别矿台阶岩与煤同爆技术研究与实践.pdf

第37卷第4期 2020年12月 Vo l . 37 No . 4 Dec . 2020 bMg do i10. 3963/j. issn . 1001 -487X. 2020.04.012 别矿台阶岩与煤同爆技术研究与实践 郭春恫张力」，牛国庭2，池恩萨，孟庆浩1 1.保利新联爆破工程集团有限公司，贵阳550025 ；2.贵州省公安厅，贵阳550025 ； 3.保利久联控股集团有限责任公司，贵阳550025 摘要别斯库都克露天煤矿简称别矿北帮台阶应幻段呈三角岩体覆压三角煤体状,采用岩与煤分 爆分采工艺不能满足高效、经济、安全的施工要求。基于此况而提出岩与煤同爆分采方案。根据K2-K3段 岩与煤厚度孔深走势、单孔爆破破碎半径及爆破主辅关系而将其细划为d、B、C三个区段，通过分区段设 计爆破参数、严格执行爆破施工操作等方式来提升同爆效果。岩与煤同爆方案避免了机械设备在斜煤面上 作业而存在的不安全状态，精简了施工流程。较分爆分采工艺而言，剥采周期由17 d降至8 d,节省炸药用 量1.01 t ,爆破单耗由0.37 kg/m3降至0.26 kg/m‘，钻孔进尺由399 m降至374 m,煤的贫化由6.9降至 6.7。岩与煤同爆技术偏重解决现场实际工程问题，然设计依据尚不成熟且对施工操作要求较高，尚有很大 优化空间。 关键词岩与煤同爆；爆破区段；爆破参数；爆破施工操作 中图分类号TD235.3 文献标识码A 文章编号1001 -487X202004 - 0069 - 06 Research and Practice on Co-blasting of Rock and Coal in Beskuduk Mine GUO Chu n-yang1, ZHANG Li1 ,NIU Gu o-t ing2, CHI En-an3 ,MENG Qing-hao1 1. Po l y Xin l ia n Bl a st in g En gin eer in g Gr o u p Co Lt d, Gu iya n g 550025 , Ch in a ； 2. Gu izh o u Pr o v in c ia l Pu bl ic Sec u r it y Depa r t men t, Gu iya n g 550025 , Ch in a ； 3. Po l y Lo n g Jo in t Gr o u p Co Lt d,Gu iya n g 550025 ,Ch in a Abstract Th e K2 - K3 sec t io n a t t h e n o r t h side o t h e Besku du k o pen -pit c o a l min e c o n t a in s a t r ia n gl e c o a l bo dy c o v er ed by r o c k ma ss wit h t h e sa me sh a pe. Th e c o n v en t io n a l t ec h n o l o gy is t o bl a st a n d h a u l t h e r o c k a n d c o a l sepa r a t el y, wh ic h c a n n o t meet t h e r equ ir emen t s o f h igh ef f ic ien c y, ec o n o my a n d sa f et y. Ba sed o n t h is sit u a t io n, t h e c o bl a st in g o f r o c k a n d c o a l wa s pr o po sed. Th r ee bl a st in g a r ea s in K2 K3 sec t io n wer e div ided a s sec t io n A, sec t io n B a n d sec t io n C ba sed o n t h e f o l l