孙志鸣
（中煤平朔集团有限公司 安家岭露天矿，山西 朔州 036800）
爆破作业炸药单耗高，爆破后易产生根底、大块一直是露天煤矿安全生产作业中面临的一大难题。安家岭露天矿钻孔爆破一直采用经验法作业，没有可靠地数据支撑，导致采区采装中经常出现根底、大块，且炸药用量无法预算。因此，对传统的爆破工艺进行改革，优化爆破参数，降低炸药单耗，避免采装作业中根底、大块产生，是安家岭露天矿面临的一项必须攻克的难题。
安家岭露天矿于1997 年10 月1 日开工建设，2001 年7 月1 日主体工程基本建成，进行联合试运转，2003 年7 月1 日全面进行试生产[1]。安家岭露天矿剥离采用单斗-卡车开采工艺；
采煤为单斗-卡车-地面半固定破碎站-带式输送机-选煤厂半连续开采工艺[2]。采煤采用斗容35 m3单斗挖掘机配合前装机，装200 t 级卡车运输；
剥离采用斗容35 m3和55 m3挖掘机，装200 t 和300 t 级卡车运至内排土场排弃，排土采用推土机辅助推排。
安家岭露天开采4（4-1）、42-3（4-3）、7、9、11共5 个煤层，平均可采厚度分别为7.14、3.24、1.64、16.26 和4.10 m。主采煤层4、9、11 3 个煤层，平均厚度约27.50 m。
地质情况如下：
1）地形地貌。本矿田属于山西黄土高原朔平台地之低山丘陵，全区多为黄土覆盖，区内黄土台地曾经受强烈的侵蚀切割作用[3]，加之区内植被稀疏，形成梁、垣、峁等黄土高原地貌景观。沟谷发育，呈“V”字形，切割深度40～70 m。区内地形基本呈北高南低之趋势，中部高，两边低。自北而南，以古文梁、红色梁、疙瘩上、庙梁、长征梁、兔儿梁、大岭梁一线为本区马关河与马营河之分水岭[3]。矿区内地形基本呈北、西高，东、南低之趋势。最高点位于矿区北界双圪塔梁，海拔高度1 435 m，最低点为矿区东部的马关河床，海拔高度1 180 m，相对高差255 m[4]。
2）矿田构造。①白家辛窑向斜：位于本区西部，轴向N35°E～N15°E，向S、N 延伸出井田，两翼倾角基本一致，倾角5°左右，南部东翼倾角略大于西翼，区内延伸长度1 300 m；
②芦子沟背斜：为一区域性褶曲，西北端自平凡城区起，以南东40°方向向南延伸，转为N30°E 经B2205 孔进入本区，两翼产状不一致，北西翼倾角3°～5°，南东翼倾角6°～9°，在区内背斜轴长度约6 000 m，从区域性看，该背斜为弧型褶曲，弧顶指向南东；
③白西沟向斜：发育于本区东南部的白西沟村及计高登一线，走向近南北之向南倾伏的向斜，向南开阔，在矿区内延伸约2 670 m[5]。
安家岭露天矿岩性主要为砂质泥岩、砂岩、泥灰岩，坚固系数f＝4～8。以往爆破工长对装药炮区岩性的了解大多是通过验孔员口头描述为主，存在一定的随意性，也导致对一些岩层分布复杂的炮区分析判断与实际情况差距很大。优化后通过现有钻孔资料及现场实际揭露情况，每月由生产技术部建立计划爆破作业区域地质模型，地质模型中要详细标明每个计划炮区的地质构造、物料岩性及范围、坚固系数、结构面发育情况等，作为每个炮区爆破设计依据。依据爆破地质模型，计划每周选取2～3 个具有代表性的炮区对爆破参数进行优化调整。
2.1 孔网参数的优化调整
2.1.1 钻孔直径的选择
当前一般煤层和倾斜面爆破作业，一般选用165 mm 钻头的钻机穿孔作业，其余大型炮区优先选择250 mm 钻头的电钻穿孔作业。优化后通过生产技术部提供的爆破作业区域地质模型中对岩体结构和构造、岩体性质、台阶高度等详细数据进行分析以及爆区周边环境和设备安全措施来确定钻孔直径，并通过钻孔爆破后的效果评估，最后决定适合现场条件的孔径标准。
2.1.2 底板抵抗线及孔边距
底板抵抗线和孔边距的大小是爆破效果和爆破安全最重要的参数[6]。数值过大可能造成残留根底多，后冲作业大，过小不仅浪费炸药还可能产生飞石。所以其值应当正确选取。当前爆破作业区域的底板抵抗线在7～10 m，孔边距≥3 m，钻机司机在穿孔过程中都是通过穿孔设计和现场作业经验进行调整，没有具体数值。为此，计划根据被爆矿岩的岩性、所用炸药特性和数量以及炮孔直径大小等进行不断验证[7]，最后决定不同现场条件的底板抵抗线和孔边距的标准。验证过程中一般选用较广泛应用的最小抵抗线长度为孔径倍数的计算方法而最小抵抗线长度为孔径的倍数：
