陈亚军，常治国，毛金峰，王金军

(1.新疆工程学院，新疆 乌鲁木齐 830091；2.新疆黑山露天煤矿，新疆 米泉 831400)

黑山露天煤矿非构造裂隙岩体爆破网路设计与优化

陈亚军1，常治国1，毛金峰1，王金军2

(1.新疆工程学院，新疆 乌鲁木齐 830091；2.新疆黑山露天煤矿，新疆 米泉 831400)

在长期干旱、多风、少雨气候条件作用下，岩体结构会发生变化，岩体内会有大量的节理和裂隙，爆破作业时，岩石大块率高，爆堆不规整，飞石伤人事故经常发生。在爆破试验基础上，设计采用不对称的”V”型斜线逐孔毫秒微差起爆网路，大区深孔爆破，可以增加自由面，环向拉应力和径向拉应力作用效果明显。本文通过黑山露天煤矿非构造裂隙爆破理论与实践，使岩石爆破大块率降低5%～7%，大大提高爆破效果。

露天煤矿；非构造裂隙；爆破网路

非构造裂隙的地质条件在新疆黑山露天煤矿显现的非常突出，尤其是在地表以下30m的浅部基岩层，其构造特征完全可以通过被揭露的采场断面描述出来，如图1所示。该矿地处丘陵地带，采场海拔平均标高2400～2800m，主要岩性为硬砂岩、中砂岩和碳质泥岩。矿区气候干旱、少雨、多风，属于典型的内陆亚干旱荒漠气候带，岩石表面分化剥蚀严重，裂隙发育，层理明显，均质性很差，属非构造裂隙岩体。

1 岩体构造分析

该矿区地势起伏较大，北高南底、东高西底，经过长期干旱、少雨、多风的气候影响，北部岩体风化剥蚀严重，裂隙作用明显。岩石倾斜方向由北向南，倾角25°左右，岩石赋存自上而下为第四系戈壁土、中砂岩和硬砂岩。从爆破前的台阶断面上看，上部戈壁土厚度2～3m，可直接开挖；下部基岩需要爆破。

1)在走向方向上，岩体硬度变化不大，硬度值f=6～8，但受非构造裂隙作用，采场东部岩体完整性较西部岩体差，裂隙比较发育，爆破以后容易产生大块。从采掘断面岩体构造分析，裂隙大小不一，分布不均匀，多为沿倾斜方向延伸和分布，以剪节理作用为主，局部地段也受张节理作用，方位不稳定，见图1(a)。根据现场统计，爆破以后岩体大块发生率60%左右，大块平均尺寸：2.5m×2m×1.5m，见图1(b)。

图1 非构造裂隙岩体

2)在垂直方向上，采掘标高越高，台阶上岩体所形成的裂隙就越多，裂隙作用越明显。其影响深度在9～17m左右，随着开采深度加大，下部台阶裂隙则相对较少，裂隙作用减弱，台阶下部岩体大块率发生率较台阶上部减少20%左右。受结构面影响，破碎的岩块最容易从受裂隙作用大的地方抛出，爆堆抛出远，不规整，见图1(c)。

3)在浅部露头，许多非构造裂隙常常组成共轭x型，爆破以后岩块形状有别、间距不同、交角各异、完整性很差。

4)在倾斜方向上，自北向南随着地势变低裂隙作用也明显减弱，在南部边邦随着工作帮的推进和降深，岩体结构逐渐趋于均质化，爆破效果有所改善。

2 岩石爆破的主要问题

1)非构造裂隙多沿倾斜方向分布，岩石受结构面的影响，若采用原有的直线型布孔排间毫秒微差小规模爆破，排间作用方向明显，当裂隙方向和排间作用方向相同时，爆炸应力波和爆生气体会使原有裂隙进一步错动和扩张，受径向压应力作用进而使岩体破裂，并在顺层方向产生许多大块。

2)爆堆抛出远，较小的岩块从台阶下部被完全抛出达5～7m多，而台阶上部岩石裂缝多、大块多，爆破作用不够直接呈沉降型。

3)爆堆后冲大、裂隙多，形成很大的裂沟，有些由台阶顶部直接开裂至底部，给采装带来很大困难，二次爆破量大。

4)为了避免大区爆破出现大量岩石大块，该矿一直采用直线型排间毫秒微差深孔爆破，爆区长度不足50m，小于三排孔爆破，一次爆破量不到1.5万m3，不够挖掘机3天采装，爆破作业频繁，开采效率低。

3 起爆网路设计与优化

受非构造裂隙的作用和影响，原设计采用的直线型排间和孔间毫秒微差深孔爆破岩石破碎效果不明显。少部分岩块是由爆破作用直接产生的以外，大部分岩块是因爆炸应力波沿岩体原有的节理裂隙错动扩张而产生。为了提高爆破效果，减少岩石大块率，设计起爆网路如图2所示。

