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[摘 要]鉴于露天矿当前设计情况下，出现了一些大块和拉底的情况，爆破效果并不理想。因此需要进一步的优化爆破参数，已达到较好的爆破效果和理想的经济效果。
[关键词]露天煤矿 爆破参数 研究
中图分类号：P225 文獻标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）17-0141-02
引言
针对露天矿在爆破生产过程中遇到的拉底和大块问题，本文分析和研究了孔网参数布置、起爆方式以及台阶深孔爆破装药技术等各种因素對爆破效果的影响。通过改变和调整孔网参数、装药结构等措施，改善煤岩台阶的破碎效果，以提高该矿的综合生产效率，并使开采成本得到一定控制。
一.露天矿概况
露天矿位于奇台县城北东直线距离78km处，行政区划属奇台县管辖。地理坐标为：东经90°15′21″～90°25′15″，北纬44°24′29″～44°31′15″，面积93.43km2。
露天矿外部交通方便，有奇台～北山煤窑柏油公路从露天矿穿过，距奇台县城约83km。区内地形平缓，多数地段可通行汽车，内部交通方便。另外，乌准铁路、准东煤电煤化工产业带公路均已于2007年11月15日开建。公路起点于五彩湾（与国道216线相接）至将军戈壁（与省道228线相接）再至芨芨湖治沙站，全长137km，为二级公路，现已按计划建成通车。乌准铁路起于乌北站，经乌鲁木齐市、阜康市、北三台、五彩湾、准东、将军庙、北山、东地，全长393km，为国铁Ⅰ级，单线，预留双线，内燃牵引，预留电化条件，其中乌北至五彩湾段为一期工程，长167.6km，现已按计划建成。
矿区煤炭资源丰富，可采煤层资源总量为508888万吨。煤质好，该矿田内可采煤层为低灰、特低硫、低磷、BN31号不粘煤为主体的煤类，零星分布有少量CY41号长焰煤。具有中、高热值、含油、大多气化指标较好等特点，是良好的工业动力、发电、化工及民用煤。埋藏条件好，第四系（Q）松散层平均厚9.7～11.2m；新近系（N）首采区平均厚23.32m。各煤层的层间距小，因而层间剥采比也小。煤层倾角小、夹层少。首采区煤层倾角为3～50，夹层1～2层。
二.影响台阶爆破效果的原因分析
1.拉底产生的原因分析
底盘抵抗线过大的台阶底部，其底根形状多为棱柱体；孔网面积较大的中间部位，其拉底形状一般为球冠体；炮孔超深偏小的台阶矿石底部，其拉底形状多为棱椎体。拉底产生的主要原因有以下几种：
⑴前排抵抗线偏大。由于上一次爆破后冲和岩层倾角的影响，容易造成台阶坡面角较小，再加上潜孔钻安全作业距离的限制，穿孔位置靠后，使前排底部的抵抗线偏大，因为炸药爆炸产生的能量以应力波的形式在矿岩介质内传播，随着应力波能量的损失，在矿岩内形成压碎区、裂隙区、震动区。压碎区内冲击应力波的峰值大大超过了矿岩的极限抗压强度，矿岩被粉碎成小块；裂隙区内冲击应力波衰减为压缩应力波，使矿岩质点产生径向位移，派生出切向拉应力和切向应变，由于岩石抗拉强度比抗压强度小得多，因此矿岩在切向拉应力作用下形成纵向裂隙，爆炸气体的“气楔”作用使裂隙进一步扩展和延伸，压缩应力波经自由面反射后形成拉应力波，于是矿岩内又形成切向裂隙，最后使矿岩碎成中块；震动区应力波能量只能引起矿岩质点的弹性震动，裂隙不发育，矿岩形成大块。当底盘抵抗线过大时，台阶坡底线离爆破中块区较远，坡底线与中块区边缘之间的大块区的矿岩裂隙很少，这样就形成了拉底。另外，当台阶前留有爆堆，进行爆破时会产生挤压爆破的效果，过量爆堆的夹制作用也会导致形成拉底。
⑵孔网参数不合理。由于穿孔和采场地质条件等因素的影响，使个别孔间距或排间距偏大。当孔间距偏大时，炮孔的间距远远大于最小抵抗线，此时两个炮孔裂隙区较远，爆炸产生的裂隙不能贯通，尤其在台阶底部水平上无裂隙形成，导致拉底的形成；当排间距偏大时，爆破效果同前排抵抗线偏大时类似，也易产生拉底。
