馬婧佳

（中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

拋擲爆破在哈爾烏素露天礦應(yīng)用前景分析

馬婧佳

（中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

哈爾烏素露天礦在2010年率先對采空區(qū)實施過拋擲爆破，通過對拋擲爆破與傳統(tǒng)松動爆破，做技術(shù)比選和效益分析，探討哈爾烏素露天礦應(yīng)用拋擲爆破的前提條件、影響因素和制約因素并預(yù)測最終應(yīng)用前景。

露天礦；拋擲爆破；松動爆破

0 引 言

哈爾烏素露天礦采用傳統(tǒng)的松動爆破-單斗卡車工藝，需要完成大量的剝離工程,隨著采深的不斷延續(xù)，開采成本逐步提高。結(jié)合現(xiàn)有煤層近水平分布的特點，采用拋擲爆破將部分拋擲爆破量直接拋至內(nèi)排土場，將有效減少露天礦剝離工程量，降低生產(chǎn)成本。拋擲爆破-單斗卡車的應(yīng)用對哈爾烏素露天礦與黑岱溝露天礦協(xié)調(diào)發(fā)展、擴大產(chǎn)能具有重要意義。

1 拋擲爆破應(yīng)用現(xiàn)狀

在國內(nèi)，黑岱溝露天礦是率先采用拋擲爆破-吊斗鏟開采工藝的露天礦，其中拋擲爆破的技術(shù)性與安全性都做過充分的論證與實踐。哈爾烏素露天礦與黑岱溝露天礦毗鄰，外部條件相同，自然條件相近，并在2010年對哈爾烏素露天礦的采空區(qū)實施過拋擲爆破，以上條件均為哈爾烏素露天礦全面采用拋擲爆破-單斗卡車工藝提供了必要的前提。

2 拋擲爆破應(yīng)用的外部條件

2.1 自然條件

哈爾烏素露天礦煤層近水平分布，上覆剝離物厚度在120 m以上，該露天礦與黑岱溝露天礦相鄰，在煤層的地質(zhì)構(gòu)造與工程性質(zhì)上，均屬同一煤田，滿足拋擲爆破應(yīng)用的自然條件。

2.2 技術(shù)條件

與哈爾烏素露天礦相毗鄰的黑岱溝露天礦采用拋擲爆破技術(shù)多年，無論是爆破參數(shù)、爆破技術(shù)、安全性要求、邊坡穩(wěn)定等方面都有成型的理論系統(tǒng)，可以作為有力的技術(shù)依托。

2.3 實踐經(jīng)驗

自2010年起，哈爾烏素露天礦在小煤窯采空區(qū)采用過拋擲爆破的技術(shù)，在現(xiàn)場實踐方面已經(jīng)積累寶貴經(jīng)驗。

綜上，哈爾烏素露天礦采用拋擲爆破技術(shù)的背景與條件已經(jīng)成熟，可以適時考慮應(yīng)用拋擲爆破技術(shù)的可能性。

3 哈爾烏素露天礦拋擲爆破應(yīng)用的技術(shù)條件

3.1 爆堆形態(tài)的分析

拋擲爆破的最終目的是為了降低剝離成本，因此爆堆形態(tài)的確定是一切論述的前提，優(yōu)化爆破技術(shù)就是優(yōu)化拋擲爆破的爆堆形態(tài)，使爆堆形態(tài)更加合理，并有利于下部單斗、卡車的采裝作業(yè)。

拋擲爆破可以使有效拋擲率達(dá)到30%以上，形成的曲線應(yīng)該包括壓幫三角量、單斗-卡車分層開采剝離量，側(cè)壓三角煤剝離量、有效拋擲量。理想的拋擲效果應(yīng)該使有效拋擲量最大，側(cè)壓三角煤量最少，卡車可實現(xiàn)工程作業(yè)條件。

3.2 拋擲爆破-單斗卡車完成的剝離量

在滿足合理開采參數(shù)的條件下（即在煤層頂板以上45 m實現(xiàn)拋擲爆破），為論證2種技術(shù)的經(jīng)濟成本,先得出有效拋擲量作為計算基數(shù) 。

