露天矿深孔爆破方法的优化

露天矿深孔爆破方法的优化

1采空场地面采煤方案自1914年开采以来，抚顺西露天矿形成了东西6.6公里、南北2.2公里长、垂直深度400米、露天矿坑11公里2米的能源生产格局。抚顺西露天矿目前实行分区开采、联合运输、内部排土的整体方案。采煤方法采用东西拉沟，水平分层，南北推进的方法，剥离和原煤均需穿孔爆破后用4～10m3电铲采装。标高-200m以上剥离为150电机车、标准电气化铁路折返运输，-200m以下剥离及煤炭采用10～108t大汽车运输。在露天矿采剥生产工艺中，穿孔、爆破作业是露天矿生产工艺的重要环节。在露天煤矿开采的总成本中，穿孔及爆破费用的成本约占10%左右，如果爆破能量得不到合理充分的利用，不仅使二次爆破的成本增加或使大量的爆能浪费，而且直接影响有益矿物质（煤炭）的成本及售价。因此，研究一种经济、合理，适合于露天矿生产工艺要求的爆破方法具有现实意义。2抚顺西露天矿生产爆炸技术介绍根据爆破场地和工程要求的不同，我矿目前主要采用浅孔和深孔2种爆破方法。2.1露天矿的工程应用浅孔爆破指孔径小于75mm，孔深小于4～5m的炮孔爆破法。在露天矿应用已很少，只在小的工程项目中还继续使用。浅孔爆破的爆破参数有：最小抵抗线W；底盘抵抗线WP；孔深H；超深h；孔距a；炮孔邻近系数m=a/WP；炮孔装药量Q。2.2对爆破的要求深孔爆破属于松动爆破，爆破后形成的爆堆在原处。它要求爆体的破碎程度能使后继工序（采装、运输、破碎）的生产率最高、设备寿命最长。为此对它提出以下要求：(1）爆堆的宽度和高度合适，不埋铁道和公路，保证能最大限度地发挥电铲等设备的生产能力，梯段规整，不留“根底”，不留“伞檐”。(2）爆破块度均匀，平均粒径小，大块率低，二次破碎量小。(3）爆破地震效应小，无飞石。爆破地震效应小，对周围住房、厂房、设备无影响，以便于扩大爆破规模。3爆破参数的确定爆破参数对爆破质量的影响，主要是指布孔参数、装药结构、起爆药包位置、起爆顺序等因素对爆破质量的影响。深孔爆破参数有：台阶段高H、钻孔超深h、孔间距a、钻孔行距b、边孔距C、抵抗线WP、药柱高度LC、填充物高度Ls。见图1。这些参数选择得是否合理，将直接影响爆破质量和技术经济指标。目前诸参数的确定，在很大程度上仍取决于实践经验。参数中有些虽然很重要，如台阶高度H、孔径d等，但已由别的因素决定而不可改变，故在优化爆破参数时不予考虑。现在考虑的主要爆破参数有：(1）火药的单耗和装药量。火药单耗指爆破每m3岩矿所需的火药量。对不同的岩种，其数值是不同的。而单孔的装药量，通常可按下式计算：Q=q·H·W·a式中：Q——单孔装药量，kg;q——火药单耗，kg/m3;H——台阶高度，m;W——抵抗线，前排用WP，后排用行距b,m;a——孔距，m。上式表明：炮孔的装药量Q与炮孔的矿岩体积成正比，通过大量的实验，可以确定各岩种的药量单耗。(2）底盘抵抗线WP。深孔爆破采用垂直炮孔，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。确定底盘抵抗线要考虑台阶钻孔作业安全。根据钻机钻孔在台阶边缘安全作业的要求，底盘抵抗线应满足：WP≥C+H·cota式中：C——炮孔中心至台阶坡顶线的安全距离，4结论和工艺措施为了降低穿孔、爆破成本，针对我矿的钻机类型、火药的品种、电铲的采宽及移路的步距等具体情况，将原布孔参数及起爆方式进行调整优化。我矿原采用的高段布孔基本上都是双行孔，边眼距（C)4m，行距（b)4m，孔距（a)6m，如以15m段高为例，爆堆宽度一般在11m左右，而台阶及采掘线路并非都是直线，为保证上下台阶的采区接续，在上部台阶采出一定长度之后，就需移路为下部台阶倒出采区。