中国葛洲坝集团易普力股份有限公司 重庆市 401121
摘要：在露天煤矿生产过程中，台阶深孔爆破大块率一直是企业高度关注的问题，过高的大块率会增加成本、降低经济效益。本文就露天煤矿台阶深孔爆破大块成因进行了探讨分析，并相应地从加强施工管理、改进爆破技术、合理设置爆破参数等几个方面提出了解决措施，以期对煤矿企业降低大块率有所帮助。
关键词：露天矿山；台阶深孔爆破；大块率
前言：
随着爆破技术的进步、深孔钻井机的广泛使用，露天台阶深孔爆破技术也成为了露天煤矿最常使用的爆破技术。从节约成本、保证安全的角度出发，企业也对爆破作业效果提出了一系列要求，比如爆渣粒度大小适当，爆堆形状和位移合理、台阶工作面要规整、对台阶坡度破坏小等。
1露天矿山台阶深孔爆破大块的问题概述
在采矿过程中，经常会用爆破的手段来破坏岩石层，为后续铲装及运输提供大小合适的矿岩颗粒物料，爆破作业的好坏直接影响后续工作的效率和成本。台阶深孔爆破是大型的露天矿山常常会用到的一种爆破工艺，台阶深孔爆破会受到岩石本身性质与构造、爆破装置与炸药性能、爆破参数、装药结构、施工管理等种种不确定因素的影响，而大块率是衡量爆破效果的重要指标。大块率或根底率过高一方面会制约铲装车的运输效率，增加二次爆破工作量和炸药使用量，需要的额外时间制约各项工序的正常衔接；另一方面，大块岩石进入破碎机，还可能会导致破碎机卡锤而停止运转，降低煤矿生产效率，增加企业运营成本。因此，如何有效爆破，降低大块率和根底率成为许多露天煤矿所面临的重要难题。
2露天矿山台阶深孔爆破大块的成因及解决措施
2.1露天矿山台阶深孔爆破大块的成因分析
2.1.1岩石结构的影响
台阶深孔爆破实践发现，岩石的性质和非均质程度对岩石爆堆的松散程度、破碎位移都有很大影响。首先从地质结构上看，断层、夹泥层、节理等地质结构比较复杂的部位都容易产生大块岩石；其次从岩石结构上看，软硬衔接部位和比较发育部位也容易产生大块岩石。这主要是由于炸药爆炸时，爆炸能量会向岩石质量较软的部位做功，而对于坚硬部位爆破能量施加不够，进而余留下大块岩石。此外，在岩缝裂隙较大的地方，有持续张开的节理贯穿炮口，起爆过程中岩石碎裂很容易切断爆破器材而造成部分炮孔拒爆，也会产生大块岩石。
2.1.2爆破设计的影响
在爆破生产实践中，不合理的爆破设计也是造成大块率过高的原因之一。首先在台阶深孔爆破的参数设置上，对于炮孔位置、炮孔直径、钻孔超深、孔距、钻孔质量、单位炸药消耗量、堵塞长度等参数，必须结合露天煤矿实际情况进行合理设置，避免不合理设计造成的爆炸波和爆炸能量不均匀等问题的出现；其次过大的底盘抵抗线也会造成根底多、后冲作用大等不良效果。如果前次的爆破效果不理想而造成了后冲作用和上翻现象，就会使台阶坡面减小[1]，抵抗线又会进一步加大，造成恶性循环。抵抗线过大的情况下，前排部分炮孔发挥不了应有的爆破作用，使得后排炮孔也受到阻滞，整个岩矿得不到充足的爆破能量，形成大块。而过小的抵抗线不仅浪费炸药，增加钻孔工作量，也易造成岩块抛撒，产生飞石；第三，钻孔超深的影响。超深的作用是克服台阶底盘的夹制作用，避免爆破出现根底。对于已经成型的露天煤矿，台阶高度和坡度一般已经形成一个固定值，孔径和孔深一般也会有相应的固定值。在这种情况下，如果钻孔超深不足，就会导致台阶形成根底，出现大块岩石。而超深过大则会造成台阶顶盘破坏，不仅造成钻孔和炸药浪费，还会给下次钻孔工作造成困难，增大爆破的震波强度，降低安全系数；第四，装药结构和堵塞长度。合理的堵塞长度可以确保炸药使用量，保证爆炸波能量充足。而台阶深孔爆破装药结构可以分为间隔装药和连续装药结构，连续装药结构的堵塞段较长，炮段上部分岩石不容易被冲击到，形成大块。相反的，选择间隔装药法，爆炸波能量就能均匀地冲袭到岩层当中，有效降低大块率。
2.1.3起爆器和炸药的影响
爆破器是露天煤矿台阶深孔爆破的主要工具，它的质量好坏都直接影响着爆破效率。比如，质量不过关的起爆器会出现盲炮现象，留下根底，而延期不准确的爆破器会影响整个爆破网路，降低爆破效率。与此一致的，炸药质量也是爆破好坏的决定性因素，只有控制好炸药水相、油相，把好乳化炸药质量关，才能有效降低大块率。除此之外，单位炸药消耗量设置对大块产生概率也有着很大影响，单位消耗量过小时，爆破能量不足，很容易产生大块和根底。但是，一味地加大炸药单位消耗量也是不可取的，过大的爆破能量可能会导致露天煤矿的飞石与地震效应，造成安全事故。
