耿 昊，肖 兵

（神华北电胜利能源有限公司，内蒙古 锡林浩特 026015）

胜利露天煤矿爆破工程孔网参数确定

耿 昊，肖 兵

（神华北电胜利能源有限公司，内蒙古 锡林浩特 026015）

针对胜利露天煤矿工程实际，通过对爆破裂隙区半径的计算，确定合理的爆破孔网参数，优化孔内装药结构，降低大块产生的几率。

爆破；大块；孔网参数；裂隙区

0 引言

露天采矿生产的总成本和爆破效果有密切关系，在生产环境和岩石特性相同的情况下,爆破参数的不同所产生的爆破效果不同，露天采矿生产各个环节的成本也不同[1]。在神华北电公司胜利露天煤矿，爆破质量欠佳会严重影响设备效率，甚至影响其他作业的正常进行，故而提高爆破质量是胜利露天煤矿比较突出的问题。提高爆破质量实质就在于减少大块、根底，进而提高采装设备的工作效率，其最主要的技术措施便是选定合理的爆破作业参数，同时，选取合理的爆破参数对爆破经济效益和爆破效果会产生决定性的影响[2]。针对胜利露天煤矿爆破设计中如何选定合理爆破孔网参数进而降低大块产生几率加以探讨。

1 爆破作用下的大块

在爆破工程中，当药包的爆破作用仅限于药包附近的介质而不波及自由面时，这种作用称作内部作用。当炸药只发生内部作用时，药包处形成扩大的空腔外，随着与爆源距离的增大，还可分为压碎区，裂隙区和震动区，如图1所示。在靠近药室的区域，受到强大的爆轰压力直接作用，岩石结构被压得粉碎，其外边界叫压碎圈。压碎圈以外，岩石受压缩波和拉伸波的综合作用，岩石原始结构被破坏，岩石被炸碎并可看到许多径向和环向裂隙，这一区域的边界叫裂隙区。爆破主要是利用裂隙区破碎岩体。

图1 爆破的内部作用

在炸药爆破作用过程中，爆破裂隙区内所产生的裂隙主要由药包中心径向外辐射，导致裂隙间距离随着远离爆破中心点逐渐增加。且在露天煤矿台阶爆破施工中炸药爆破后，冲击波以3 000～5000 m/s的速度在岩石中引起切向拉应力，由此产生的径向裂隙主要向自由面方向发展，而非自由面的裂隙发育效果相对较差。因此在台阶爆破施工中无论是采用逐孔或是逐排起爆的爆破方式，由于自由面的限制，相邻爆孔间所产生的径向裂隙基本不存在交叉，故当径向裂隙间距逐渐增大且不能延展到相邻爆孔的裂隙区时，爆破后的岩体就可能出现大块。

2 胜利露天煤矿大块的产生

从有利于采掘设备作业角度讲，衡量矿岩块度的指标是最长边尺寸，矿岩块最长边尺寸应满足以下要求：

式中：d为矿岩块最长边边长，m；E为挖掘机勺斗容积，m3。

胜利露天煤矿大块一般出现在岩石剥离过程中，该矿采用北方重工WK—35型号电铲作为主要剥离设备，实际斗容37 m3。根据公式（1）可计算出该矿不能被挖掘设备直接进行采装的大块尺寸：

即当爆破后的岩石块体＞2.5 m时，会产生影响该矿采装设备效率的大块岩体。由上述爆破后裂隙区径向裂隙产生的分析可以看出，当一个爆孔内的炸药引爆后，其产生的径向裂隙终端如果到相邻孔的裂隙区距离＞2.5 m即会形成大块，又由于自由面限制了相邻孔间裂隙区的交叉，在忽略压碎区范围的情况下，当径向裂隙终端即裂隙区半径到相邻孔距离＞2.5 m时产生大块，公式为：