設(shè)每年的拋擲臺階實體體積為V，計算結(jié)果如下：

其中包括吊斗鏟倒堆工程量、有效拋擲量和單斗-卡車倒堆工程量，不含二次倒堆工程量。根據(jù)現(xiàn)場拋擲爆破參數(shù)和生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，有效拋擲率按33%計，則有效拋擲量為1 241萬m3。

4 拋擲爆破與松動爆破方案比選

4.1 方案的提出

哈爾烏素露天礦現(xiàn)有開采工藝為剝離物松動爆破，由單斗-卡車采裝運輸。本次方案研究的前提是相同的空間關(guān)系，即煤層頂板以上45 m臺階高度對應(yīng)的剝離量，采用拋擲爆破-單斗卡車工藝與松動爆破-單斗卡車工藝的效果分析。

1）方案1：松動爆破-單斗卡車工藝。哈爾烏素露天礦采用單斗-卡車工藝已應(yīng)用多年，有著成熟的技術(shù)經(jīng)驗與現(xiàn)場實踐，是常規(guī)設(shè)計下的普遍工藝。

2）方案2：拋擲爆破-單斗卡車工藝。露天礦煤層頂板以上45 m范圍內(nèi)的剝離物采用拋擲爆破-單斗卡車工藝，可以借鑒黑岱溝露天礦拋擲爆破吊斗鏟倒堆開采工藝的技術(shù)特點，此方法將提高有效拋擲率，減少卡車的剝離量。

4.2 方案的分析

拋擲爆破-單斗卡車工藝的應(yīng)用尚且為首例。在優(yōu)化爆堆形態(tài)的基礎(chǔ)上，結(jié)合采煤方式與剝離方案，借鑒黑岱溝露天礦成熟的技術(shù)條件，提出采用預(yù)留中部溝的方式運煤，工作線兩翼分為爆破剝離與采煤運輸，實現(xiàn)兩部分錯步開采。

開采程序為：經(jīng)爆破后的剝離物分層開采，通過臨時搭建內(nèi)排橋運至排土場。采煤分兩層開采，經(jīng)中部溝運至內(nèi)排土場，通過已有的內(nèi)排臺階或端幫運輸系統(tǒng)去往地表破碎站，側(cè)壓三角煤的剝離量由卡車搭建臨時平臺直接去往內(nèi)排土場排棄。拋擲爆破單斗卡車工藝系統(tǒng)布置圖如圖1所示，左側(cè)為剝離物經(jīng)內(nèi)排橋排棄，右側(cè)工作線為分層采煤經(jīng)中部溝運至破碎站。

圖1 拋擲爆破單斗卡車工藝系統(tǒng)布置圖

4.3 2個方案的影響因素分析

1）穿孔爆破因素。與傳統(tǒng)的松動爆破相比，拋擲爆破對炸藥單耗、布孔方式、爆破孔深等多個方面均提出更高要求，為了形成理想中的爆堆形態(tài)，實際操作也更難實施，穿孔爆破成本更高。

此外在穿爆設(shè)備的購置上，考慮到哈爾烏素露天礦現(xiàn)有穿孔設(shè)備電動牙輪鉆機1190E、CDM75、D245S等，可以滿足拋擲爆破的技術(shù)要求，無需另外購置，從而減少了技術(shù)改造的設(shè)備投資。

2）有效拋擲量因素。拋擲爆破-單斗卡車工藝的最大特點是通過拋擲爆破形成占總量大約30%的有效拋擲量，此部分剝離量直接拋擲到內(nèi)排土場，直接節(jié)省了挖掘機的采裝與卡車的運行環(huán)節(jié)。因節(jié)省的剝離工程量大，剩余的剝離量運輸成本近，成為拋擲爆破應(yīng)用的最大優(yōu)勢。

3）采煤運距因素。拋擲爆破技術(shù)的應(yīng)用使原有工作線布置發(fā)生的變化，運煤方式發(fā)生了改變。

方案1中原有松動爆破-單斗卡車系統(tǒng)下的煤量有2個運煤路線去往地表破碎站。一種是接近煤層底板的煤可以經(jīng)由內(nèi)排臺階運至地表，另一種上部煤層的煤可以經(jīng)工作幫臺階運至坑口的破碎站。運煤系統(tǒng)布置靈活，雙出口可以保證運距加權(quán)最優(yōu)。