在此区间采掘线为一平滑的曲线，留下的平盘宽度会不一样，移路吊车的移路步距最大为11.5m，平均约9m，这样就会造成爆堆一次采不净，出现重复爆破的浪费，单耗增加。经统计，每年约有50万m3的重复爆破量，浪费炸药90多t，成本消耗25万元。为了克服以上不足，我们决定在条件允许的情况下，采用单行孔爆破。一般情况下，决定炮孔行数多少主要取决于以下因素：(1）地质条件和岩石性质。一般在顺层推进的工作面上，由于爆震波容易造成岩石沿顺层面滑落的情况，所以就要求炮孔少装药、密打眼，这就要求采用双行或多行孔爆破。(2）台阶高度及挖掘机的采装规格。当台阶高度大于挖掘机的挖掘高度时，为了防止砸电铲、伤人事故，就需要通过爆破降低台阶高度，这时就应采用单行孔爆破。例如，在15～18m的台阶爆破时，单行孔爆破可下沉1.5～2m，而双行孔爆破时仅下沉1～1.5m。(3）采掘线的移设步距及采宽。如用双行孔爆破，则增大挖掘机的采掘宽度，相应增大采掘线的移设步距。如果此步距大于吊车的移设步距时，则应改为单行孔爆破，从而保证吊车移设时的安全。(4）采用的爆破方法。在采用松动爆破的台阶，一般适宜采用单行孔爆破，这样不仅可以提高爆破率，节约火药，而且还能提高爆破质量。我们将电铁采区的高段掌子的双行孔布孔、三角形斜边起爆改为单行孔布孔、单行孔并串联起爆。开始在孔距、边眼距与双行孔布孔相同的情况下，经过多次对比试验，发现单行孔较双行孔有以下优点：(1)所用的钻机设备少，缓解钻机紧张的局面，而且占用的平盘宽度小。(2)可以克服双行孔岩石夹制作用所消耗的爆能，因此单耗降低，爆破成本下降。(3)高段掌子下沉较好，爆破量可一次采净，为下次爆破创造较好的条件。其缺点是易出现“根底”、单位工作面长度上的爆破量小、导致采度小、铁道线路移设次数多、挖掘机效率低。针对以上问题，我们认真分析其原因，并制定出相应的整改措施：(1)出现“根底”的主要原因是孔深不够。以前双行孔时可用后排孔来辅助克服“根底”，在实行单行孔后，必须保证穿孔质量，保证孔的深度。(2)关于采宽及爆堆宽度的问题，一般的移设步距平均在8～9m，只要保证采宽能达到这个值，就可以发挥设备的效率，又可保证下部台阶的采区接续。要想扩大爆堆宽度，只有扩大边眼距及相应增加后冲宽度。于是，我们将边眼距由原来的4m扩大到5～5.5m，这样后冲也相应增大到3～3.5m，最大的达到5m，这样一来，爆堆宽度基本在8～9m，能满足生产需要。(3)根据爆破机理，适当增加孔距和边眼距，可延长爆破能量在岩体中的作用时间，避免因孔距、边眼距过小而造成爆能过早释放而浪费，使岩石破碎的更均匀。因此，我们在扩大边眼距的同时，又将孔距由原来的6m扩大到6.5m，爆破效果也很好。5提高采区煤炭硬度变化，降低采段爆破率(1）经过一年多的试验，执行新的布孔参数，使炸药单耗平均下降14.4g/m3，年可节约炸药120t，爆破成本节约35万元；减少穿孔延米13.5%，年可节约穿孔成本37万元；爆破率由原来的37.3m3/m增加到52m3/m，而且爆破质量得到改善，大块率下降10%以上；高段的下沉率得到提高，电铲装车时间缩短2.1min列，达到了预期的目的。(2）针对我矿硬质煤炭赋存量逐渐减少，煤质变化较大，部分采区煤炭硬度变化复杂，造成煤炭火药单耗变化较大，经常导致煤炭粒度变小、变碎等特点，我们通过一系列的爆破实验，逐区域建立煤炭采区煤炭硬度变化档案，划分煤炭火药单耗标准。我们将煤炭采区的布孔参数，即：孔距、行距、边眼距都提高了1m，爆破率平均提高了40%。同时，采用了直径80mm的小直径乳化炸药进行不偶合爆破以及空气柱爆破，既提高了药柱，降低了单耗，又减少了粉碎圈的范围，使破碎更均匀。通过几年来的生产摸索和测评，在提高煤炭回采率和块煤率方面取得了较好的成果，块煤率平均提高5%，同时，煤炭火药单