林 木

（國(guó)家能源平莊煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 元寶山露天煤礦，內(nèi)蒙古 赤峰 024076）

露天礦山生產(chǎn)涉及多個(gè)工作生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其中爆破作業(yè)是露天礦生產(chǎn)的關(guān)鍵生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)。爆破作業(yè)質(zhì)量直接影響到礦山生產(chǎn)成本，其爆破的效果也對(duì)后續(xù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)有著重要的影響。但現(xiàn)階段由于露天礦山企業(yè)開(kāi)采境界范圍內(nèi)的礦床埋藏條件不同，地質(zhì)勘探程度也不盡相同，部分露天礦山存在開(kāi)采境界范圍內(nèi)地質(zhì)勘探精準(zhǔn)程度較低，導(dǎo)致爆破作業(yè)設(shè)計(jì)不能因地質(zhì)變化做出相應(yīng)的調(diào)整。因此，爆破作業(yè)依據(jù)礦床埋藏條件的變化做相應(yīng)的調(diào)整，以改善爆破效果、提高爆破質(zhì)量、降低礦山綜合成本。元寶山露天煤礦現(xiàn)場(chǎng)爆破管理人員利用3Dmine礦山軟件生成可視化三維礦體模型，利用礦體模型可系統(tǒng)分析采掘作業(yè)場(chǎng)內(nèi)爆破的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，再通過(guò)礦山軟件的露天爆破設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行對(duì)爆破參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)以及起爆方式等相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)的優(yōu)化，解決了傳統(tǒng)人工設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)爆破設(shè)計(jì)因地質(zhì)條件發(fā)生變化不能優(yōu)化調(diào)整爆破設(shè)計(jì)的技術(shù)難題。通過(guò)利用3Dmine礦山軟件可精準(zhǔn)把控采掘場(chǎng)內(nèi)爆破工程質(zhì)量，合理降低爆破的炸藥單耗使用量，切實(shí)保障露天煤礦經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1 工程概況

元寶山露天煤礦隸屬于國(guó)家能源平莊煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，位于內(nèi)蒙古赤峰市元寶山區(qū)境內(nèi)[1]。開(kāi)采范圍內(nèi)主要含有3個(gè)煤層，其中5、6煤層為該露天煤礦的主采煤層，7煤以上為露天煤礦的開(kāi)采煤層，礦山上部的第四系砂礫采用輪斗挖掘機(jī)-帶式輸送機(jī)-排土機(jī)的連續(xù)開(kāi)采工藝，第四系砂礫以下采用單斗挖掘機(jī)-自卸卡車(chē)-半移動(dòng)式破碎站-帶式輸送機(jī)的半連續(xù)開(kāi)采工藝[2]。剝離物除第四系表土外，主要是礫巖、砂巖和部分泥巖，剝離巖石一般普氏硬度系數(shù)為2～3。表土臺(tái)階除冬季需要對(duì)凍頂進(jìn)行爆破外，其它時(shí)間均不爆破可直接挖掘生產(chǎn)，除表土外的其余煤巖臺(tái)階則需要預(yù)先松動(dòng)爆破，后采用單斗挖掘機(jī)采裝、載重汽車(chē)運(yùn)輸。

2 三維爆破分區(qū)域作業(yè)

1）三維地質(zhì)模型。3Dmine軟件是由北京三地曼軟件科技有限公司研發(fā)的一款三維礦業(yè)工程軟件，該軟件具有二維數(shù)據(jù)與三維圖像互換的功能，使圖像在結(jié)構(gòu)上互相關(guān)聯(lián)，可達(dá)到數(shù)據(jù)相互遞進(jìn)共享的效果[3]。通過(guò)將露天礦山現(xiàn)有的鉆孔數(shù)據(jù)和剖面圖等相關(guān)地質(zhì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入3Dmine礦山軟件中，獲得采掘場(chǎng)內(nèi)煤巖層的頂板數(shù)據(jù)、底板數(shù)據(jù)，分別建立煤巖頂板三角網(wǎng)面、底板三角網(wǎng)面以及側(cè)面三角網(wǎng)面模型[4]。通過(guò)利用軟件的封閉固化成體技術(shù)，生成精度較高的封閉固化采場(chǎng)實(shí)體模型，從而建立整個(gè)煤巖實(shí)體化三維可視化的礦體模型[5]。