式中：Rl为裂隙区半径，m；l为两孔间距离，m。

2个爆孔之间距离取决于施工中的布孔方式，在进行多排布孔时，三角形布孔较为常用，从能量均匀分布观点看，等边三角形更为理想。则布置爆孔的孔距与排距存在下述关系：

式中：b为排距，m；a为孔距，m。

由此可见，在这种三角形的布孔情况下，2个爆孔之间的距离即为布孔孔距，胜利露天煤矿即是选用较为常用的等边三角形方式进行布孔，则大块表达式为：

综上所述，要使爆破后不产生大块的最直接有效的方法是通过计算爆破后的裂隙区半径选定合理的布孔参数。

3 裂隙区半径的确定

爆炸冲击波和应力波作用下岩石的破坏是一个相当复杂的动力学过程[3]。当冲击波通过压碎区以后，继续向外层岩石传播。随着冲击波传播范围的扩大，岩石单位面积的能流密度降低，冲击波衰减为压缩应力波[4]。其强度已经低于岩石的动抗压强度，不能直接压碎岩石。但是，可使压碎圈外层的岩石遭到强烈的径向压缩，进而形成裂隙区。

通常，爆破压碎区半径仅为炮孔半径的2～3倍，虽然范围很小，但冲击波的能量却消耗大半，使得在压碎区界面冲击波衰减为应力波。应力波继续在岩石中传播，造成炮孔周围的岩石径向受压、切向受拉，由于岩石本身的抗拉性[5]，爆破裂隙区岩石中的径向裂隙成为爆破破坏的主要形式，通常选用计算裂隙区半径公式如下：

式中：Pd为冲击波作用在孔壁岩石上的初始冲击压力，Pa；St为岩石抗拉强度，N；rb为炮孔半径，m；λ为系数，；α为衰减指数，α=2－；ν为岩石的泊松比。

对于Pd，不耦合装药时：

耦合装药时：

式中：ρ0为炸药密度，g/cm3；ρm为岩石密度，g/cm3；D为炸药爆速，m/s；rc为药卷半径，m；Cp为岩石内的纵波速，m/s。

由于胜利露天煤矿爆破施工作业采用耦合装药，选用式（8）计算Pd，其余所需岩石物性参数参考沈阳设计院所做《沿帮排土场扩容工程地质勘察报告》对网络获取数据进行修正、选取，见表1。

根据现场爆破施工的不同位置，对应相应的层位岩石物性参数，可以计算出对应的爆破裂隙区半径，现以式（6）泥质砂岩为例进行计算，采用密度为1.15 g/cm3的铵油炸药进行爆破，其炸药爆速为3 000 m/s。

计算得出：

计算（3）含砾泥质砂岩得出：

表1 胜利露天煤矿各层位矿岩物性参数

计算（7）6煤得出：

4 确定合理布孔参数降低大块产生率

为了降低大块产生概率确定合理的孔网参数即为选择合理的相邻孔间距。

胜利露天煤矿选用较为常用的等边三角形方式布孔，相邻孔间距离即为孔距a，根据公式（5）：

分别计算矿岩（a3）含砾泥质砂岩、（a6）泥质砂岩、（a7）6煤的孔距a为：

依据公式（4）计算排距b为：

综上所述，胜利露天矿3种矿岩爆破后不产生大块的合理孔网参数应分别为：①含砾泥质砂岩：9.0 m×7.5 m；②泥质砂岩：7.5 m×6.5 m；③6煤：6.5 m×5.5 m。

5 优化装药结构降低大块率

一般来说，爆破装药结构主要有2种，即连续装药和间隔装药，间隔装药通常又称作分段装药。分段装药是在爆破参数不改变的前提下，改变装药结构。底部间隔与连续装药结构相比，能量沿炮孔均匀分布，降低爆炸脉冲初始压力，延长爆破作用时间，使爆破能量的分配趋于合理[6]。分段装药使炸药得以合理分配，避免其过于集中炮孔下部，从而使中部和上部岩体也能承受不同程度的直接爆破作用，可以使相同量的炸药发挥出更大的威力。胜利露天煤矿需要进行爆破工程的大部分岩体性质都不是过于坚硬，并由于其使用采装设备规格较大，不需要通过爆破作用将岩体爆破至过于破碎。间隔装药降低了作用在孔壁的峰值压力，减少了炮孔周围岩石的过度粉碎，提高了有效能量的利用率[7]。

