勝利露天煤礦爆破工程孔網(wǎng)參數(shù)確定

勝利露天煤礦爆破工程孔網(wǎng)參數(shù)確定耿昊消兵【摘要】針對勝利露天煤礦工程實際，通過對爆破裂隙區(qū)半徑的計算,確定合理的爆破孔網(wǎng)參數(shù)，優(yōu)化孔內(nèi)裝藥結(jié)構(gòu)，降低大塊產(chǎn)生的幾率.【期刊名稱】《露天采礦技術(shù)》【年(卷)，期】2017(032)003【總頁數(shù)】4頁(P23-25,30)【關(guān)鍵詞】爆破;大塊;孔網(wǎng)參數(shù);裂隙區(qū)【作者】耿昊肖兵【作者單位】神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古錫林浩特026015;神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古錫林浩特026015【正文語種】中文【中圖分類】TD235.4露天采礦生產(chǎn)的總成本和爆破效果有密切關(guān)系，在生產(chǎn)環(huán)境和巖石特性相同的情況下，爆破參數(shù)的不同所產(chǎn)生的爆破效果不同，露天采礦生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的成本也不同［1］。在神華北電公司勝利露天煤礦，爆破質(zhì)量欠佳會嚴(yán)重影響設(shè)備效率，甚至影響其他作業(yè)的正常進(jìn)行，故而提高爆破質(zhì)量是勝利露天煤礦比較突出的問題。提高爆破質(zhì)量實質(zhì)就在于減少大塊、根底，進(jìn)而提高采裝設(shè)備的工作效率，其最主要的技術(shù)措施便是選定合理的爆破作業(yè)參數(shù)，同時，選取合理的爆破參數(shù)對爆破經(jīng)濟(jì)效益和爆破效果會產(chǎn)生決定性的影響［2］。針對勝利露天煤礦爆破設(shè)計中如何選定合理爆破孔網(wǎng)參數(shù)進(jìn)而降低大塊產(chǎn)生幾率加以探討。在爆破工程中，當(dāng)藥包的爆破作用僅限于藥包附近的介質(zhì)而不波及自由面時，這種作用稱作內(nèi)部作用。當(dāng)炸藥只發(fā)生內(nèi)部作用時，藥包處形成擴(kuò)大的空腔外，隨著與爆源距離的增大，還可分為壓碎區(qū)，裂隙區(qū)和震動區(qū)，如圖1所示。在靠近藥室的區(qū)域，受到強(qiáng)大的爆轟壓力直接作用，巖石結(jié)構(gòu)被壓得粉碎，其外邊界叫壓碎圈。壓碎圈以外，巖石受壓縮波和拉伸波的綜合作用，巖石原始結(jié)構(gòu)被破壞，巖石被炸碎并可看到許多徑向和環(huán)向裂隙，這一區(qū)域的邊界叫裂隙區(qū)。爆破主要是利用裂隙區(qū)破碎巖體。在炸藥爆破作用過程中，爆破裂隙區(qū)內(nèi)所產(chǎn)生的裂隙主要由藥包中心徑向外卜輻射，導(dǎo)致裂隙間距離隨著遠(yuǎn)離爆破中心點逐漸增加。且在露天煤礦臺階爆破施工中炸藥爆破后，沖擊波以3000~5000m/s的速度在巖石中引起切向拉應(yīng)力，由此產(chǎn)生的徑向裂隙主要向自由面方向發(fā)展，而非自由面的裂隙發(fā)育效果相對較差。因此在臺階爆破施工中無論是采用逐孔或是逐排起爆的爆破方式，由于自由面的限制，相鄰爆孔間所產(chǎn)生的徑向裂隙基本不存在交叉，故當(dāng)徑向裂隙間距逐漸增大且不能延展到相鄰爆孔的裂隙區(qū)時，爆破后的巖體就可能出現(xiàn)大塊。從有利于采掘設(shè)備作業(yè)角度講，衡量礦巖塊度的指標(biāo)是最長邊尺寸，礦巖塊最長邊尺寸應(yīng)滿足以下要求：式中：d為礦巖塊最長邊邊長，m;E為挖掘機(jī)勺斗容積，m3。勝利露天煤礦大塊一般出現(xiàn)在巖石剝離過程中，該礦采用北方重HWK—35型號電鏟作為主要剝離設(shè)備，實際斗容37m3。根據(jù)公式（1）可計算出該礦不能被挖掘設(shè)備直接進(jìn)行采裝的大塊尺寸：即當(dāng)爆破后的巖石塊體＞2.5m時，會產(chǎn)生影響該礦采裝設(shè)備效率的大塊巖體。