⑶超深偏小。个别炮孔由于超深偏小，炸药重心上移，使裂隙区上移，造成台阶底部水平面裂隙不连贯，爆破后往往出现拉底。造成炮孔超深偏小的原因，一般是潜孔钻站立水平面上孔口位置偏高，或者是清顶后台阶面标高掌握不准确，均可造成超深偏小。
⑷有断层破碎带穿过爆区。由于断层破碎带大多被风化物或碎石充填，炸药产生的爆轰气体会沿着弱面方向逸出，爆炸能量得不到充分发挥，相邻炮孔间的裂隙难以发育完全，在台阶底部易留下拉底。
⑸一次爆破排数过多
在爆破过程中，适当增多排数，采用微差起爆，可以改善爆破效果，但一次起爆排数过多，后排炮孔起爆时所受的夹制作用就增加，爆破就难以达到预期效果，也容易产生底。
2.大块产生的原因分析
⑴岩体的岩性和结构对爆破块度的影响。岩体的岩性和结构对爆破大块的产生影响很大，岩体的岩性决定了炸药单耗的取定和炸药品种的选择。根据爆破效果的要求，合理选定炸药单耗和选择与岩石波阻抗相匹配的炸药，是减少大块产生的关键。对于结构复杂岩体，如断层、裂隙、夹泥层、孤石等比较发育的地段都存在着爆破质量差、大块率高的问题。由于岩石的破碎是爆炸应力波和爆炸气体压力共同作用的结果，所以岩体裂隙比较发育时，部分爆炸能量沿裂隙逸出或应力波被裂隙衰减，爆炸应力波减小，不足以将岩石破碎，大部分的岩体只能在爆生气体膨胀压力的作用下，只沿着本身的裂隙而分离，形成自然块度，从而导致大块的产生。在爆炸能量不足的条件下，岩体结构的发育程度决定了爆破块度的大小。
⑵爆破参数对爆破块度的影响。爆破参数包括装药结构、炮孔布置、微差间隔时间、起爆顺序、装药量、最小抵抗线、钻孔超深、钻孔质量、爆破方法及铲装工艺等。它对爆破块度的影响表现在以下几点：
①炮孔孔口部位易产生大块的原因主要是炮孔堵塞长度偏大，装药重心偏低，孔口获得的爆炸能不足所致。 ②第一排炮孔前上部临空面的大块主要是台阶前部无阻挡，爆破后岩块前方失去了挤压和碰撞作用，一部分爆炸能量用于岩块向前运动，但其动能并未用于破碎岩石做功。
③孔网面积偏大就要产出大块，主要是爆破参数选取不合理，爆破能量不能使中间位置的岩体破碎成合格块度。
④抵抗线过大的台阶爆破，台阶根部容易产生大块，主要是由于前次爆破后冲及岩层倾角的影响，使台阶坡面角减小，造成底盘抵抗线过大，结果导致爆破后台阶根部出现大块或根部
三.改善爆破效果的技术措施
1.选定合理的爆破参数
（l）底盘抵抗线。它是指从台阶坡底线到第一排孔中心轴线的水平距离，是一个重要爆破参数，底盘抵抗线过大能造成较大的根底，过小会造成每吨矿岩石的深孔消耗量和炸药消耗量增多。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：W=（0.24HK+3.6）d/150
式中：W为底盘抵抗线，低H为台阶高度，m；d为钻孔直径，～；K是与岩石坚固性有关的系数，K与f（岩石坚固性系数）的关系如表1：
（2）孔距。排距b及邻近系数m。孔距和排距是根据底盘抵抗线和邻近系数计算，即a=mwb=（0.90一0.95）W
邻近系数一般取1.0一1.4，近年来，瑞典提出宽孔距爆破技术。它是在保持每个钻孔担负面积axb不变的前提下，减小b而增大a，据称能改善矿岩破碎效果。
（3）超深h。超深是指深孔在台阶底盘标高以下那一段的深度，其作用是降低装药中心的高度以便有效地克服台阶底部阻力，避免或减少根底。根据经验，超深值确定如下：h=（0.15一0.35）W
2.选择合理的微差间隔时间
确定合理的微差間隔时间是关系到爆破质量的重要问题，国内外已提出一些确定的原则和计算方法。由于对微差破碎矿岩的机理尚无定论，暂不能判明哪一种方法最可取。实际爆破工作中大都采用△t二kw。式中△t为微差间隔时间ms；k是系数，露天台阶爆破k取2一5；W为底盘抵抗线，m。一般矿山爆破实际采用的微差间隔时间为巧一75ms。