o win g c r it er ia t h e t r en d o t h e t h ic kn ess o t h e r o c k a n d c o a l h o l e dept h ；t h e c r u sh in g r a diu s o t h e sin gl e h o l e bl a st; t h e bl a st in g pr ima r y a n d sec o n da r y r el a t io n sh ip. A su per io r bl a st in g ef f ec t c o u l d t h en be a c h iev ed by design in g bl a st pa r a met er s in dif f er en t a r ea s a n d st r ic t l y c o n du c t in g bl a st o per a t io n s. Th e c o bl a st in g o r o c k a n d c o a l c o u l d a v o id t h e u n sa f e o per a t in g sit u a t io n f o r equ ipmen t wo r kin g o n in c l in ed c o a l f a c es a n d st r ea ml in e t h e c o n st r u c t io n pr o c ess. Co mpa r ed t o t h e c o n v en t io n a l bl a st in g t ec h n o l o gy, t h e c o -bl a st in g o f r o c k a n d c o a l in t h e K2 -K3 sec t io n h a s r edu c ed t h e st r ippin g c yc l e f r o m 17 da ys t o 8 da ys,po wder f a c t o r f r o m 0. 37 kg/m3 t o 0. 26 kg/m3,dr il l in g f o o t a ge f r o m 399 m t o 374 m,a n d c o n sequ en t l y t h e depl et io n o f c o a l f r o m 6. 9 t o 6. 7. Mo r eo v er ,t h e n ew t ec h n o l o gy h a s sa v ed ex pl o siv e c h a r ge f o r 1. 01 t . Th e c o -bl a st in g t ec h n o l o gy f o r r o c k a n d c o a l is f o c u sed o n so l v in g pr a c t ic a l en gin eer in g pr o bl ems o n sit e. Ho wev er, it s design ba sis is st il l n o t ma t u r e a n d h a s h igh er r equ ir emen t s f o r c o n st r u c t io n o per a t io n s, wh ic h n eeds t o be c o n t in u o u sl y ex pl o r ed a n d impr o v ed. Key words c o -bl a st in g o f r o c k a n d c o a l; bl a st in g sec t io n ； bl a st in g design pa r a met er s; pr a c t ic e o bl a st in g o per a t io n 70爆破2020年12月 长期以来,岩与煤同爆技术较少应用于工程实 践，一是缺少相关理论、工程案例、技术经验支撑;二 是爆破设计与施工操作需满足一定的精细度，否则 易增大煤的贫化;三是岩与煤同爆多适用于多煤层、 揭岩露煤等地况条件。