由上述爆破后裂隙區(qū)徑向裂隙產(chǎn)生的分析可以看出，當(dāng)一個爆孔內(nèi)的炸藥引爆后，其產(chǎn)生的徑向裂隙終端如果到相鄰孔的裂隙區(qū)距離〉2.5m即會形成大塊，又由于自由面限制了相鄰孔間裂隙區(qū)的交叉，在忽略壓碎區(qū)范圍的情況下，當(dāng)徑向裂隙終端即裂隙區(qū)半徑到相鄰孔距離〉2.5m時產(chǎn)生大塊，公式為：式中：Rl為裂隙區(qū)半徑，m；l為兩孔間距離，m。2個爆孔之間距離取決于施工中的布孔方式，在進(jìn)行多排布孔時，三角形布孔較為常用，從能量均勻分布觀點看，等邊三角形更為理想。則布置爆孔的孔距與排距存在下述關(guān)系：式中：b為排距，m；a為孔距，m。由此可見，在這種三角形的布孔情況下，2個爆孔之間的距離即為布孔孔距，勝利露天煤礦即是選用較為常用的等邊三角形方式進(jìn)行布孔，則大塊表達(dá)式為：綜上所述，要使爆破后不產(chǎn)生大塊的最直接有效的方法是通過計算爆破后的裂隙區(qū)半徑選定合理的布孔參數(shù)。爆炸沖擊波和應(yīng)力波作用下巖石的破壞是一個相當(dāng)復(fù)雜的動力學(xué)過程［3］。當(dāng)沖擊波通過壓碎區(qū)以后，繼續(xù)向外層巖石傳播。隨著沖擊波傳播范圍的擴(kuò)大，巖石單位面積的能流密度降低，沖擊波衰減為壓縮應(yīng)力波［4］。其強(qiáng)度已經(jīng)低于巖石的動抗壓強(qiáng)度，不能直接壓碎巖石。但是，可使壓碎圈外卜層的巖石遭到強(qiáng)烈的徑向壓縮，進(jìn)而形成裂隙區(qū)。通常，爆破壓碎區(qū)半徑僅為炮孔半徑的2~3倍，雖然范圍很小，但沖擊波的能量卻消耗大半，使得在壓碎區(qū)界面沖擊波衰減為應(yīng)力波。應(yīng)力波繼續(xù)在巖石中傳播，造成炮孔周圍的巖石徑向受壓、切向受拉，由于巖石本身的抗拉性［5］，爆破裂隙區(qū)巖石中的徑向裂隙成為爆破破壞的主要形式，通常選用計算裂隙區(qū)半徑公式如下:式中：Pd為沖擊波作用在孔壁巖石上的初始沖擊壓力，Pa;St為巖石抗拉強(qiáng)度，N;rb為炮孔半徑，m;入為系數(shù)，；a為衰減指數(shù)，a=2-;v為巖石的泊松比。對于Pd，不耦合裝藥時：耦合裝藥時：式中：p0為炸藥密度，g/cm3;pm為巖石密度，g/cm3;D為炸藥爆速，m/s;rc為藥卷半徑，m；Cp為巖石內(nèi)的縱波速，m/s。由于勝利露天煤礦爆破施工作業(yè)采用耦合裝藥，選用式（8）計算Pd，其余所需巖石物性參數(shù)參考沈陽設(shè)計院所做《沿幫排土場擴(kuò)容工程地質(zhì)勘察報告》對網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行修正、選取，見表1。根據(jù)現(xiàn)場爆破施工的不同位置，對應(yīng)相應(yīng)的層位巖石物性參數(shù)，可以計算出對應(yīng)的爆破裂隙區(qū)半徑，現(xiàn)以式（6）泥質(zhì)砂巖為例進(jìn)行計算，采用密度為1.15g/cm3的銨油炸藥進(jìn)行爆破，其炸藥爆速為3000m/s。計算得出：計算（3）含礫泥質(zhì)砂巖得出：計算（7）6煤得出：為了降低大塊產(chǎn)生概率確定合理的孔網(wǎng)參數(shù)即為選擇合理的相鄰孔間距。勝利露天煤礦選用較為常用的等邊三角形方式布孔，相鄰孔間距離即為孔距a，根據(jù)公式（5）：分別計算礦巖（a3）含礫泥質(zhì)砂巖、（a6）泥質(zhì)砂巖、（a7）6煤的孔距a為：依據(jù)公式（4）計算排距b為：綜上所述，勝利露天礦3種礦巖爆破后不產(chǎn)生大塊的合理孔網(wǎng)參數(shù)應(yīng)分別為：①含礫泥質(zhì)砂巖：9.0mx7.5m;②泥質(zhì)砂巖：7.5mx6.5m;③6煤：6.5mx5.5m。—般來說，爆破裝藥結(jié)構(gòu)主要有2種，即連續(xù)裝藥和間隔裝藥，間隔裝藥通常又稱作分段裝藥。