露天矿山爆破产生大块和根底的有效解决方法

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露天矿山爆破产生大块和根底的有效解决方法
李恒
(葛洲坝易普力新疆爆破工程有限公司，新疆乌鲁术齐，830000)
摘要：本文分析了露天矿山爆破时大块和根底产生的部位和原因，提出了优化爆破参数、采用等时线为对角的起爆方式、改善装药结构及采用压碴爆破等技术措施，并强调了爆破器材的管理和爆破施工注意事项。
关键词：露天矿山；爆破质量；爆破参数
1大块、根底的产生
1．1产生部位
根据爆破理论和几年来对大型露天矿山的现场实践与调查，大块主要出现的部位：台阶上部的临空面及孔口部位、孔网参数偏大的中心部位、未堵塞的废孔周围、底盘抵抗线过大的台阶根部及盲炮部位周围。
根底主要出现在底盘抵抗线偏大的台阶根部[1]、孔网参数较大的中间部位的台阶底部、炮孔超深不足的台阶岩体底部及盲炮部位。
1．2产生的原因
(1)同一爆区超深变化大。由于个别炮孔超深偏大，使得药柱重心下降，台阶上部矿岩易产生过多大块。如果超深偏小，台阶底部矿岩受炸药能量作用减少，爆后往往出现地盘抬高甚至根底。
(2)孔网参数偏大。在孔网参数偏大的中间部位，由于受炸药破坏的作用较小，爆后使得此处大块增多，严重出现根底。
(3)孔网参数的均匀程度。由于穿孔和掌子面地质条件等原因，使个别炮孔间距偏大，爆后出现大块，严重者产生根底。
(4)头排炮孔底盘抵抗线偏大。由于爆破后冲及岩层倾角影响，使台阶坡面角减小，加之钻机安全作业距离的限制，爆破后在台阶根部出现根底。宜化露天矿的下盘这种情况比较多见。
(5)炮孔的堵塞长度偏大。炮孔堵塞部分过大，使炮孔上部临空面和孔口部位受炸药破坏作用减小，造成大块偏多。
(6)未堵塞的废孔。由于已穿凿的炮孔严重偏离设计孔位需要重新打新孔，废孔若不进行必要的堵塞，其周围在爆破后常出现大块，并且在爆破瞬间还易产生飞石，危及安全。这主要是未堵塞的废孔在爆破中起导向作用，浪费了炸药能量所致。
(7)岩体裂隙程度及节理方向。露天矿爆破由于受上部台阶超钻作用，前部台阶爆破后冲及邻近爆破的振动影响，爆破岩体大多为块状结构，因此爆落的岩体通常沿原生裂隙和节理破碎，尤其是台阶上部的岩体更为明显。当爆破面与岩层走向斜交或垂直时，裂隙对爆破大块影响更明显。
(8)盲炮。盲炮是产生根底及大块，并影响爆破质量的一个重要因素。
2提高爆破质量的技术措施
2．1选定合理的爆破参数
  2．1．1底盘抵抗线
底盘抵抗线是指从台阶坡底线到第一排孔中心轴线的水平距离，是一个重要的爆破参数[2]。底盘抵抗线过大能造成较大的根底，过小会造成炸药消耗量增多。在满足安全和装药条件的前提下按经验选取，可参考经验公式(见式(1))：
W=kd   (1)
式中，W为底盘抵抗线，m；d为钻孔直径，mm；k为系数，一般取20～30，矿岩易爆时取偏大值，难爆时取偏小值。
2．1．2 孔距和排距
孔距和排距一般根据孔径计算，即：a=(20～30)d，b=(0．75～1)a。
实践证明，采用正三角形布孔，即使得b=0．866a，能明显改善矿岩破碎效果。特别是在逐孔起爆时，各方向的抵抗线均相等，爆破作用基本均匀，更能改善破碎效果。
    2．1．3超深
超深是指深孔在台阶底盘标高以下的深度，其作用是降低装药中心的高度，以便有效克服台阶底部阻力，避免或减少根底。根据经验，超深值确定如下h=(5～10)d。
选取超深时应注意：后排孔的超深值一般比头排小0．5m左右。底盘抵抗线偏小时，取偏小的值；底盘抵抗线偏大时，取偏大的值，即可适当增大超深来克服[3]。但当台阶坡面角太小、底盘抵抗线过大时，不能再过于加大超深，因为超深过大不仅浪费钻孔和炸药，而且由于炸药中心过低，会使台阶上部产生较多的大块，且破坏下一台阶表面岩体的完整性，影响下一循环的穿孔作业，甚至造成塌帮，形成废孔。
    2．1．4堵塞长度
合理的堵塞长度应能阻止爆炸气体产物过早地冲出孔外，使破碎更加充分。采用连续柱状装药时，堵塞长度一般取底盘抵抗线的0．7～0．8倍，视矿岩和炸药的性质而定。露天矿深孔爆破的堵塞长度比较大，有时可以适当减少炮孔堵塞长度，以达到减少炮孔上部大块的目的。经过实践和观察，认为堵塞长度不宜小于孔径的20～25倍，否则易产牛飞石。
    2．1．5  炸药消耗量
    炸药消耗量与岩石坚固性系数的关系见表1。
  
