勝利露天煤礦爆破工程孔網參數確定

勝利露天煤礦爆破工程孔網參數確定耿昊消兵【摘要】針對勝利露天煤礦工程實際，通過對爆破裂隙區(qū)半徑的計算,確定合理的爆破孔網參數，優(yōu)化孔內裝藥結構，降低大塊產生的幾率.【期刊名稱】《露天采礦技術》【年(卷)，期】2017(032)003【總頁數】4頁(P23-25,30)【關鍵詞】爆破;大塊;孔網參數;裂隙區(qū)【作者】耿昊肖兵【作者單位】神華北電勝利能源有限公司，內蒙古錫林浩特026015;神華北電勝利能源有限公司，內蒙古錫林浩特026015【正文語種】中文【中圖分類】TD235.4露天采礦生產的總成本和爆破效果有密切關系，在生產環(huán)境和巖石特性相同的情況下，爆破參數的不同所產生的爆破效果不同，露天采礦生產各個環(huán)節(jié)的成本也不同［1］。在神華北電公司勝利露天煤礦，爆破質量欠佳會嚴重影響設備效率，甚至影響其他作業(yè)的正常進行，故而提高爆破質量是勝利露天煤礦比較突出的問題。提高爆破質量實質就在于減少大塊、根底，進而提高采裝設備的工作效率，其最主要的技術措施便是選定合理的爆破作業(yè)參數，同時，選取合理的爆破參數對爆破經濟效益和爆破效果會產生決定性的影響［2］。針對勝利露天煤礦爆破設計中如何選定合理爆破孔網參數進而降低大塊產生幾率加以探討。在爆破工程中，當藥包的爆破作用僅限于藥包附近的介質而不波及自由面時，這種作用稱作內部作用。當炸藥只發(fā)生內部作用時，藥包處形成擴大的空腔外，隨著與爆源距離的增大，還可分為壓碎區(qū)，裂隙區(qū)和震動區(qū)，如圖1所示。在靠近藥室的區(qū)域，受到強大的爆轟壓力直接作用，巖石結構被壓得粉碎，其外邊界叫壓碎圈。壓碎圈以外，巖石受壓縮波和拉伸波的綜合作用，巖石原始結構被破壞，巖石被炸碎并可看到許多徑向和環(huán)向裂隙，這一區(qū)域的邊界叫裂隙區(qū)。爆破主要是利用裂隙區(qū)破碎巖體。在炸藥爆破作用過程中，爆破裂隙區(qū)內所產生的裂隙主要由藥包中心徑向外卜輻射，導致裂隙間距離隨著遠離爆破中心點逐漸增加。且在露天煤礦臺階爆破施工中炸藥爆破后，沖擊波以3000~5000m/s的速度在巖石中引起切向拉應力，由此產生的徑向裂隙主要向自由面方向發(fā)展，而非自由面的裂隙發(fā)育效果相對較差。因此在臺階爆破施工中無論是采用逐孔或是逐排起爆的爆破方式，由于自由面的限制，相鄰爆孔間所產生的徑向裂隙基本不存在交叉，故當徑向裂隙間距逐漸增大且不能延展到相鄰爆孔的裂隙區(qū)時，爆破后的巖體就可能出現(xiàn)大塊。從有利于采掘設備作業(yè)角度講，衡量礦巖塊度的指標是最長邊尺寸，礦巖塊最長邊尺寸應滿足以下要求：式中：d為礦巖塊最長邊邊長，m;E為挖掘機勺斗容積，m3。勝利露天煤礦大塊一般出現(xiàn)在巖石剝離過程中，該礦采用北方重HWK—35型號電鏟作為主要剝離設備，實際斗容37m3。根據公式（1）可計算出該礦不能被挖掘設備直接進行采裝的大塊尺寸：即當爆破后的巖石塊體＞2.5m時，會產生影響該礦采裝設備效率的大塊巖體。