露天礦深孔爆破方法的優(yōu)化

1采空場地面采煤方案自1914年開采以來，撫順西露天礦形成了東西6.6公里、南北2.2公里長、垂直深度400米、露天礦坑11公里2米的能源生產(chǎn)格局。撫順西露天礦目前實行分區(qū)開采、聯(lián)合運輸、內(nèi)部排土的整體方案。采煤方法采用東西拉溝，水平分層，南北推進(jìn)的方法，剝離和原煤均需穿孔爆破后用4～10m3電鏟采裝。標(biāo)高-200m以上剝離為150電機車、標(biāo)準(zhǔn)電氣化鐵路折返運輸，-200m以下剝離及煤炭采用10～108t大汽車運輸。在露天礦采剝生產(chǎn)工藝中，穿孔、爆破作業(yè)是露天礦生產(chǎn)工藝的重要環(huán)節(jié)。在露天煤礦開采的總成本中，穿孔及爆破費用的成本約占10%左右，如果爆破能量得不到合理充分的利用，不僅使二次爆破的成本增加或使大量的爆能浪費，而且直接影響有益礦物質(zhì)（煤炭）的成本及售價。因此，研究一種經(jīng)濟、合理，適合于露天礦生產(chǎn)工藝要求的爆破方法具有現(xiàn)實意義。2撫順西露天礦生產(chǎn)爆炸技術(shù)介紹根據(jù)爆破場地和工程要求的不同，我礦目前主要采用淺孔和深孔2種爆破方法。2.1露天礦的工程應(yīng)用淺孔爆破指孔徑小于75mm，孔深小于4～5m的炮孔爆破法。在露天礦應(yīng)用已很少，只在小的工程項目中還繼續(xù)使用。淺孔爆破的爆破參數(shù)有：最小抵抗線W；底盤抵抗線WP；孔深H；超深h；孔距a；炮孔鄰近系數(shù)m=a/WP；炮孔裝藥量Q。2.2對爆破的要求深孔爆破屬于松動爆破，爆破后形成的爆堆在原處。它要求爆體的破碎程度能使后繼工序（采裝、運輸、破碎）的生產(chǎn)率最高、設(shè)備壽命最長。為此對它提出以下要求：(1）爆堆的寬度和高度合適，不埋鐵道和公路，保證能最大限度地發(fā)揮電鏟等設(shè)備的生產(chǎn)能力，梯段規(guī)整，不留“根底”，不留“傘檐”。(2）爆破塊度均勻，平均粒徑小，大塊率低，二次破碎量小。(3）爆破地震效應(yīng)小，無飛石。爆破地震效應(yīng)小，對周圍住房、廠房、設(shè)備無影響，以便于擴大爆破規(guī)模。3爆破參數(shù)的確定爆破參數(shù)對爆破質(zhì)量的影響，主要是指布孔參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)、起爆藥包位置、起爆順序等因素對爆破質(zhì)量的影響。深孔爆破參數(shù)有：臺階段高H、鉆孔超深h、孔間距a、鉆孔行距b、邊孔距C、抵抗線WP、藥柱高度LC、填充物高度Ls。見圖1。這些參數(shù)選擇得是否合理，將直接影響爆破質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。目前諸參數(shù)的確定，在很大程度上仍取決于實踐經(jīng)驗。參數(shù)中有些雖然很重要，如臺階高度H、孔徑d等，但已由別的因素決定而不可改變，故在優(yōu)化爆破參數(shù)時不予考慮。現(xiàn)在考慮的主要爆破參數(shù)有：(1）火藥的單耗和裝藥量。火藥單耗指爆破每m3巖礦所需的火藥量。對不同的巖種，其數(shù)值是不同的。而單孔的裝藥量，通常可按下式計算：Q=q·H·W·a式中：Q——單孔裝藥量，kg;q——火藥單耗，kg/m3;H——臺階高度，m;W——抵抗線，前排用WP，后排用行距b,m;a——孔距，m。上式表明：炮孔的裝藥量Q與炮孔的礦巖體積成正比，通過大量的實驗，可以確定各巖種的藥量單耗。(2）底盤抵抗線WP。深孔爆破采用垂直炮孔，也因為臺階底部的抵抗較大，而都按底盤抵抗線WP進(jìn)行計算。確定底盤抵抗線要考慮臺階鉆孔作業(yè)安全。根據(jù)鉆機鉆孔在臺階邊緣安全作業(yè)的要求，底盤抵抗線應(yīng)滿足：WP≥C+H·cota式中：C——炮孔中心至臺階坡頂線的安全距離，4結(jié)論和工藝措施為了降低穿孔、爆破成本，針對我礦的鉆機類型、火藥的品種、電鏟的采寬及移路的步距等具體情況，將原布孔參數(shù)及起爆方式進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。我礦原采用的高段布孔基本上都是雙行孔，邊眼距（C)4m，行距（b)4m，孔距（a)6m，如以15m段高為例，爆堆寬度一般在11m左右，而臺階及采掘線路并非都是直線，為保證上下臺階的采區(qū)接續(xù)，在上部臺階采出一定長度之后，就需移路為下部臺階倒出采區(qū)。