表1数据以多孔粒状铵油炸药为标准[4]，如果采用其他种类炸药，需要进行换算，确定实际单位炸药消耗量。根据经验，在保证爆破安全的前提下，可以适当增大q来改善爆破质量。
2．1．6每孔装药量
在合理选取其他爆破参数的条件下，每孔装药量Q可按式(2)计算：
Q=qaHW    (2)
式中，H为台阶高度，m。
根据经验，在多排孔爆破时，后排孔的q值应取为第1排孔q值的1．1～1．3倍。
2．2采用等时线为对角斜线的起爆方式
等时线对角起爆网路示意图如图1所示。

沿炮孔围成的四边形对角线方向的孔基本上是同时起爆的。对角起爆是宽孔距爆破技术应用的典范，宽孔距爆破技术就是适当拉大孔距而缩小抵抗线。对角起爆同宽孔距技术的原理一样，炮孔数与普通方法一样，每个炮孔的装药量也相同，只是抵抗线减小，而孔距a按同样比例增加，使得应力降低区位于矿岩起爆层以外的空间，有利于减少大块的产生。
2．3采用合理的装药结构
采用垂直孔爆破时，由于底部阻力较大，有必要使用超深将药包中心下降到坡底水平附近，但这易使台阶上部炸药分布过少而产生大块，必须采用合理的装药结构(见图2)。

(1)中间气体间隔分段装药。中间间隔分段装药是指将深孔中炸药分成2～3段，用适当长度的气体或炮泥等间隔物隔开。采用分段装药可避免炸药过于集中在深孔下部，使台阶中、上部矿岩也能受到不同程度的破碎，减少塌落形成的大块。
(2)混合装药。在深孔底部装高密度、高威力炸药，在上部装入普通硝铵炸药，以适应台阶矿岩阻力下大上小的规律，既避免了台阶根底，又减少台阶上部大块的产生。目前，宜化露天矿头排孔底盘抵抗线较大时，多采用底部装乳胶炸药，上部装多孔粒状铵油炸药，取得了一定的良好效果。
2．4采用压碴爆破
压碴爆破[5]是指在工作面残留有一定厚度爆堆的情况下的爆破，碴堆的存在为挤压创造了条件，不仅控制爆堆宽度、避免矿岩飞散，而且能延长爆破的有效作用时间，改善炸药能的利用和破碎效果，从而减少大块的产生。同时工作面上留有一定厚度的爆堆，可以缩小头排孔底盘抵抗线，避免或减少根底。该方法在清碴时台阶坡面倾角较缓时比较适用。
2．5选择合理的孔间起爆间隔时间
确定合理的孔间起爆间隔时间是关系到爆破质量的重要问题，国内外在实际爆破工作中大都采用
△t=kW
式中，△t为先后起爆的相邻孔间起爆间隔时问，ms；而是系数，露天台阶爆破后取2～5。
一般矿山爆破实际采用的微差间隔时间为17～100ms，通常用25～65ms。硬岩取较小值，软岩取较大值，挤压爆破可取稍长些，这样会取得较好的破碎质量。
2．6优化钻孔方法
2．6．1采用斜孔爆破
从台阶深孔爆破效果看，斜孔优于垂直孔(见图3)，因为沿深孔全长上抵抗线相等，因而矿岩破碎均匀，大块、根底少，还容易保持所需台阶坡面角，爆后坡面平整，有利于下一循环的穿孔爆破工作，且因钻机至台阶坡顶线间距离较大，操作人员和钻机设备均较安全。目前的钻机穿孔和爆破综合效率最高的是牙轮钻机，而它主要限于垂直向下穿孔，潜孔钻机虽能打斜孔，但效率不太高，尽管如此，有时还可以考虑斜孔爆破。有条件时在头排大抵抗线处采用垂直炮孔和倾斜炮孔相结合的方式来克服头排大抵抗线，而后排炮孔采用垂直孔，这样既不影响穿孔和爆破的综合效率，又能有效地改善爆破质量。