方案2中坑下運煤通路均由預(yù)留的中部溝爬坡至標(biāo)高1025的內(nèi)排土場的排土平盤上，再經(jīng)內(nèi)排臺階或端幫斜坡道運至坑口破碎站。因中部溝運煤的特殊性，去往地表煤破碎站的出口唯一，無加權(quán)運距,運煤系統(tǒng)布置單一造成運距較遠(yuǎn)。

2個方案在2018年因采煤向前推進(jìn)，原有破碎站均需要移設(shè)，移設(shè)周期相同，移設(shè)費用大體相近。方案一原有一號、二號破碎站運至露天礦東南側(cè)地表出入溝，服務(wù)于經(jīng)工作幫運輸?shù)拿毫?，方案二中原有一號、二號破碎站移至三號破碎站東側(cè)，與三號破碎站共同服務(wù)經(jīng)運煤中部溝運輸?shù)拿毫俊?/p>

經(jīng)比較2種方案在技術(shù)上均可實現(xiàn)，上述3種因素從不同角度均影響相應(yīng)方案的實施效果，需再進(jìn)行經(jīng)濟比選。

5 拋擲爆破技術(shù)的經(jīng)濟評價

本次論證分別列出2個方案在2017—2020年煤的運距變化見表1。期間兩種方案的原有破碎站都需要在2018年移設(shè)1次，移設(shè)周期相同，移設(shè)費用在兩方案比較中相互抵消，最終得到2個方案的平均運距和相應(yīng)的運費費用見表2。

在方案2拋擲爆破-單斗卡車工藝系統(tǒng)中，拋擲爆破所產(chǎn)生的有效拋擲量已經(jīng)直接拋擲到內(nèi)排土場，無需剝離運輸，相比原有的松動爆破單斗卡車工藝系統(tǒng)，節(jié)省了相應(yīng)的剝離費用。兩方案剝離費用比較見表3。

表1 2017—2020年煤運距變化m

表2 2個方案運煤費用比較

表3 兩方案剝離費用比較

在穿孔爆破環(huán)節(jié)，哈爾烏素露天礦可利用現(xiàn)有鉆機設(shè)備，滿足拋擲爆破的技術(shù)要求。此次比較為2種方案爆破成本，由此可見，松動爆破成本更低。

考慮穿爆、運煤、剝離3種因素共同作用，比較各自產(chǎn)生的費用，從而得到2個方案的總費用見表4。

表4 兩方案絕對總費用比較萬元

由表4所示，拋擲爆破-單斗卡車（方案2）比原有的松動爆破-單斗卡車節(jié)省生產(chǎn)費用共計320.8萬元。綜上，拋擲爆破-單斗卡車工藝系統(tǒng)在哈爾烏素露天礦具備良好的外部條件，在技術(shù)上可行，成本上更優(yōu)。

6 拋擲爆破下剝離系統(tǒng)的參數(shù)確定

6.1 臺階高度

所有剝離物全部用于拋擲爆破將大大降低爆破的安全性，因此拋擲爆破的范圍僅僅為煤層頂板以上的部分剝離物，結(jié)合黑岱溝露天礦拋擲爆破已有成果，考慮哈爾烏素露天礦采掘設(shè)備的最大挖掘高度，確定臺階高度為45 m?？紤]到采掘設(shè)備可以分層開采。分臺階高度計算公式為：

式中：H為參考黑岱溝露天礦拋擲爆破的臺階高度，45 m；n為分層開采的層數(shù)，n=2；a為沉降系數(shù)，取值30%。計算得出h=16.1 m。滿足哈爾烏素露天礦現(xiàn)有采掘設(shè)備的最大挖掘高度，工程條件可實現(xiàn)。

6.2 技術(shù)參數(shù)

哈爾烏素露天礦上部剝離物依然采用松動爆破，采掘帶寬度為80 m?？紤]中部剝離層與上部剝離層的有效生產(chǎn)銜接，便于生產(chǎn)管理，應(yīng)盡量與原有采掘帶寬度保持一致。