W＝k1d
式中：W 为最小抵抗线长度，mm；
k1为倍数系数；
d 为钻孔直径，mm。
倍数系数k1的取值见表1。
表1 倍数系数k1 的取值
孔径165 mm 钻机考虑移动方便，爬坡能力强。一般考虑在煤层、倾斜面以及作业面复杂的小型爆破区域穿孔作业，上面公式没有参考价值。
底盘抵抗线数值确定后，通过钻孔爆破后炸药单耗、爆破效果、炮区后冲情况、飞石产生情况等进行效果评估，通过不断优化最后决定适合现场条件的最小抵抗线和孔边距。
2.1.3 孔距和排距
当前安家岭矿布孔方式为矩形布孔，倾斜面、小型炮区采用孔径φ165 mm 钻机，钻孔孔网参数为6 m×6 m；
对于爆破面积较大岩石炮区采用孔径φ250 mm 钻机，钻孔孔网参数为8 m×8 m；
煤层用孔径φ165 mm 钻机，钻孔孔网参数为7 m×7 m。优化布孔方式和孔网参数，布孔方式根据炮区形状、爆破面积等合理运用矩形布孔和三角形布孔。
2.2 装药参数的优化调整
1）装药长度和充填长度。当前孔径φ250 mm 炮孔深度≥14 m 一般充填深度为7 m，孔径φ165 mm炮孔深度≥12 m 一般充填深度为6 m。孔深小于10 m 的炮孔一般装药长度和充填长度各占1/2。由于合理的装药长度和充填长度，可延长爆轰气体在孔内的作用时间，对改善爆破效果、控制爆破飞石和提高炸药能量利用率具有重要意义[7]。优化后安家岭矿计划通过生产技术部提供的爆破作业区域地质模型的实际情况，通过充填长度与孔径或抵抗线之间的关系，通过不断爆破实验进行验证，确定相同作业环境下最理想的装药长度和充填长度。充填长度一般可按以下孔径或底盘抵抗线来验证，即：
L1＝（20-30）φ
L1≥0.75W1
式中：L1为充填长度，mm；
φ 为炮孔直径，mm；
W1为底盘抵抗线，mm。
2）分段装药。当前安家岭矿分段装药量没有明确数据支持，炸药之间的分段采用2～3 m 岩渣分段。为此，改变间隔炸药长度和上下药柱的装药量，验证得出相同作业环境下最理想的分段装药数据，为以后的分段装药做数据支持。
3）炸药类型。安家岭矿现用炸药为乳化炸药、多孔粒状铵油炸药以及重铵油炸药。一般干孔使用多孔粒状铵油炸药，深水孔使用乳化炸药。为此，对硬岩分布均匀的炮区区在分段装药过程中采用铵油炸药和重铵油搭配分段使用或对一定水深的炮孔通过轰水现装铵油炸药爆破，轰水深度需要实验验证。
4）爆破设计。要详细标明平盘岩石岩性、孔数、爆破方量、单耗等台阶爆破参数。目的是以便后期施工有施工标准及爆破效果验证依据。
2.3 爆破施工精细化
1）炮区清理到位。清理完成后穿爆队要对整备队炮区清理面积、炮区平整度、表层虚量等进行验收考核。并在月底对整备队炮区清理情况进行考核统计，便于钻机精准作业。
2）炮区标高及地质情况校核。钻孔作业过程中，穿爆队作业人员要对生产技术部提供的数据进行校核。钻机司机要对钻孔过程中不同深度岩层软硬情况做好硬度记录，与生产技术部提供的岩性数据进行对比。对实际作业情况与数据差异较大的要及时与爆破设计人员沟通，以便重新调整穿孔设计和装药结构。
3）验孔（包括孔网参数、装药参数）。穿孔完成后，布孔／验孔工长要及时组织验孔员到现场对炮孔个数、孔行距、炮孔深度、炮孔水深情况等进行查验并做好记录，要求每个炮孔必须符合设计要求，对不符合设计要求的炮孔及时进行投孔、补打平行孔。保证爆破以后所以爆破数据真实有效。
4）装药。装药前，爆破工要对自己负责炮孔进行复验，确保爆破工对自己所装炮孔详细情况了如指掌；
装药过程中，要严格按照设计装药，爆破工长要对炮孔的装药、充填质量进行监督检查，确保每个炮孔的装药充填效果严格按照爆破设计[4]，对爆破存在问题的炮孔，责任到人，有据可依。
安家岭露天矿已按照编制的方案进行优化，通过调整孔网参数、药柱长度、装药结构，在控制飞石、减少振动效应的同时，降低炸药单耗。在实施深孔爆破参数优化方案后，炸药使用量明显减少，降低了爆破振动效应，爆量效果评价良好，电铲采掘效率得到提升。
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