由上述爆破后裂隙區(qū)徑向裂隙產生的分析可以看出，當一個爆孔內的炸藥引爆后，其產生的徑向裂隙終端如果到相鄰孔的裂隙區(qū)距離〉2.5m即會形成大塊，又由于自由面限制了相鄰孔間裂隙區(qū)的交叉，在忽略壓碎區(qū)范圍的情況下，當徑向裂隙終端即裂隙區(qū)半徑到相鄰孔距離〉2.5m時產生大塊，公式為：式中：Rl為裂隙區(qū)半徑，m；l為兩孔間距離，m。2個爆孔之間距離取決于施工中的布孔方式，在進行多排布孔時，三角形布孔較為常用，從能量均勻分布觀點看，等邊三角形更為理想。則布置爆孔的孔距與排距存在下述關系：式中：b為排距，m；a為孔距，m。由此可見，在這種三角形的布孔情況下，2個爆孔之間的距離即為布孔孔距，勝利露天煤礦即是選用較為常用的等邊三角形方式進行布孔，則大塊表達式為：綜上所述，要使爆破后不產生大塊的最直接有效的方法是通過計算爆破后的裂隙區(qū)半徑選定合理的布孔參數。爆炸沖擊波和應力波作用下巖石的破壞是一個相當復雜的動力學過程［3］。當沖擊波通過壓碎區(qū)以后，繼續(xù)向外層巖石傳播。隨著沖擊波傳播范圍的擴大，巖石單位面積的能流密度降低，沖擊波衰減為壓縮應力波［4］。其強度已經低于巖石的動抗壓強度，不能直接壓碎巖石。但是，可使壓碎圈外卜層的巖石遭到強烈的徑向壓縮，進而形成裂隙區(qū)。通常，爆破壓碎區(qū)半徑僅為炮孔半徑的2~3倍，雖然范圍很小，但沖擊波的能量卻消耗大半，使得在壓碎區(qū)界面沖擊波衰減為應力波。應力波繼續(xù)在巖石中傳播，造成炮孔周圍的巖石徑向受壓、切向受拉，由于巖石本身的抗拉性［5］，爆破裂隙區(qū)巖石中的徑向裂隙成為爆破破壞的主要形式，通常選用計算裂隙區(qū)半徑公式如下:式中：Pd為沖擊波作用在孔壁巖石上的初始沖擊壓力，Pa;St為巖石抗拉強度，N;rb為炮孔半徑，m;入為系數，；a為衰減指數，a=2-;v為巖石的泊松比。對于Pd，不耦合裝藥時：耦合裝藥時：式中：p0為炸藥密度，g/cm3;pm為巖石密度，g/cm3;D為炸藥爆速，m/s;rc為藥卷半徑，m；Cp為巖石內的縱波速，m/s。由于勝利露天煤礦爆破施工作業(yè)采用耦合裝藥，選用式（8）計算Pd，其余所需巖石物性參數參考沈陽設計院所做《沿幫排土場擴容工程地質勘察報告》對網絡獲取數據進行修正、選取，見表1。根據現(xiàn)場爆破施工的不同位置，對應相應的層位巖石物性參數，可以計算出對應的爆破裂隙區(qū)半徑，現(xiàn)以式（6）泥質砂巖為例進行計算，采用密度為1.15g/cm3的銨油炸藥進行爆破，其炸藥爆速為3000m/s。計算得出：計算（3）含礫泥質砂巖得出：計算（7）6煤得出：為了降低大塊產生概率確定合理的孔網參數即為選擇合理的相鄰孔間距。勝利露天煤礦選用較為常用的等邊三角形方式布孔，相鄰孔間距離即為孔距a，根據公式（5）：分別計算礦巖（a3）含礫泥質砂巖、（a6）泥質砂巖、（a7）6煤的孔距a為：依據公式（4）計算排距b為：綜上所述，勝利露天礦3種礦巖爆破后不產生大塊的合理孔網參數應分別為：①含礫泥質砂巖：9.0mx7.5m;②泥質砂巖：7.5mx6.5m;③6煤：6.5mx5.5m?！銇碚f，爆破裝藥結構主要有2種，即連續(xù)裝藥和間隔裝藥，間隔裝藥通常又稱作分段裝藥。