神华新疆某露天煤矿非主采 区的薄煤层区域结合数码电子雷管和爆破设计软件 实现岩与煤同爆⑷；霍林河煤田采用岩与煤同爆方 案实现了多煤层复杂地质条件下高效开采;林河南 露天矿岩与煤混穿、混爆解决了急倾斜煤层开采难 题;平朔安家岭露天煤矿通过岩与煤同爆技术缩短 了生产周期。露天多煤层复杂地质、揭岩露煤等工 况下,岩与煤同爆技术有较强的专用性。 别斯库都克露天煤矿位于哈密市巴里坤县城北 西320。方向140 km,属巴里坤县管辖，坑下岩石剥 采工程采用爆破破岩一挖掘机采装一矿卡运至排岩 场、原煤松动爆破一单斗挖掘机采装一矿卡运至半 固定式破碎站联合开采工艺。当前,剥采工程形成 12个台阶，其中北帮各台阶岩与煤交接区（约 9200 mJ呈三角岩体覆压三角煤体状，岩与煤同爆 技术适合用于此地况条件，如图1是三角岩体覆压 三角煤体台阶示意图与实图。 图1三角岩体覆压三角煤体台阶示意图与实图 Fig. 1 Th e sc h ema t ic a n d r ea l pic t u r e o f t r ia n gl e r o c k r o o f a n d t r ia n gl e c o a l 1岩与煤分爆分采 1192台阶K2-K3段岩与煤交接共存区域长 56 m,宽13.5 14 m,台阶高12 m,岩与煤总方量约 9200 m3，岩与煤各占50方量。该区段岩石新鲜, 以灰色的中砂岩、细砂岩为主，夹少量粉砂岩、泥岩, 整体为钙质胶结，裂隙不甚发育;该区段三角煤体为 长焰煤,变质程度较低，抗碎强度为75.0,呈灰黑 色黑色，沥青光泽,条带状、层状构造，煤质略微坚 硬，松动爆破即可开采⑵。该区段岩与煤物理性质 如表1所示。 表1北帮1192台阶 其特点是工序冗杂、组织协调工作大和剥采周期长。 据矿生产统计,1192台阶K2 K3段实施岩与煤分 爆分采工艺，炸药使用量3404 kg,平均爆破单耗为 0.37 kg/n ,穿孔进尺399 m,岩与煤剥采循环周期 收稿日期2020 - 07 - 27 作者简介郭春阳（1990 -），男，爆破工程师，硕士研究生，从事矿山 台阶爆破研究，（E-ma il） gu o c y2536274503 sin a . c o mQ 通讯作者张 力（1978 -）,男，爆破工程师，本科，主要从事爆破工 程技术工作,（E-ma il） 602574716 qq. c o m。 17 d,煤的贫化为6.9；此外，三角煤体呈32。彳顷斜 状，属倾斜煤层，挖掘机在倾斜煤面采装岩石爆块、 清理煤面浮石及钻机在斜煤面钻孔等作业过程中存 在爬坡困难、设备倾覆等不安全隐患。 2岩与煤同爆技术 2.1爆破参数设计爆破参数设计 2.1.1 分区设计孔排距 结合表1中岩与煤的物理性质及该矿长期以来 积累的爆破经验知别矿钻孔孔径为120 mm,岩体 单孔破碎半径R岩3.5 m,煤体深孔松动爆破破裂 半径人煤二5m。岩顶板与其毗邻的煤体力学性质差 第37卷第4期郭春阳，张力,牛国庭，等别矿台阶岩与煤同爆技术研究与实践71 异较大,随三角岩顶板与三角煤体厚度走势变化，岩 与煤的孔深随之发生相应变化，由表1中岩与煤物 理性质、孔深变化趋势、岩与煤单孔爆破作用范围及 爆破主辅关系而将H92台阶K2-K3段岩与煤交 接区划分为三个爆破设计、施工区段⑶M区煤体 多、岩体量少，以深孔煤体爆破为主，浅孔岩体爆破 为辅，三角岩体厚度为0 3.5 m,煤体厚度为12 8.5 m；B区段煤体、岩体方量相当且均含有深孔、浅 孔爆破,岩体、煤体爆破同等重要,岩体厚度为3.5 8.5 m,煤体厚度为8.5 3.5 m；C区段煤体少、岩 体多,以深孔岩体爆破为主,煤体不进行爆破,岩石 厚度为8.5 - 12 m,煤体厚度为3. 5 0 m。 A区段岩体孔网参数为3 m X 3. 5 m、3. 