3.采用斜孔爆破
从台阶深孔爆破效果看，斜孔优于垂直孔，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。目前的钻机效率最高的是牙轮钻机，它只限于垂直向下穿孔，而潜孔钻机虽能打斜孔，但效率不太高，有时还可以考虑斜孔爆破。
4.爆前拉底
当台阶底盘抵抗线过大且台阶坡面清碴时，在有条件的情况下进行爆前拉底也是可使用的方法。爆前拉底是在正常采掘爆孔爆破之前，采用气腿式凿岩机或凿岩台车甚至潜孔钻提前在清碴台阶底盘抵抗线过大的根部打好斜孔，可以先爆，最迟与正常采掘爆孔同时起爆，避免爆后产生根底。
5.打加密孔
当前头排孔底盘抵抗线大时，打加密孔、打对孔，实质上是增加台阶底部装药量的措施之一，有利于克服台阶较大的底盘抵抗线，减少根底，这种方法在南芬露天矿下盘也较常用，效果较好。
四.结论
在爆破设计时应考虑断层、层理、节理等软弱夹层等地质结构的性质，合理布置炮孔的位置，防止炸药能量沿这些薄弱岩体部位泄露到空气中，当药包通过不同岩层或有较厚松碴压在上面，在确定单耗值及药包间距系数时，要考虑其影响，防止过量装药和产生根底。首先了解清楚有关断层破碎带的部位、走向和倾向，作为布孔时参考；其次，炮孔穿过破碎带时，采用分段装药，可减少药量5%～10%，药柱要位于破碎层上下适当位置。只要布孔合理，方法适当，就可减少根底的产生。在台阶高度不变的情况下，为了不减少爆堆体积必须使抵抗线与孔距的乘积保持不变，因此减小抵抗线必须增大孔距，即密集系数相应提高。
参考文献
[1] 谭元军.露天煤矿爆破参数优化分析[J].中国科技博览，2013（14）.
[2] 马建興，马强马家塔露天煤矿爆破参数优化的研究[J].金属矿山，2009（s1）：456-457
作者简介
苏坤，1989年3月出生，毕业于内蒙古科技大学采矿工程专业，现任神华新疆奇台能源有限责任公司生产技术部副部长。
[关键词]露天煤矿 爆破参数 研究
中图分类号：P225 文獻标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）17-0141-02
引言
针对露天矿在爆破生产过程中遇到的拉底和大块问题，本文分析和研究了孔网参数布置、起爆方式以及台阶深孔爆破装药技术等各种因素對爆破效果的影响。通过改变和调整孔网参数、装药结构等措施，改善煤岩台阶的破碎效果，以提高该矿的综合生产效率，并使开采成本得到一定控制。
一.露天矿概况
露天矿位于奇台县城北东直线距离78km处，行政区划属奇台县管辖。地理坐标为：东经90°15′21″～90°25′15″，北纬44°24′29″～44°31′15″，面积93.43km2。
露天矿外部交通方便，有奇台～北山煤窑柏油公路从露天矿穿过，距奇台县城约83km。区内地形平缓，多数地段可通行汽车，内部交通方便。另外，乌准铁路、准东煤电煤化工产业带公路均已于2007年11月15日开建。公路起点于五彩湾（与国道216线相接）至将军戈壁（与省道228线相接）再至芨芨湖治沙站，全长137km，为二级公路，现已按计划建成通车。乌准铁路起于乌北站，经乌鲁木齐市、阜康市、北三台、五彩湾、准东、将军庙、北山、东地，全长393km，为国铁Ⅰ级，单线，预留双线，内燃牵引，预留电化条件，其中乌北至五彩湾段为一期工程，长167.6km，现已按计划建成。
矿区煤炭资源丰富，可采煤层资源总量为508888万吨。煤质好，该矿田内可采煤层为低灰、特低硫、低磷、BN31号不粘煤为主体的煤类，零星分布有少量CY41号长焰煤。具有中、高热值、含油、大多气化指标较好等特点，是良好的工业动力、发电、化工及民用煤。埋藏条件好，第四系（Q）松散层平均厚9.7～11.2m；新近系（N）首采区平均厚23.32m。各煤层的层间距小，因而层间剥采比也小。煤层倾角小、夹层少。首采区煤层倾角为3～50，夹层1～2层。