1)在穿爆参数和采掘条件相同的情况下，设计要求炮区需具有两个以上侧向自由面，沿正向自由面方向其炮孔数应多于侧向自由面。

2)设计采用不对称的“V”型斜线逐孔毫秒微差起爆网路，大区深孔爆破，每次爆破在5排孔以上，每排不少于15个孔。

3)炮孔之间用非电导爆管连接，起爆点位于两侧向自由面坡顶交汇处，爆轰沿斜线由外向内传播。孔内全部采用15段的延迟导爆管雷管起爆，以延长起爆时间防止地面飞石将爆区后面的起爆网路炸断而产生拒爆。

4)孔间毫秒微差50ms，排间毫秒微差100～150ms。

图2 起爆设计网路

4 爆破效果评价

4.1 增加自由面

沿连线方向，每个炮孔之间逐孔微差50ms，每个炮孔起爆时都会有之前炮孔逐次爆破产生的2～3个侧向自由面，比直线排间微差起爆每个炮孔增加了1～2个自由面，每个炮孔爆破的岩石都会受到邻近炮孔随后逐次起爆对其进行的2～3次破碎，大大增加了炮孔之间岩石反复作用次数和破碎时间，使来自于不用方向的爆破作用都相互集中在某个炮孔的岩石上，大块率降低至35%左右，大块率减少5%～7%。

4.2 环向拉应力和径向拉应力作用明显

从现场岩块破碎形状分析，多呈不规则状，岩块切割严重，从破碎的断面上看，一些破裂面并不是在原有裂隙基础上扩大产生的，而是在不同方向上对岩块的压缩应力波的冲击作用下产生的新裂隙，这些新裂隙经过爆生气体对岩石的径向压缩和环向拉伸作用后，遇自由面再产生径向拉应力的作用，使大块岩石明显减少，现场统计，岩块平均尺寸：1.5m×1.0m×0.5m，破碎效果明显。

4.3 顺层大块抛出减弱

在斜线起爆区的下部炮区，大多数炮孔接近正向自由面，爆破产生的大块容易沿正向自由面方向顺层抛出，主要问题是先起爆的孔最接近正向自由面，后起爆的孔由于推墙作用，加速了前排孔爆堆沿倾斜方向的抛出。采用逐孔斜线起爆，加大正向自由面沿走向方向的炮孔间隔时间，减少斜线方向炮孔间隔时间，改变后起爆孔对前期爆孔的推墙作用方向，使推墙作用由外向内和向侧向自由面方向。据现场观察，爆堆抛出距离减少2～3m。

4.4 爆堆呈堆积状

由于爆破作用方向的改变，岩块顺层抛出减弱，前排孔爆破的岩堆为后排孔提供了的碴体，进一步阻碍了后排孔爆破爆堆的抛掷方向，爆堆呈堆积状，局部有隆起现象，沉降减小，爆堆集中便于采装。

5 结语

对于黑山露天煤矿非构造裂隙岩体的爆破，应首先对岩体构造，节理裂隙大小和结构面状况进行现场勘查和数据资料分析，通过进一步对爆破网路的设计和优化，在不影响露天煤矿安全作业前提下，进一步创造和改善爆破作业条件，在现场反复爆破试验的基础上，基本解决黑山露天煤矿非构造裂隙岩体爆破效果差，岩石大块率高的爆破技术问题。

[1] 陈亚军.露天矿大区爆破安全起爆网路分析[J].中国煤炭，2011(4)：102-104.

[2] 陈亚军.非均质岩体爆破设计方案优化[J].煤炭技术，2012(5)：71-73.

[3] 刘广新，穆永庆.逐孔起爆技术在三道庄露天矿中的应用[J].中国矿业，2012,21(zk)：495-497.

[4] 王根涛，郭远超.逐孔爆破技术布孔方式研究[J].露天采矿技术，2012(1):112-114.

Design and optimization of fractured rock mass blasting network structure of non black open pit coal mine

CHEN Ya-jun1，CHANG Zhi-guo1，MAO Jin-feng1，WANG Jin-jun2

(1.Xinjiang Engineering College，Urumqi 830091，China；2.Xinjiang Montenegro Open-pit Coal Mine，Miquan 831400，China)

The structure of rock mass will change under long-time drought，little rain，windy climate conditions.There will be lots of joints and cracks in rock mass，so when blasting，it may appear that high block rate,blasting pile irregular,flying wounding accidents and so on.Based on the blasting test，the design adopts the asymmetric “V” type oblique hole to hole millisecond blasting network.The large area of deep hole blasting can increase the free surface，and the circumferential tensile stress and radial tensile stress apparent effect.In this paper，through the theory and practice of non constructing fracture blasting of Montenegro open pit mine，the rock blasting block rate reduced 5%～7%，greatly improve the blasting effect.

opencast coal mine；non structural fissure；blasting network

2014-06-10

新疆维吾尔自治区科技支撑计划项目资助(编号：201333111)

陈亚军(1961-)，男，新疆人，汉族，教授、高级工程师，1982年毕业于阜新矿业学院露天开采专业，新疆工程学院露采教研室主任，研究方向为露天矿优化设计。E-mail：chenyj_1961@sina.com。

TD235.4

A

1004-4051(2015)03-0116-03