5 m x 3.5 m,通过调节单孔装药量来提高A区岩石浅孔 爆破效果;B、C区段岩体以孔深大于孔距、排距且兼 顾排距XR岩、孔距a W2R岩为孔排距设计原则⑷， 故设计B、C区岩体孔网参数为4 mx 3.5 m、5 mx 3.5m、6mx 3.5m。煤体以42号长焰煤煤为主，其 中夹有气煤、不粘煤和弱粘煤,宏观煤组份主要以暗 煤为主,丝炭、亮煤次之,煤体可凿性好，松动爆破即 可开挖。随三角煤体厚度变化，煤孔深亦相应变化; 同理，以孔深大于孔距、排距且兼顾排距 XR煤、孔 距a2R为设计原则，A区煤体孔网主要有 10 m x 5 m、8. 5 m x 5 m；B区煤体孔网参数主要有 7 mx 5m,6mx 5m,5mx 5m,4mx 5m；C 区煤体 厚0 0.35 m,借助煤岩交接线上部岩石透射的爆 破压缩应力波和反射拉伸波作用于煤体可产生裂隙 1.5-2 m[5-7],因此不对C区煤体进行爆破。1192 台阶K2-K3段岩与煤的孔排距设计如图2所示。 ---------I 吕 /区域第灌战,岩孔深3.58.5 *区域煤孔深8.5-3.S 广反谕岩孔深8.512m 。区碘煤孔深3.5〜0 m 三角...... | 10 m X 5 m11严区域不设煤牛| 4 m X 3.5 m 5 m X 3.5 m 煤孔护 45 ▲三角煤体的孔位 临空面 三角岩体的孔位A 三角煤岩体同孔的孔位 岩孔3-3.5 3 3 m X 3.5 m 3.5 m x 3 图2 1192台阶K2X3段岩与煤同爆方案爆破参数设计图示 Fig. 2 Th e design dia gr a m o f bl a st in g pa r a met er s o f c o a l a n d r o c k in 1192 pl a t f o r m ai K2 K3 2.1.2 孔排数及前排抵抗线 临空面岩与煤的运动能量主要受前排抵抗线影 响,适当增加煤体临空面抵抗线会显著降低煤的爆破 外散能量和缩小抛掷范围;而最小抵抗线方向往往是 岩或煤运动速度最快且爆破作用最为聚集的区域，通 过调节前排抵抗线来提高岩石爆破效果及控制煤的 抛掷⑷，进而减少岩与煤的Wo 1192台阶宽13.5 14 m,由上述岩与煤孔排距可知，岩的排距为3. 5 m, 煤体的排距为5 m；岩体前排抵抗线“令丘君,设计岩 体前排抵抗线3 3 3.5 m,故上部岩体存在4排炮 孔；煤体前排抵抗线蚀〜丘媒，煤体前排抵抗线仞4〜 5 m,故煤体存在3排炮孔。为防止岩石爆破“气锲” 遇煤孔而中止，尽量避免煤孔、岩孔在同一纵、横线 上;如出现煤孔与岩孔同位或者就近（0.5 m范围内） 的情况，因煤体较岩体而言,煤体爆破效果受孔排距 影响小，所以移动煤孔位来形成岩与煤同孔,岩与煤 同孔亦可减少钻孔进尺。1192台阶血K3段岩与 煤孔排数与前排抵抗线如图2所示。 2.1.3爆破网路 由图2可见,岩体有4排炮孔，煤体有3排炮 孔,第二排煤孔与第三排岩孔、最后一排煤孔与最后 一排岩孔大致处于一条直线上，可视为一排炮孔来 进行网路敷设，合理的岩与煤排间爆破微差延时有 助于降低岩与煤混杂，孔底起爆后爆堆积高度适中， 松散系数最高⑼；炸药做功推动煤与岩发生强烈相 对运动,若排间间歇时间长则易增大煤岩互混程度 而造成煤的贫化升高，排间微差延50 ms有助于岩 石的破碎和外推;因此上部岩面有5排炮孔为孔底 起爆问、排间微差延时50 ms逐排起爆，为防止爆 破网路损坏，设计双回路网络来保障网路传爆的可 靠性。双回路排间微差延时50 ms煤与岩逐排起爆 网路，如图3所示。 72爆破2020年12月 C区域B区域 AA 第五排炮孔 第四排魏孔 第一排炮型 ■-----■ 距孔口中心0.5 m范 围钻渣、石块清理干净,严防掉入孔内而发生堵孔。 如图5所示GPS-RTK空间定位a 、利用CASS8.0 对孔位绘图管理b。 2.2.2 间隔装药与填塞 岩与煤同爆技术之所以用到间隔装药,一方面 通过控制装药量进而减少岩与煤混杂程度，另一方 面通过控制装药量提升煤体松动爆破效果、控制煤 的抛掷,A区和部分B区煤体中孔深超过5 m的煤 孔采用间隔装药。