1m 超深，以克服夹制作用。7.火工品性能对爆破效果的影响。铵油炸药性能不稳定和起爆器材拒爆会影响爆破效果。8.充填质量欠佳也会影响爆破质量。机械充填时，有时会有大块将孔口卡堵，造成爆破作用时间过短，爆生气体过早溢出，底部岩石破碎不好造成根底。

四、深孔松动控制爆破技术

为提高露天矿的爆破效率，减少潜在的安全隐患，可采用目前较常用的深孔松动控制爆破技术，且经过实践应用达到了预期效果，极大地降低了露天煤矿爆破的安全隐患，提高爆破效率。深孔松动控制爆破技术是在原深孔爆破技术的基础上发展而来。深孔松动爆破技术深孔的孔径要不小于75mm，孔的深度要大于5m；松动是指在爆破后，只是造成周围岩石的散碎而不会飞散，不仅减少了安全隐患且利于机械清方；控制是指在爆破过程中控制散碎的飞石，控制爆破所造成的振动和冲击波。深孔松动控制爆破技术的装药技术可分为间隔装药和连续装药两种模式。

（一）间隔装药

间隔装药是通过计算所需药量的60%装到底部，40%装到孔的深处，装药方式如下图所示：

以我矿DM75 钻机为例，钻孔直径为250mm，钻孔深度17m,台阶高度15m,超深2m 为例，通过对所需药量的计算，间隔所装药单个孔需370kg，而连续装药则需至少450kg 炸药，这种情况下每个孔大约减少炸药的使用80kg。单个孔的岩石量大约为1170m3，单位的耗药量为0.31kg/m3，采取三角形布孔的方式。充分利用爆破所产生能量，尽量减少炸药过于集中在爆炸孔下部的情况，使炸药能最大限度地在岩体中均匀分布，保证岩体受到的爆破力均匀产生整体破碎。由于采用这种装药方式上部炸药较少，一般不会造成岩石的飞散情况。采用这种间隔装药方式，岩石的受力均匀，且有利于机械清方处理，能有效提高电铲效率，减少二次爆破和挖掘。但采用间隔装药也存在缺点，如每增加一个间隔器，相应的成本都会产生一定程度的提高。采用间隔装药方式，耗费时间长导致工作效率也不高，且难以控制装药结构，容易出错。

根据对底部硬岩岩石台阶产生根底原因的分析，主要影响因素包括：填充密实度或高度不足、硬岩条件下的孔网参数过大、含水炮孔加空气间隔器后致超深不足。因此，根据以上几个潜在影响因素，提出以下几个适用于上软下硬岩石台阶的爆破质量提升方案：

（二）加大超深，尤其保证含水孔超深部位装药

目前设计中采用超深为2m，而当炮孔中含水时采用下部装空气间隔然后上部装铵油炸药，在此条件下，空气间隔器占用0.8m的超深而无法装药，致使实际有效超深降低。而炮孔中含水是由含水岩层渗入，并不是由孔口标高水汇入，并不能通过增加孔深实现降低孔内水位的效果。因此，这种情况下，为保证爆破质量，唯有将原含水孔“下部空气间隔上部装铵油炸药”调整为“下部含水部位装乳化炸药加空气间隔上部装铵油炸药”，这样能充分保证炮孔超深。同时，炮孔超深高度可以增加0.5m～1m，即将超深提高至2.5m～3m。

图2 含水炮孔装药结构调整示意图

另一方面，在保证了下部装药重心以外，在台阶下部为硬岩条件下还应尽量控制使台阶坡底部分处于最下部药包的最小抵抗线范围以内，能充分保证在炸药能量释放前对底盘抵抗的作用时间和效果，克服前排根底。同时，在后排根底严重的情况下也应该适当增加后排炮孔超深。

（三）减小排距和底盘抵抗线

排距或底盘抵抗线过大也是产生根底的另一因素，因前排孔临空面为倾斜坡面，最低装药部位的最小抵抗线方向下方容易产生根底。如果在保证同等炮孔长度和装药长度的条件下，减小前排孔至坡面的距离，则产生根底的部位和剖面上根底面积会明显降低（图3）。因此，应在保证钻机作业安全所需的最低安全距离条件下，减小钻机至台阶坡顶线的距离。

图3 炮孔位置调整对应最小抵抗线方向示意图

另一方面，坚硬岩石间排距过大也是重要因素。因此，应针对易出现根底的爆区降低排距。

五、深孔松动控制爆破技术的应用

经反复的理论推导和实际应用实践，本文认为采用一装到底的深孔松动控制包括技术具有较明显的技术优势与爆破效果，应在实践中推广，且经实际测试和反复研究对一装到底的装药方式进行调整，且进行了实地实验。

采用深孔松动控制爆破技术要比传统深孔爆破技术每立方米减少约0.065kg 炸药。假设所采用的炸药为5 元每千克，则采用深孔松动控制爆破技术能实现每立方米减少0.3 元的成本。此外，采用深孔松动控制爆破技术实现对岩石爆破中的岩石飞散及爆炸所产生的震动和冲击波的有效控制，真正做到不产生岩石飞散情况下岩体的整体破碎处理，且在此过程中有效减少了工作人员和设备警戒距离，使爆破后，工作人员和设备能迅速投入到工作中，极大地提高了工作效率。