    2．6．2打对孔
当前排孔底盘抵抗线大时，打对孔即打加密孔(见图4)，同组孔间距为孔径的5倍以内，相邻组对孔间距适当加大，加大到接近正面底盘抵抗线，并且同组对孔同时起爆，实质上是增加台阶底部装药量，有利于克服台阶较人的底盘抵抗线，减少根底。

  2．6．3爆前拉底孔
  当露天矿台阶底盘抵抗线过大且台阶坡面清碴时，进行爆前拉底也是有效的方法。爆前拉底是在正常采掘爆孔爆破之前，采用潜孔钻机提前在清碴台阶底盘抵抗线过大的根部打好斜孔，与正常采掘爆孔同时起爆，避免爆后产生根底(见图5)。

3加强爆破器材的管理
(1)保证起爆器材的质量。选择和引进生产厂家的起爆器材一定要严肃认真，坚持事先测试其各方面性能是否正常，确定合格后方可引进，用于生产前还要进行试验。起爆器材质量有问题容易产生大面积的盲炮，影响爆破质量。
(2)保证炸药的质量。炸药质量差会导致半爆甚至拒爆，造成根底和大块。除需要对炸药配比严格掌握外，还应对生产工艺流程从严管理，并定期检测炸药各种性能。
4严格穿孔和爆破施工作业
为了提高爆破质量，除了需要按照技术要求认真进行爆破设计外，还应该严格按设计施工，特别是穿孔、装药和填塞工作。
(1)穿孔作业。穿孔时要避免夹钻、断钻、掉钻等废孔事故，应严格按给定的孔位施工。因为废孔再补保证不了原设计的孔位，打破了原设计孔眼参数的组合匹配关系，影响爆破质量。
(2)爆破施工。爆破施工时主要做好以下几点：
1)装药前，现场认真校核每孔的炸药品种和装药量，严禁在水孔中装不抗水炸药，装药后，检测余高是否合理。
2)按设计要求下放起爆体药包。
3)装药时，严禁炸药车压导爆管等爆破器材。
4)填塞时，保证填塞质量，同时紧防砸断或砸坏导爆管。
5)认真连接、检查检查起爆网路，以防漏连和错连。
参考文献
[1]刘殿中，杨仕春．工程爆破实用手册[M]．第2版．北京：冶金工业出版社，2003．
[2]国家煤矿安全监察局行业管理司．露天煤矿爆破工[M]．徐州：中国矿业大学出版社，2007．
[3]王德胜，龚敏．露天矿山台阶中深孔爆破开采技术[M]．北京：冶金工业出版社，2007．
[4]汪旭光．爆破设计与施工[M]．北京：冶金工业出版社，2011．
摘自《中国爆破新进展》