在爆破作用过程中，自由面小和自由面的个数少，爆破作用受到夹制的作用大，爆破困难。夹制作用意为爆破时，在有限界面的边界对于一定深度的炮孔装药，不能完全发挥其作用，使岩石难以从整个炮孔深度上全爆破下来。在有限界面内一定深度炮孔爆破时，向界面传播应力波等能量使界面边界内的介质发生破坏，传播到边界外的能量将向介质深部传播，这一部分能量由于边界的阻隔，对界面边界以内的介质起不了作用，致使爆破总能量流失一部分。而采用间隔装药，孔内微差爆破可以在提高炸药爆破能量利用率的同时，增加自由面个数，从而降低夹制作用对爆破效果的影响。

采用分段装药的关键在于如何确定其间隔长度，由于是对露天煤矿进行深孔台阶爆破，一般台阶高度不会大于15 m，因此采用总装药长度一分为二的装药结构。

根据之前算得的爆破布孔孔网参数，为保证爆破作用力有效作用在炮孔周围岩石，而不会因为填塞长度太短发生冲天炮现象，可以确定炮孔的填塞高度lt≥ a/2。由于胜利露天煤矿炮孔内装药采取径向耦合的方式填装现场混装炸药，可以计算此时，分段药柱间间隔距离：

式中：h为炮孔深度，m；Q为单孔药量，kg。

由此可知，根据不同岩层特性可以在确定炮孔参数及单孔装药量的情况下，根据所需炮孔深度确定分段装药药柱间间隔距离，从而提高炸药爆破能量利用率，降低爆破后产生大块的概率。

6 结语

寻求最佳爆破参数，实现精细爆破，从而保证矿山生产效益最大化[8]。是胜利露天煤矿爆破工程施工当前急需改善的重要生产要素，根据不同的岩层特性，通过计算确定合理布孔参数，并在确定爆破单孔药量的前提下，通过计算可以得出最优的分段装药药柱间隔距离，优化装药结构。最终提高爆破施工的质量，从而最大程度发挥炸药爆炸有效能量，达到改善爆破效果的目的，降低胜利露天煤矿爆破施工后大块产生率，提高生产效率。

［1］胡振襄.露天矿爆破至破碎综合优化［D］.武汉：武汉理工大学，2012．

［2］刘福高.现场混装乳化炸药爆破参数优化及数值模拟研究［D］.武汉：武汉科技大学，2015．

［3］徐颖，丁光亚，宗琦，等.爆炸应力波的破岩特征及其能量分布研究［J］.金属矿山，2002（2）：13-16．

［4］郭强.水下钻孔爆破孔网参数优化研究［D］.武汉：武汉理工大学，2005．

［5］徐志远，李云峰．深孔松动控制爆破在霍林河南露天矿的应用［J］.露天采矿技术，2009（2）：26-27.

［6］张楚灵，姜建明，黄铁平.底部间隔装药技术在深孔爆破中的应用［J］.化工矿物与加工，2001（7）：30-32．

［7］李建华，赵同云，张金刚，等.中部间隔装药技术在孟家沟采场应用探索［J］.现代矿业，2009（6）：103-104

［8］王涛.黄麦岭露天矿台阶爆破参数优化及爆破振动效应研究［D］武汉：武汉理工大学，2013．

【责任编辑：陈 毓】

Determination of blasting engineering hole net parameter in Shengli Open-pit Mine

GENG Hao,XIAO Bin
(Shenhua Beidian Shengli Energy Co.,Ltd.,Xilinhot 026015,China)

Based on the actual project situation,through calculating the radius of blasting fracture zone,the article determines the reasonable blasting hole pattern parameters,optimizes the structure of inner hole charge and reduces the probability of large rock.

blasting;large rock;hole pattern parameter;fracture zone

TD235.4

B

1671－9816（2017）03－0023－04

2016－10－11

耿 昊（1989—），男，辽宁阜新人，助理工程师，毕业于辽宁工程技术大学，现任神华北电胜利能源有限公司胜利露天煤矿生产技术部采矿技术员。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.03.007

耿昊，肖兵.胜利露天煤矿爆破工程孔网参数确定［J］.露天采矿技术，2017，32（3）：23－25.