分段裝藥是在爆破參數(shù)不改變的前提下，改變裝藥結(jié)構(gòu)。底部間隔與連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)相比，能量沿炮孔均勻分布，降低爆炸脈沖初始壓力，延長爆破作用時間，使爆破能量的分配趨于合理［6］。分段裝藥使炸藥得以合理分配，避免其過于集中炮孔下部，從而使中部和上部巖體也能承受不同程度的直接爆破作用，可以使相同量的炸藥發(fā)揮出更大的威力。勝利露天煤礦需要進(jìn)行爆破工程的大部分巖體性質(zhì)都不是過于堅硬，并由于其使用采裝設(shè)備規(guī)格較大，不需要通過爆破作用將巖體爆破至過于破碎。間隔裝藥降低了作用在孔壁的峰值壓力，減少了炮孔周圍巖石的過度粉碎，提高了有效能量的利用率［7］。在爆破作用過程中，自由面小和自由面的個數(shù)少，爆破作用受到夾制的作用大，爆破困難。夾制作用意為爆破時，在有限界面的邊界對于一定深度的炮孔裝藥，不能完全發(fā)揮其作用，使巖石難以從整個炮孔深度上全爆破下來。在有限界面內(nèi)一定深度炮孔爆破時，向界面?zhèn)鞑?yīng)力波等能量使界面邊界內(nèi)的介質(zhì)發(fā)生破壞，傳播到邊界外的能量將向介質(zhì)深部傳播，這一部分能量由于邊界的阻隔，對界面邊界以內(nèi)的介質(zhì)起不了作用，致使爆破總能量流失一部分。而采用間隔裝藥，孔內(nèi)微差爆破可以在提高炸藥爆破能量利用率的同時，增加自由面?zhèn)€數(shù)，從而降低夾制作用對爆破效果的影響。采用分段裝藥的關(guān)鍵在于如何確定其間隔長度，由于是對露天煤礦進(jìn)行深孔臺階爆破，一般臺階高度不會大于15m,因此采用總裝藥長度一分為二的裝藥結(jié)構(gòu)。根據(jù)之前算得的爆破布孔孔網(wǎng)參數(shù)，為保證爆破作用力有效作用在炮孔周圍巖石，而不會因為填塞長度太短發(fā)生沖天炮現(xiàn)象，可以確定炮孔的填塞高度lt>a/2。由于勝利露天煤礦炮孔內(nèi)裝藥采取徑向耦合的方式填裝現(xiàn)場混裝炸藥，可以計算此時，分段藥柱間間隔距離：式中：h為炮孔深度，m;Q為單孔藥量，kg。由此可知，根據(jù)不同巖層特性可以在確定炮孔參數(shù)及單孔裝藥量的情況下，根據(jù)所需炮孔深度確定分段裝藥藥柱間間隔距離,從而提高炸藥爆破能量利用率,降低爆破后產(chǎn)生大塊的概率。尋求最佳爆破參數(shù)，實現(xiàn)精細(xì)爆破，從而保證礦山生產(chǎn)效益最大化［8］。是勝利露天煤礦爆破工程施工當(dāng)前急需改善的重要生產(chǎn)要素，根據(jù)不同的巖層特性，通過計算確定合理布孔參數(shù)，并在確定爆破單孔藥量的前提下，通過計算可以得出最優(yōu)的分段裝藥藥柱間隔距離，優(yōu)化裝藥結(jié)構(gòu)。最終提高爆破施工的質(zhì)量，從而最大程度發(fā)揮炸藥爆炸有效能量，達(dá)到改善爆破效果的目的，降低勝利露天煤礦爆破施工后大塊產(chǎn)生率，提高生產(chǎn)效率?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】［1］胡振襄.露天礦爆破至破碎綜合優(yōu)化［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2012.［2］劉福高.現(xiàn)場混裝乳化炸藥爆破參數(shù)優(yōu)化及數(shù)值模擬研究［D］.武漢：武漢科技大學(xué)，2015.［3］徐穎，丁光亞，宗琦，等.爆炸應(yīng)力波的破巖特征及其能量分布研究［J］.金屬礦山，2002(2):13-16.［4］郭強(qiáng).水下鉆孔爆破孔網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化研究［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2005.［5］徐志遠(yuǎn)，李云峰.深孔松動控制爆破在霍林河南露天礦的應(yīng)