2.2露天矿山台阶深孔爆破大块的解决措施
2.2.1加强爆破施工管理
针对露天煤矿台阶深孔爆破工作，应当实施全过程的管理。施工前充分了解现场地质情况和岩石状况，做好爆破规划，并在有关部门获得批准、做好备案。对爆破当天参与的施工人员进行会议培训，明确岗位职责，加强现场精细化管理；施工过程中，要严格按照爆破设计进行作业，每一个流程都要实现责任到人，对于特殊地质情况信息及时进行反馈；爆破作业结束后，应当积极进行反思总结，将每一次爆破中大块率和根底率进行统计对比和分析，积极积累成功经验。设置奖惩制度，对于主动学习研究提高爆破环节工作效率的技术人员加以奖励。标准化的作业流程和严格的施工管理，能够有效提高工作人员生产积极性，优化露天煤矿台阶深孔爆破效果，降低大块率。
2.2.2合理设置台阶深孔爆破参数
在设置台阶深孔爆破参数时，一定要具体结合施工现场情况，利用公式对底盘抵抗线、孔排距、堵塞长度、密度系数等进行合理设置。在条件允许的情况下，可以在同一岩石性质的不同爆区使用不同参数反复进行爆破实践对比，不断优化参数设置。比如对于孔网参数的设置，可以合理缩小排距，增加孔距。排距控制在4～5米，孔距控制在6～7米，钻孔超深控制在1.5～2.0米。再结合炮孔位置裂隙、层岩分布情况、软硬岩石分区等进行合理调整。易爆破的区域可以放大网孔参数，难爆破的区域则可以适当缩小网孔参数、加密炮孔、增加超深、使用高威力炸药等降低根底率和大块率。
2.2.3改进爆破技术，优化爆破方法
首先可以采用多排孔洞，逐排起爆的微差爆破技术。采用微差爆破技术一方面可以使应力波叠加作用辅助岩石爆破[2]，另一方面也能够形成更多的自由面。微差爆破过程中，第一排孔洞爆破产生应力波作用区，并向外延伸。多排孔洞按照次序依次爆破后就会形成应力波叠加，应力波能量大大加强，对岩石破碎起到很好的帮助作用。在台阶深孔爆破技术中，自由面越多，爆破效果越好、大块率越低[3]。微差爆破的原理其实就是，第一排孔洞爆破时岩石被推向开挖方向，给第二排孔洞提供自由面，减轻爆破阻力。在后续的爆破过程中，不断进行这个过程，每一排孔洞都能获得良好的自由面，从而大大降低大块率。
其次可以尝试大孔距、小抵抗线的爆破设置，这种设置方法对高硬度岩石的爆破效果极好。一是这种方式能够增强爆炸所产生气体的推力作用，爆炸气体向裂隙延伸的过程中，受到的抵抗力就越小，岩石的破碎效果也就越好；二是在台阶深孔爆破中，炸药爆炸是以孔炮为中心，呈放射状向外发散的，当处于孔距大抵抗线小的情况是，爆炸产生的能量增强，有利于较长裂缝的形成，径向裂缝有了足够大的发育空间。
最后，可以适当提高炸药单耗，并在难爆的部位尝试成品乳化炸药。炸药单耗是控制爆破效果的重要参数，爆破岩体的块度要求越小，炸药单耗也就要相应提高。在地质岩石较难爆的部分如断层角砾岩，应当适当增加炸药单耗。而在软岩分布的区域，则应采用低爆速、低猛度的炸药并短延时间，保证爆破能量依次迅速释放，避免爆炸能量及应力波能量迅速衰弱。一般情况下，考虑到生产的安全性，炸药企业生产的乳化炸药猛度都比较低，有成功实践证明，对难爆部位使用高密度、高爆速的成品乳化炸药时，产生的高温、高压气体能够更好地灌入坚硬岩体内，加速岩石破裂[3]。露天煤矿企业可以合理借鉴此种经验，在保证安全的情况下，用成品乳化炸药促进爆破效果的改善，降低大块率。
结论：
露天煤矿台阶深孔爆破效果的好坏对于提高生产效率，保证后续工作正常进行起到至关重要的作用。企业应当积极探究大块率过高的原因，并从加强爆破管理、合理设置爆破参数，改进爆破技术等几个方面推动爆破效率的提高，积极尝试微差爆破技术等新技术，促进企业经济效益最大化。
参考文献：
[1]韦年迎，粟军恒.陇集山灰岩露天矿中深孔台阶爆破技术优化[J].现代矿业，2021，37（01）：89-91+138.
[2]翟清翠.露天煤矿深孔台阶爆破降低大块率和根底率措施探讨[J].煤矿爆破，2019，37（04）：31-35.
[3]杨超.露天矿山台阶深孔爆破大块成因及解决措施[J].工程爆破，2019，25（06）：32-37+55.
作者简介：
彭婷、女、1986年12月、汉族、大学本科、湖南省娄底市、助理工程师、研究方向：爆破工程。