二.影响台阶爆破效果的原因分析
1.拉底产生的原因分析
底盘抵抗线过大的台阶底部，其底根形状多为棱柱体；孔网面积较大的中间部位，其拉底形状一般为球冠体；炮孔超深偏小的台阶矿石底部，其拉底形状多为棱椎体。拉底产生的主要原因有以下几种：
⑴前排抵抗线偏大。由于上一次爆破后冲和岩层倾角的影响，容易造成台阶坡面角较小，再加上潜孔钻安全作业距离的限制，穿孔位置靠后，使前排底部的抵抗线偏大，因为炸药爆炸产生的能量以应力波的形式在矿岩介质内传播，随着应力波能量的损失，在矿岩内形成压碎区、裂隙区、震动区。压碎区内冲击应力波的峰值大大超过了矿岩的极限抗压强度，矿岩被粉碎成小块；裂隙区内冲击应力波衰减为压缩应力波，使矿岩质点产生径向位移，派生出切向拉应力和切向应变，由于岩石抗拉强度比抗压强度小得多，因此矿岩在切向拉应力作用下形成纵向裂隙，爆炸气体的“气楔”作用使裂隙进一步扩展和延伸，压缩应力波经自由面反射后形成拉应力波，于是矿岩内又形成切向裂隙，最后使矿岩碎成中块；震动区应力波能量只能引起矿岩质点的弹性震动，裂隙不发育，矿岩形成大块。当底盘抵抗线过大时，台阶坡底线离爆破中块区较远，坡底线与中块区边缘之间的大块区的矿岩裂隙很少，这样就形成了拉底。另外，当台阶前留有爆堆，进行爆破时会产生挤压爆破的效果，过量爆堆的夹制作用也会导致形成拉底。
⑵孔网参数不合理。由于穿孔和采场地质条件等因素的影响，使个别孔间距或排间距偏大。当孔间距偏大时，炮孔的间距远远大于最小抵抗线，此时两个炮孔裂隙区较远，爆炸产生的裂隙不能贯通，尤其在台阶底部水平上无裂隙形成，导致拉底的形成；当排间距偏大时，爆破效果同前排抵抗线偏大时类似，也易产生拉底。
⑶超深偏小。个别炮孔由于超深偏小，炸药重心上移，使裂隙区上移，造成台阶底部水平面裂隙不连贯，爆破后往往出现拉底。造成炮孔超深偏小的原因，一般是潜孔钻站立水平面上孔口位置偏高，或者是清顶后台阶面标高掌握不准确，均可造成超深偏小。
⑷有断层破碎带穿过爆区。由于断层破碎带大多被风化物或碎石充填，炸药产生的爆轰气体会沿着弱面方向逸出，爆炸能量得不到充分发挥，相邻炮孔间的裂隙难以发育完全，在台阶底部易留下拉底。
⑸一次爆破排数过多
在爆破过程中，适当增多排数，采用微差起爆，可以改善爆破效果，但一次起爆排数过多，后排炮孔起爆时所受的夹制作用就增加，爆破就难以达到预期效果，也容易产生底。
2.大块产生的原因分析
⑴岩体的岩性和结构对爆破块度的影响。岩体的岩性和结构对爆破大块的产生影响很大，岩体的岩性决定了炸药单耗的取定和炸药品种的选择。根据爆破效果的要求，合理选定炸药单耗和选择与岩石波阻抗相匹配的炸药，是减少大块产生的关键。对于结构复杂岩体，如断层、裂隙、夹泥层、孤石等比较发育的地段都存在着爆破质量差、大块率高的问题。由于岩石的破碎是爆炸应力波和爆炸气体压力共同作用的结果，所以岩体裂隙比较发育时，部分爆炸能量沿裂隙逸出或应力波被裂隙衰减，爆炸应力波减小，不足以将岩石破碎，大部分的岩体只能在爆生气体膨胀压力的作用下，只沿着本身的裂隙而分离，形成自然块度，从而导致大块的产生。在爆炸能量不足的条件下，岩体结构的发育程度决定了爆破块度的大小。
⑵爆破参数对爆破块度的影响。爆破参数包括装药结构、炮孔布置、微差间隔时间、起爆顺序、装药量、最小抵抗线、钻孔超深、钻孔质量、爆破方法及铲装工艺等。它对爆破块度的影响表现在以下几点：
①炮孔孔口部位易产生大块的原因主要是炮孔堵塞长度偏大，装药重心偏低，孔口获得的爆炸能不足所致。 ②第一排炮孔前上部临空面的大块主要是台阶前部无阻挡，爆破后岩块前方失去了挤压和碰撞作用，一部分爆炸能量用于岩块向前运动，但其动能并未用于破碎岩石做功。
