抚顺东露天矿爆破工艺分析

鲍 岩

（抚顺矿业集团有限责任公司东露天矿，辽宁抚顺 113003）

抚顺东露天矿爆破使用毫秒延期导爆管雷管和乳化炸药，采用毫秒微差爆破技术进行爆破作业。通过总结前人的爆破经验，总结出适合抚顺东露天矿地质条件的毫秒微差爆破技术，用于日常爆破作业，取得了良好的爆破效果[1]。在实际生产中偶尔会出现根底问题，影响了挖掘机采掘作业。抚顺东露天矿周边有建筑物，为解决爆破震动对周边居民的影响问题，露天矿决定采用穿孔爆破，通过优化爆破作业，降低了穿爆成本。

1 矿山概况及爆破工艺

东露天矿是抚顺矿业集团有限责任公司下属的露天煤矿，位于抚顺煤田东部，东西长6.6 km，南北宽2.2 km，面积约为12 km2。

1.1 东露天矿爆破工艺

抚顺东露天矿的岩石硬度属于中硬岩石和坚硬岩石，采装之前需要完成钻孔、爆破作业，抚顺东露天矿使用潜孔钻机进行钻孔，炸药以乳化炸药为主，爆破作业采用采用毫秒微差松动爆破技术，爆破质量决定采装设备工作效率，并且与开采成本密切相关。根据爆破台阶高度不同，可分别采用浅孔爆破和深孔爆破[2]。

1）浅孔爆破作业。台阶高度小于4 m，炮孔直径小于75 mm 的爆破作业。抚顺东露天矿在电铁系统和汽车运输系统调坡时大量出现4 m 以下台阶，浅孔爆破量大约占总爆破量的20 %。

2）深孔爆破作业。台阶高度大于4 m，炮孔直径大于75 mm 的爆破作业，深孔爆破岩石碎裂质量好，爆破后的岩石块度较均匀，大块少，不容易出现根底，爆堆分布均匀较松散，易于采装，抚顺东露天矿矿深孔爆破量大约占总爆破量的80%。

1.2 露天矿爆破作业需要注意的问题

1）露天矿爆破对周边建筑物的影响。抚顺东露天矿矿坑周边存在建筑物，且距采界较近。最近建筑距矿坑不足500 m，爆破作业产生震动，对矿坑周边建筑物影响较大，曾有附近居民反映爆破振动造成室内物品掉落，因此爆破减震工作具有较大的社会意义。

2）露天矿爆破作业易出现根底。露天矿日常爆破作业，由于孔深不足、药量不够或布控参数不合理，容易产生根底。为清除残留根底，需要进行二次钻孔、爆破作业处理，需挖掘机进行二次采装，降低了挖掘机的采装效率。

3）露天矿爆破技术与矿山经济效益密切相关。露天煤矿穿孔和爆破成本占总成本的比重较大，通过调整爆破设计，可以优化煤炭、油页岩富矿块度，提高产品售价，并且可以提高挖掘机效率。

2 优化爆破工艺

2.1 科学设置爆破参数

实际生产作业过程中，工作台阶因不规则形状和特殊地质构造，有时需按不规则形状进行布孔，造成个别钻孔之间孔、行距不均衡。当相邻钻孔间距过大时，钻孔间距比最小抵抗线距离更大，造成爆破时相邻2 个钻孔之间破碎区域距离较大，爆破产生的破碎区域不连续，尤其在台阶底部位置更容易出现破碎区域不连续的情况，易产生根底。

爆破参数主要包括起爆药包位置、起爆顺序、装药结构、布孔参数等因素对爆破效果的影响[2]。采用科学的布孔参数和起爆方式，直接影响爆破效果和爆破成本。如台阶高度H、孔径d 等，作为固定参数而不予考虑。

1）炸药使用量和单耗。炸药单耗指爆破每m3矿石所需的炸药量。对不同种类岩石，数值有大有小。单孔装药量计算方法如下[1-2]：

式中：Q 为单孔装药量，kg；q 为火药单耗，kg/m3；H 为台阶高度，m；Wp为抵抗线，m；a 为孔距，m。

2）底盘抵抗线的计算方法。底盘抵抗线Wp指炮孔底部中心至阶梯底脚的水平距离。深孔爆破使用垂直炮孔，也因为台阶底部的抵抗较大，而都按底盘抵抗线Wp进行计算，在深孔台阶爆破中，为避免留根底、残埂，一般都以底盘抵抗线代替最小抵抗线。计算底盘抵抗线时，需要确保钻孔安全作业。根据钻机在台阶边缘作业的安全操作规程要求，底盘抵抗线应满足以下条件：

式中：C 为钻孔中心至台阶坡顶线的安全距离，m，C≥2.5～3 m；α 为台阶坡面角，（°）；H 为台阶段高，m。

2.2 降低对矿区周边的影响措施

1）优化起爆网络达到减震目的。通过优化爆破参数，减少对矿坑周围建筑物的影响，实现矿山与周围环境的和谐共生，降低东露天矿爆破对周围居民的影响。抚顺东露天矿爆破作业使用微差式网络起爆方法，以3 个爆破孔为1 组，每个爆破孔延期时间为75 ms，使用4 段式毫秒延期导爆管雷管，相邻组之间，按等差时间间隔起爆，采用延期导爆管雷管连接，较好的降低了爆破孔同时起爆时的震动叠加作用，防止相邻2 组炮孔同时起爆产生的应力波相互叠加，相邻炮孔依次起爆减少了地震波强度[3-6]，不同种类毫秒延期导爆管雷管的延期时间见表1。