分段裝藥是在爆破參數不改變的前提下，改變裝藥結構。底部間隔與連續(xù)裝藥結構相比，能量沿炮孔均勻分布，降低爆炸脈沖初始壓力，延長爆破作用時間，使爆破能量的分配趨于合理［6］。分段裝藥使炸藥得以合理分配，避免其過于集中炮孔下部，從而使中部和上部巖體也能承受不同程度的直接爆破作用，可以使相同量的炸藥發(fā)揮出更大的威力。勝利露天煤礦需要進行爆破工程的大部分巖體性質都不是過于堅硬，并由于其使用采裝設備規(guī)格較大，不需要通過爆破作用將巖體爆破至過于破碎。間隔裝藥降低了作用在孔壁的峰值壓力，減少了炮孔周圍巖石的過度粉碎，提高了有效能量的利用率［7］。在爆破作用過程中，自由面小和自由面的個數少，爆破作用受到夾制的作用大，爆破困難。夾制作用意為爆破時，在有限界面的邊界對于一定深度的炮孔裝藥，不能完全發(fā)揮其作用，使巖石難以從整個炮孔深度上全爆破下來。在有限界面內一定深度炮孔爆破時，向界面?zhèn)鞑Σǖ饶芰渴菇缑孢吔鐑鹊慕橘|發(fā)生破壞，傳播到邊界外的能量將向介質深部傳播，這一部分能量由于邊界的阻隔，對界面邊界以內的介質起不了作用，致使爆破總能量流失一部分。而采用間隔裝藥，孔內微差爆破可以在提高炸藥爆破能量利用率的同時，增加自由面?zhèn)€數，從而降低夾制作用對爆破效果的影響。采用分段裝藥的關鍵在于如何確定其間隔長度，由于是對露天煤礦進行深孔臺階爆破，一般臺階高度不會大于15m,因此采用總裝藥長度一分為二的裝藥結構。根據之前算得的爆破布孔孔網參數，為保證爆破作用力有效作用在炮孔周圍巖石，而不會因為填塞長度太短發(fā)生沖天炮現(xiàn)象，可以確定炮孔的填塞高度lt>a/2。由于勝利露天煤礦炮孔內裝藥采取徑向耦合的方式填裝現(xiàn)場混裝炸藥，可以計算此時，分段藥柱間間隔距離：式中：h為炮孔深度，m;Q為單孔藥量，kg。由此可知，根據不同巖層特性可以在確定炮孔參數及單孔裝藥量的情況下，根據所需炮孔深度確定分段裝藥藥柱間間隔距離,從而提高炸藥爆破能量利用率,降低爆破后產生大塊的概率。尋求最佳爆破參數，實現(xiàn)精細爆破，從而保證礦山生產效益最大化［8］。是勝利露天煤礦爆破工程施工當前急需改善的重要生產要素，根據不同的巖層特性，通過計算確定合理布孔參數，并在確定爆破單孔藥量的前提下，通過計算可以得出最優(yōu)的分段裝藥藥柱間隔距離，優(yōu)化裝藥結構。最終提高爆破施工的質量，從而最大程度發(fā)揮炸藥爆炸有效能量，達到改善爆破效果的目的，降低勝利露天煤礦爆破施工后大塊產生率，提高生產效率?！鞠嚓P文獻】［1］胡振襄.露天礦爆破至破碎綜合優(yōu)化［D］.武漢：武漢理工大學，2012.［2］劉福高.現(xiàn)場混裝乳化炸藥爆破參數優(yōu)化及數值模擬研究［D］.武漢：武漢科技大學，2015.［3］徐穎，丁光亞，宗琦，等.爆炸應力波的破巖特征及其能量分布研究［J］.金屬礦山，2002(2):13-16.［4］郭強.水下鉆孔爆破孔網參數優(yōu)化研究［D］.武漢：武漢理工大學，2005.［5］徐志遠，李云峰.深孔松動控制爆破在霍林河南露天礦的應