③孔网面积偏大就要产出大块，主要是爆破参数选取不合理，爆破能量不能使中间位置的岩体破碎成合格块度。
④抵抗线过大的台阶爆破，台阶根部容易产生大块，主要是由于前次爆破后冲及岩层倾角的影响，使台阶坡面角减小，造成底盘抵抗线过大，结果导致爆破后台阶根部出现大块或根部
三.改善爆破效果的技术措施
1.选定合理的爆破参数
（l）底盘抵抗线。它是指从台阶坡底线到第一排孔中心轴线的水平距离，是一个重要爆破参数，底盘抵抗线过大能造成较大的根底，过小会造成每吨矿岩石的深孔消耗量和炸药消耗量增多。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：W=（0.24HK+3.6）d/150
式中：W为底盘抵抗线，低H为台阶高度，m；d为钻孔直径，～；K是与岩石坚固性有关的系数，K与f（岩石坚固性系数）的关系如表1：
（2）孔距。排距b及邻近系数m。孔距和排距是根据底盘抵抗线和邻近系数计算，即a=mwb=（0.90一0.95）W
邻近系数一般取1.0一1.4，近年来，瑞典提出宽孔距爆破技术。它是在保持每个钻孔担负面积axb不变的前提下，减小b而增大a，据称能改善矿岩破碎效果。
（3）超深h。超深是指深孔在台阶底盘标高以下那一段的深度，其作用是降低装药中心的高度以便有效地克服台阶底部阻力，避免或减少根底。根据经验，超深值确定如下：h=（0.15一0.35）W
2.选择合理的微差间隔时间
确定合理的微差間隔时间是关系到爆破质量的重要问题，国内外已提出一些确定的原则和计算方法。由于对微差破碎矿岩的机理尚无定论，暂不能判明哪一种方法最可取。实际爆破工作中大都采用△t二kw。式中△t为微差间隔时间ms；k是系数，露天台阶爆破k取2一5；W为底盘抵抗线，m。一般矿山爆破实际采用的微差间隔时间为巧一75ms。
3.采用斜孔爆破
从台阶深孔爆破效果看，斜孔优于垂直孔，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。目前的钻机效率最高的是牙轮钻机，它只限于垂直向下穿孔，而潜孔钻机虽能打斜孔，但效率不太高，有时还可以考虑斜孔爆破。
4.爆前拉底
当台阶底盘抵抗线过大且台阶坡面清碴时，在有条件的情况下进行爆前拉底也是可使用的方法。爆前拉底是在正常采掘爆孔爆破之前，采用气腿式凿岩机或凿岩台车甚至潜孔钻提前在清碴台阶底盘抵抗线过大的根部打好斜孔，可以先爆，最迟与正常采掘爆孔同时起爆，避免爆后产生根底。
5.打加密孔
当前头排孔底盘抵抗线大时，打加密孔、打对孔，实质上是增加台阶底部装药量的措施之一，有利于克服台阶较大的底盘抵抗线，减少根底，这种方法在南芬露天矿下盘也较常用，效果较好。
四.结论
在爆破设计时应考虑断层、层理、节理等软弱夹层等地质结构的性质，合理布置炮孔的位置，防止炸药能量沿这些薄弱岩体部位泄露到空气中，当药包通过不同岩层或有较厚松碴压在上面，在确定单耗值及药包间距系数时，要考虑其影响，防止过量装药和产生根底。首先了解清楚有关断层破碎带的部位、走向和倾向，作为布孔时参考；其次，炮孔穿过破碎带时，采用分段装药，可减少药量5%～10%，药柱要位于破碎层上下适当位置。只要布孔合理，方法适当，就可减少根底的产生。在台阶高度不变的情况下，为了不减少爆堆体积必须使抵抗线与孔距的乘积保持不变，因此减小抵抗线必须增大孔距，即密集系数相应提高。
参考文献
[1] 谭元军.露天煤矿爆破参数优化分析[J].中国科技博览，2013（14）.
[2] 马建興，马强马家塔露天煤矿爆破参数优化的研究[J].金属矿山，2009（s1）：456-457
作者简介
苏坤，1989年3月出生，毕业于内蒙古科技大学采矿工程专业，现任神华新疆奇台能源有限责任公司生产技术部副部长。