在此區(qū)間采掘線為一平滑的曲線，留下的平盤寬度會不一樣，移路吊車的移路步距最大為11.5m，平均約9m，這樣就會造成爆堆一次采不凈，出現(xiàn)重復(fù)爆破的浪費，單耗增加。經(jīng)統(tǒng)計，每年約有50萬m3的重復(fù)爆破量，浪費炸藥90多t，成本消耗25萬元。為了克服以上不足，我們決定在條件允許的情況下，采用單行孔爆破。一般情況下，決定炮孔行數(shù)多少主要取決于以下因素：(1）地質(zhì)條件和巖石性質(zhì)。一般在順層推進(jìn)的工作面上，由于爆震波容易造成巖石沿順層面滑落的情況，所以就要求炮孔少裝藥、密打眼，這就要求采用雙行或多行孔爆破。(2）臺階高度及挖掘機的采裝規(guī)格。當(dāng)臺階高度大于挖掘機的挖掘高度時，為了防止砸電鏟、傷人事故，就需要通過爆破降低臺階高度，這時就應(yīng)采用單行孔爆破。例如，在15～18m的臺階爆破時，單行孔爆破可下沉1.5～2m，而雙行孔爆破時僅下沉1～1.5m。(3）采掘線的移設(shè)步距及采寬。如用雙行孔爆破，則增大挖掘機的采掘?qū)挾?，相?yīng)增大采掘線的移設(shè)步距。如果此步距大于吊車的移設(shè)步距時，則應(yīng)改為單行孔爆破，從而保證吊車移設(shè)時的安全。(4）采用的爆破方法。在采用松動爆破的臺階，一般適宜采用單行孔爆破，這樣不僅可以提高爆破率，節(jié)約火藥，而且還能提高爆破質(zhì)量。我們將電鐵采區(qū)的高段掌子的雙行孔布孔、三角形斜邊起爆改為單行孔布孔、單行孔并串聯(lián)起爆。開始在孔距、邊眼距與雙行孔布孔相同的情況下，經(jīng)過多次對比試驗，發(fā)現(xiàn)單行孔較雙行孔有以下優(yōu)點：(1)所用的鉆機設(shè)備少，緩解鉆機緊張的局面，而且占用的平盤寬度小。(2)可以克服雙行孔巖石夾制作用所消耗的爆能，因此單耗降低，爆破成本下降。(3)高段掌子下沉較好，爆破量可一次采凈，為下次爆破創(chuàng)造較好的條件。其缺點是易出現(xiàn)“根底”、單位工作面長度上的爆破量小、導(dǎo)致采度小、鐵道線路移設(shè)次數(shù)多、挖掘機效率低。針對以上問題，我們認(rèn)真分析其原因，并制定出相應(yīng)的整改措施：(1)出現(xiàn)“根底”的主要原因是孔深不夠。以前雙行孔時可用后排孔來輔助克服“根底”，在實行單行孔后，必須保證穿孔質(zhì)量，保證孔的深度。(2)關(guān)于采寬及爆堆寬度的問題，一般的移設(shè)步距平均在8～9m，只要保證采寬能達(dá)到這個值，就可以發(fā)揮設(shè)備的效率，又可保證下部臺階的采區(qū)接續(xù)。要想擴大爆堆寬度，只有擴大邊眼距及相應(yīng)增加后沖寬度。于是，我們將邊眼距由原來的4m擴大到5～5.5m，這樣后沖也相應(yīng)增大到3～3.5m，最大的達(dá)到5m，這樣一來，爆堆寬度基本在8～9m，能滿足生產(chǎn)需要。(3)根據(jù)爆破機理，適當(dāng)增加孔距和邊眼距，可延長爆破能量在巖體中的作用時間，避免因孔距、邊眼距過小而造成爆能過早釋放而浪費，使巖石破碎的更均勻。因此，我們在擴大邊眼距的同時，又將孔距由原來的6m擴大到6.5m，爆破效果也很好。5提高采區(qū)煤炭硬度變化，降低采段爆破率(1）經(jīng)過一年多的試驗，執(zhí)行新的布孔參數(shù)，使炸藥單耗平均下降14.4g/m3，年可節(jié)約炸藥120t，爆破成本節(jié)約35萬元；減少穿孔延米13.5%，年可節(jié)約穿孔成本37萬元；爆破率由原來的37.3m3/m增加到52m3/m，而且爆破質(zhì)量得到改善，大塊率下降10%以上；高段的下沉率得到提高，電鏟裝車時間縮短2.1min列，達(dá)到了預(yù)期的目的。(2）針對我礦硬質(zhì)煤炭賦存量逐漸減少，煤質(zhì)變化較大，部分采區(qū)煤炭硬度變化復(fù)雜，造成煤炭火藥單耗變化較大，經(jīng)常導(dǎo)致煤炭粒度變小、變碎等特點，我們通過一系列的爆破實驗，逐區(qū)域建立煤炭采區(qū)煤炭硬度變化檔案，劃分煤炭火藥單耗標(biāo)準(zhǔn)。我們將煤炭采區(qū)的布孔參數(shù)，即：孔距、行距、邊眼距都提高了1m，爆破率平均提高了40%。同時，采用了直徑80mm的小直徑乳化炸藥進(jìn)行不偶合爆破以及空氣柱爆破，既提高了藥柱，降低了單耗，又減少了粉碎圈的范圍，使破碎更均勻。通過幾年來的生產(chǎn)摸索和測評，在提高煤炭回采率和塊煤率方面取得了較好的成果，塊煤率平均提高5%，同時，煤炭火藥單