岩与煤同爆实施过程中单孔装药 量的多少因孔位而异，每个炮孔承担的爆破方量不 同，则炮孔内装填的炸药量不同。别矿煤体松动爆 破单耗约为0.15 kg/m3,爆破员在施工过程中，根 据煤的孔网参数、单孔承担的爆破松动量来控制间 隔长度，间隔材料采用矿区常见易得的柔性编织带。 为降低煤岩交界面下部煤体粉碎程度、增大煤 岩混杂程度进而增大煤的贫化，对于B区岩与煤交 接面的岩孔,钻凿岩孔时见煤辄停;对煤岩交接面上 部的岩孔复填30-50 c m后再进行装药。对于 区域煤孔，为了增大煤孔堵塞摩擦力，较少来自药柱 顶部的直接压实力，通过阻塞编织袋对上端药柱进 行隔离，避免填塞物料混杂在药柱上端而造成乳化 炸药不纯，影响爆破效果。 第37卷第4期郭春阳，张力,牛国庭，等别矿台阶岩与煤同爆技术研究与实践73 b CASS8.0对孔位绘图管理 b Dr a win g ma n a gemen t l o r h o l e po sit io n wit h CASS8.0 a GPS-RTK空间定位 a Spa t ia l po sit io n in g wit h GPS-RTK. 图5 GPS-RTK空间定位与孔位绘图管理 Fig. 5 Spa t ia l po sit io n in g wit h GPS-RTK a n d h o l e po sit io n ma ppin g ma n a gemen t 2.3岩与煤同爆效果岩与煤同爆效果 岩与煤同爆方案实施步骤,即岩与煤穿孔一岩 与煤同爆一岩与煤分层采装。1192台阶血K3段 约9200 m3 穿-爆採总施工周期为8 d,穿孔进尺 374 m,炸药使用量为2392 kg,爆破单耗为 0. 26 kg/m3；爆后岩体爆块均匀，符合现场挖掘机采 装要求，煤体实现了松动爆破，煤体未发生明显抛 掷。岩石采装、扫浮后，利用GPS-RTK测量, CASS8. 0方格网土方算法求得保留煤体为 4292.9 n ；混杂到岩石爆块而丢失的煤量为 4600 -4292. 9 307. 1 n ,煤的贫化为4603 - 4292.9/4603 x 100 6.7。图 6a .b分别 三角煤体松动开挖方量及开挖现场图貌。 a 三角煤体松动开挖方量 a Th e a mo u n t o f l o o se ex c a v a t io n o f t r ia n gl e c o a l bo dy 挖方 0.0 1217.2 2093.4 982.4 总面积 269.60.0 | 0.0 | 0屈 0.0 | 填方 总填方0.0 总控方4292.9 b煤岩同爆煤体开挖现场图貌 b Pic t u r e o f ex c a v a t io n sit e o f c o -ex pl o siv e c o a l bo dy 图6三角煤体松动开挖方量及开挖现场图貌 Fig. 6 Th e l o o se ex c a v a t io n v o l u me o t r ia n gu l a r c o a l a n d ex c a v a t io n sc en e 3结论 1192台阶K2-K3段实施岩与煤同爆分采方案 较岩与煤分爆分采工艺而言,避免了挖掘机在斜煤 面上清理浮石、钻机钻孔等不安全作业状态,减少一 次煤体穿爆作业，减少一次因设备避炮而发生的设 备调动;爆破单耗由0. 37 kg/m3降至0. 27 kg/m3, 节省炸药1.01 t ,穿孔进尺由399 m降至374 m,煤 的贫化由6.9降至6.7,总剥采周期由17 d缩 短至8 d。 岩与煤同爆技术在多煤层复杂地质、揭岩露煤 等工况下有较强的专用性,本文主要通过精心设计 爆破参数与严控爆破施工操作来实现岩与煤同爆, 然岩与煤同爆分采方案主要偏向于解决具体工程问 题，其理论支撑还有待完善。 参考文献参考文献References [1] 葛创.露天矿薄煤层区域煤岩同爆技术[J].露天采 矿技术,2016,31731-34. 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