南建军

（山西忻州神达朝凯煤业有限公司，山西 忻州 036700）

煤矿开采主要分为露天开采和井工开采，大多数露天矿均采用台阶爆破的方式进行开采。爆破作业是煤矿生产过程中重要的一环，对生产成本和生产效率都有极其关键的作用。目前关于露天台阶爆破方面的研究也比较多。罗华军[1]利用Kuz-Ram数学模型对城门山爆破参数进行优化，较好地解决了大块问题；胡树军[2]等利用数值模拟对连续装药和间隔装药的振动情况进行了研究；吕增在[3]等将吊装空气间隔装药技术运用在深孔台阶爆破中，有效地提高了爆破效果；李辰发[4]等分析了多种因素变化对露天爆破炸药单耗的影响。虽然关于露天爆破的研究众多，但由于煤岩体内部的复杂多样性，目前还没有一套完整的施工体系可以很好地解决该类问题。

本文以朝凯煤矿正在开采的台阶为工程背景，对朝凯煤矿台阶爆破的炮孔装药结构进行优化，以期优化后的装药结构可以有效地改善目前煤矿的爆破质量。

1 工程背景

1.1 地质条件

矿田位于云中山脉北端与恒山山脉西南端的交汇部分，基岩切割型中山区地形地貌，岩性由灰白色砾岩、石英砂岩、粉砂岩、灰色-深灰色灰岩、砂岩及煤层(线)组成，矿田总体地质构造简单，受断层影响较小。

1.2 台阶爆破现状

煤矿正在进行开采的台阶岩层主要为泥岩和沙岩，煤层主要为气煤。爆破参数如表1所示。

采用上述爆破参数进行多排孔微差爆破，装药结构为底部空气间隔装药结构。前几次爆破结果显示爆破效果并不理想，爆破大块率高，可以达到7%～8%，遗留根底多。整体上二次处理工作量较大，影响了铲装效率和采矿成本[5]。

2 优化后的孔网参数

2.1 大块及根底产生原因分析

由于采用底部空气间隔装药结构，4.6m的铵油炸药为连续装药，在爆破过程中连续装药段为多个炮孔爆破能量集中区域，煤岩体爆破过于充分破碎；在填塞段由于爆破能量作用不充分导致大块的产生；底部由于爆破能量不够集中导致容易产生根底。分析认为初始采用的炮孔装药结构并未使炸药能量得到充分合理的利用，反而产生两个极端，即一部分煤岩体破碎过于充分，一部分煤岩体大块率较高，增加了生产成本。炮孔装药结构如图1所示。

表1 爆破参数表

图1 装药结果图

2.2 装药结果优化

为了提高爆破效果，降低上部大块率以及根底率，对台阶爆破的孔网参数和装药结构进行了优化：在炮孔底部间隔层以上加装一个聚能结构，用于聚集铵油炸药的能量，增加炸药对底部煤岩体的破坏能力；底部结构以上采用空气间隔装药，将原来4.6m长的药柱分为3段进行间隔装药：第一段和第二段药柱高均为2m，第三段药柱0.6m，中间空气间隔段1.2m。将原来的连续装药结构优化为三段间隔装药后明显提高了药柱高度，将炸药能量进行了三段分散，避免了原来的炸药能量在药柱附近区域过于集中使煤岩体过于破碎的问题，药柱高度的提高也可以很大程度上改善原来大块率高的问题。优化后的装药结构如图2所示，优化后的爆破参数如表2所示。

图2 优化后的炮孔装药结构

表2 爆破参数对比情况

3 爆破效果分析

3.1 块度分析

选用美国开发的Split-Desktop3.1图像分析软件对爆破后的块度进行分析，可以在笔记本电脑或办公室分析现场采集的数字图像，以确定粉碎过程中任何阶段碎片岩石的粒度分布[6]。这些图像的来源可以是淤泥堆、拖运卡车、浸出桩、拉伸点、废物堆放、储存堆、传送带、沉积物或可以获得岩石碎片的清晰图像的任何其他情况。通过软件分析改变炮孔装药结构后破碎的大块率为2%，较原装药结构的爆破大块率（7%～8%）有明显降低。

根据煤岩体破碎结果，由于对4.6m长的药柱进行了分段间隔装药，将炸药能量分散到不同的煤岩体中改变了原来炸药能量过于集中导致煤岩体过于粉碎的现象。爆破情况如图3所示。

图3 岩体破碎情况

3.2 爆破振动测定

选用CBSD-VM-M01网络测振仪对距离爆破区域最近的一处建筑物的振动波进行监测。该测振仪是融合了多种先进技术的智能网络测振仪，包括一台控制主机、6台智能化传感器。该型探测设备采用无线传输方式。现场在距振源中心点2km的建筑物布置一台智能化传感器，采集到的最大振动速度0.07cm/s、主振频率6.0Hz。监测波形数据如图4所示。

图4 监测波形图

根据《建筑工程容许振动标准》（GB 50868-2013）、《爆破安全规程》（6722-2014）规定的振动安全允许标准规定，《爆破安全规程》使用的允许标准较高，故采用该标准作为判据。即：“一般民房建筑的振动安全允许标准为：振动主频率f≤10Hz时，允许标准为1.5～2.0cm/s；振动主频率10Hz＜f≤50Hz时，允许标准为2.0～2.5cm/s；振动主频率f＞50Hz时，允许标准为2.5～3.0 cm/s。此次监测数据中在振源与民房之间，振动的数据为最大振速0.07cm/s，主振频率为6.0Hz，小于《爆破安全规程》规定一般民房建筑的振动安全允许标准2.0cm/s，故所监测的桩基施工振动不会对民房产生影响。

3.3 爆破飞石及根底情况

在爆破过程中应用加拿大MREL生产的高速记录分析仪对爆破飞石的轨迹、角度、距离等进行监测，经过分析计算得出飞石的最大抛掷距离为54m，在设置的飞石安全距离范围内。

对完成铲装后的台阶进行实地测量，台阶的平整度在±30cm，符合国家二级矿山建设标准[7]。

4 结论

（1）在炮孔底部间隔层上方加装聚能结构后的装药方式可以有效使炸药能量向底部聚集，有效改善了台阶爆破后遗留根底的问题。

（2）将炮孔的药柱分三段进行装药，炮孔底部和各段药柱之间以空气间隔，炮孔装药结构调整后有效分散了炸药能量，有效改善了原来药柱周围煤岩体过于破碎、填塞段煤岩体大块率较高的问题（由原来的7%～8%下降到了2%左右）。

（3）对炮孔进行空气间隔装药并在炮孔底部间隔层上方加装聚能结构的装药方式有效降低了煤矿露天台阶爆破大块率及根底遗留率高的问题，减少了二次处理工作，提高了炸药利用率和铲装效率。