表1 不同种类毫秒导爆管雷管延期时间表

2）合理计算装药量。合理的装药结构可以减小爆破作业对周围的影响。为达到减震效果，抚顺东露天矿将连续装药结构改为分2 段不偶合装药结构，第1 段填入炸药，爆破孔内保留一段空气，再填入剩余炸药。使用分段装入炸药的方式，可以避免爆破孔内炸药同时起爆，也有降低爆破能量传播的作用，在保证爆破质量的前提下，起到了减震作用[7-10]。

3）分区起爆达到减震目的。将1 块爆破区域分成偶数个等分区域，对称区域使用同等爆破孔数量和炸药使用量，采用相同的起爆网络，以间隔起爆时间△T 按先后顺序起爆，达到降低震动的目的[3，11]，分区域爆破示意图如图1。

4）优化爆破设计，防止产生根底。以往在爆破设计中，主要注重台阶自由面方向和矿岩硬度等因素，对岩体内部结构考虑的比较少。为降低根底的产生，通常布置三角形起爆网络，采用串并联起爆方法，降低爆破能量在岩石节理面位置的分散，达到减少根底的目的[1-2，12-14]。

图1 分区域爆破示意图

3 降低爆破成本

1）科学设置孔、行距。为控制钻孔、爆破经费，配合本矿的穿孔设备型号、炸药的种类、挖掘机的最大挖掘距离等生产参数，对爆破设计进行优化。以往应用高段布孔方式一般为双排孔，边眼距一般为4 m，行距4 m，孔距6 m，以14 m 段高台阶为例，爆破后岩石平均位移在12 m 左右。但采掘面及运输铁路不一定成直线排列，为了确保不同水平台阶能够均衡生产，当高水平台阶完成了一段工作面的采掘任务之后，高水平台阶就需要移动运输铁路为低水平台阶创造采掘位置，移动后的铁路线形状是一条平滑的曲线，不同位置铁道线路所对应的平盘各不相同，铁路移路吊车的最大移路步距为11.5 m，平均移路布局为9 m，由于平盘宽度不相同，导致挖掘机不能一次完成全部爆堆的采掘，遗留下的已爆破未采装部分，在下一次爆破时会出现部分二次爆破，爆破单耗也会相应增加，为了避免浪费炸药，在条件允许的情况下，优先采用单行孔进行爆破。

2）根据实际情况确定爆破孔行数。确定炮孔行数主要包括以下几个因素：①岩石硬度和地质情况。在采掘顺层工作面时，爆震波可以使岩石顺岩层滑落，可以考虑减少装药量、密打眼，采用双行孔爆破；②台阶段高和电铲的采掘参数：在台阶高度大于挖掘机最大挖掘高度时，为保证电铲安全作业，需要通过爆破降低台阶高度，应用单行孔爆破效果比较好，对12～15 m 台阶爆破时，单行孔爆破可使台阶下沉1～1.5 m，采用双行孔爆破时下沉0.5～1 m；③采掘线的移路步距及采掘宽度：在采用双行孔爆破时，可以增大挖掘机的采掘宽度，相应增加采掘线的移路步距。如果移路步距大于吊车的最大移设步距，则必须改为单行孔爆破；④选用的爆破方式：一般在深孔爆破作业时，更加适合采用单行孔爆破，将高段台阶的双行孔、三角形起爆方式改为单行孔，并串联起爆方式，这样不仅能够提高爆破率，降低单耗，而且可以提高爆破质量，在孔距、行距、边眼距与双行布孔相同的情况下，经过多次爆破对比试验，发现单行孔较双行孔有钻机调运较少，提高了钻机使用率，钻孔作业所占用的平盘宽度小。为了进一步提高爆破质量，需要提高钻孔质量。采用双行孔爆破时单孔孔深不足时，只要相邻行炮孔孔深符合设计标准，产生根底的可能性就比较低，实行单行孔爆破时，必须保证钻孔深度达到设计标准，适当超深，保证爆破质量。

通过采用科学合理的布孔参数，使爆破单耗平均下降12.5 g/m3；穿孔延米降低10.5%；爆破质量明显改善，大块率下降9%以上；高段台阶下沉率提高5%，电铲装车时间缩短3.5 min/列。

东露天矿煤层采空区较多，煤炭采区炸药单耗变化较大，抚顺东露天矿矿修改煤炭采区的布孔参数，采用了直径80 mm 的小直径乳化炸药进行不耦合爆破和空气柱爆破，既降低炸药单耗，又减少了煤炭粉碎圈的范围，使破碎更均匀。在提高煤炭块度方面取得了较好的成效，煤炭炸药单耗由原来的105 g/m3降低到65-75 g/m3[15-16]。

4 结语

通过对抚顺东露天矿矿爆破工艺进行分析改进，爆破质量有所提高，采区爆破后残留根底有所减少。通过采取减震措施，降低了爆破震动对矿坑周边建筑物的影响。通过优化爆破参数，降低了炸药单耗，提高了钻机使用率。取得了较好的经济效益和社会效益。