同時，全礦可采煤層厚度平均為25～30 m，一個采煤工作面難以滿足作業(yè)要求，在保證煤層并段開采且對選采有較高要求的前提下，采掘帶寬度應(yīng)該盡量富余，從而使運煤道路有一定的作業(yè)空間，考慮現(xiàn)有運輸設(shè)備，道路至少需要30 m，因此采掘帶寬度取80 m。

為滿足生產(chǎn)規(guī)模的需要，合理工作線長度為2 200 m。工作線布置方式類似黑岱溝的工作線布置方式，實現(xiàn)兩翼布置，預(yù)留中間運煤溝的出煤方式。

7 拋擲爆破-單斗卡車應(yīng)用的時機

拋擲爆破-單斗卡車工藝系統(tǒng)需要采煤與剝離在工作線兩翼交錯進(jìn)行，生產(chǎn)銜接緊密，對工作線長度與形態(tài)要求較高。以現(xiàn)有推進(jìn)度預(yù)測，在2020年哈爾烏素露天礦將面臨征地問題，屆時因征地問題會影響工作線的合理布置，將成為拋擲爆破-單斗卡車推廣應(yīng)用的瓶頸。只有解決了征地問題，此工藝方案才能最大程度地發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢。因此拋擲爆破-單斗卡車的應(yīng)用時機有待進(jìn)一步的成熟。

8 結(jié)論

與傳統(tǒng)的松動爆破-單斗卡車工藝系統(tǒng)相比,分析拋擲爆破-單斗卡車工藝系統(tǒng)的影響因素,分別從穿孔爆破、有效拋擲量因素、工作面布置方式和采煤運輸系統(tǒng)等多方面論述,得出拋擲爆破在哈爾烏素露天礦應(yīng)用的可行性和經(jīng)濟性。但現(xiàn)行哈爾烏素露天礦尚未解決征地問題,將會影響工作面布置與工作線形態(tài),進(jìn)而影響系統(tǒng)效益發(fā)揮,因此投入時機有待商榷。

［1］ 馬培忠，董寶弟，于正義，等.哈爾烏素露天煤礦初步設(shè)計說明書［R］.沈陽：中煤國際工程集團沈陽設(shè)計研究院，2006.

［2］ 駱中洲.露天采礦學(xué)［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1986.

［3］ 李克民，張幼蒂，傅洪賢.露天煤礦拋擲爆破參數(shù)分析［J］.采礦與安全工程學(xué)報，2006（4）：423-426.

［4］ 袁福江.淺談魏家峁露天礦拋擲爆破在單斗汽車工藝中的應(yīng)用［J］.露天采礦技術(shù)，2011（2）：14-16.

［5］ 姬長生.我國露天煤礦開采工藝發(fā)展?fàn)顩r綜述［J］.采礦與安全工程學(xué)報，2008，25（3）：297-300.

［6］ 姚建華，李波.露天礦高臺階拋擲爆破時采空區(qū)的處理［J］.露天采礦技術(shù)，2009（6）：7-9.

［7］ 王少文，韓亮.某露天煤礦拋擲爆破倒堆開采工藝的綜合分析［J］.露天采礦技術(shù)，2014（7）：37-40.

［8］ 何慧明，王洪軍，郭瑞.拋擲爆破在剝離工程中的應(yīng)用與優(yōu)化［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2016（9）：65-67.

【責(zé)任編輯：解連江】

Prospect analysis of throwing blasting application in Ha'erwusu Open-pit Mine

MA Jingjia

(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

The throwing blasting was firstly carried out in the goaf of Haerwusu Open-pit Mine in 2010.Through technical comparison and benefit analysis on throwing blasting with traditional loose blasting,the article discusses prerequisites,influencing factors and constraints factors,and predicts the ultimate application prospect.

open-pit mine;throwing blasting;loose blasting

TD235.31

B

1671－9816（2017）06－0005－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.06.002

馬婧佳.拋擲爆破在哈爾烏素露天礦應(yīng)用前景分析［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（6）：5-8.

2017-03-15

馬婧佳（1983—），女,漢族，遼寧葫蘆島人，工程師，學(xué)士，2006年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦物資源工程專業(yè)，現(xiàn)為中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司項目總設(shè)計師，主要從事采礦工程設(shè)計與科研工作。