2）采掘場(chǎng)DTM模型。DTM即數(shù)字地面模型，簡(jiǎn)稱數(shù)模，是以數(shù)字的形式按一定的結(jié)構(gòu)組織在一起，表示實(shí)際地形特征的空間分布，也就是地形形狀大小和起伏的數(shù)字描述[6]。DTM包括離散點(diǎn)的三位坐標(biāo)、由離散點(diǎn)組成的規(guī)則或不規(guī)則的格網(wǎng)結(jié)依據(jù)數(shù)模及一定的內(nèi)插和擬合算法自動(dòng)生成的等高線、斷面、坡度等[7]。利用PTK測(cè)量?jī)x和全站儀測(cè)量采掘場(chǎng)現(xiàn)狀得到繪制采場(chǎng)現(xiàn)狀的標(biāo)志點(diǎn)，將相互關(guān)聯(lián)的標(biāo)志點(diǎn)連接繪制生成得到二維線性的采場(chǎng)平面圖，再導(dǎo)入3Dmine礦山軟件中，經(jīng)離散點(diǎn)組成格網(wǎng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而生成采場(chǎng)三維的DTM地形表面模型。

3）爆破分區(qū)域圖。將建立好的采場(chǎng)三維地質(zhì)實(shí)體模型和煤巖實(shí)體模型進(jìn)行布爾差運(yùn)算，然后把采掘場(chǎng)DTM模型插入到采場(chǎng)實(shí)體模型中，經(jīng)過(guò)疊加處理，將不同種類的巖性和煤層等地質(zhì)資料選用不同的顏色進(jìn)行標(biāo)注和渲染，最終建立露天礦三維可視化的爆破分區(qū)域圖[4]。以元寶山露天煤礦《2019年采場(chǎng)生產(chǎn)綜合平面圖》和現(xiàn)有地質(zhì)勘探資料為例，經(jīng)3Dmine礦業(yè)軟件處理，得到元寶山露天煤礦分區(qū)域爆破作業(yè)圖，并依據(jù)不同種類的煤巖物料進(jìn)行渲染分區(qū)域化管理。

3 爆破臺(tái)階

3.1 爆破臺(tái)階裝藥結(jié)構(gòu)

元寶山露天煤礦境界內(nèi)的煤的硬度普遍高于巖石，爆破臺(tái)階主要選用高精度電導(dǎo)爆管雷管實(shí)施逐孔微差起爆技術(shù)。結(jié)合元寶山露天煤礦爆破區(qū)域的實(shí)際地質(zhì)勘探資料，爆破炮孔采用分段裝藥結(jié)構(gòu)，煤層爆破采用垂直深孔壓碴松動(dòng)爆破，炸藥選用60%的乳化炸藥與40%的銨油炸藥混合后的乳化油炸藥；巖層采用垂直深孔松動(dòng)爆破，選用2號(hào)巖石起爆炸藥，孔內(nèi)管導(dǎo)爆管選用300 ms，地表管根據(jù)孔網(wǎng)參數(shù)選擇42、65 ms不同延期時(shí)間的導(dǎo)爆管雷管，以實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)分段起爆，用以實(shí)現(xiàn)爆破作業(yè)區(qū)域內(nèi)微差爆破的目的。

3.2 爆破孔網(wǎng)參數(shù)

爆破孔網(wǎng)參數(shù)的確定通常采用工程類比法，類比礦山相同的開(kāi)采工藝、開(kāi)采方法、生產(chǎn)規(guī)模近似的其他礦山的技術(shù)數(shù)據(jù)，得到礦山爆破作業(yè)孔網(wǎng)參數(shù)范圍；并結(jié)合礦床地質(zhì)勘探技術(shù)數(shù)據(jù)和礦山綜合生產(chǎn)成本，最終優(yōu)化確定采場(chǎng)實(shí)際使用的爆破孔網(wǎng)參數(shù)。元寶山露天煤礦煤巖分區(qū)爆破參數(shù)表見(jiàn)表1。

表1 元寶山露天煤礦煤巖分區(qū)爆破參數(shù)表

3.3 爆破網(wǎng)絡(luò)的接線方式和起爆點(diǎn)選擇

元寶山露天煤礦爆破網(wǎng)路的設(shè)計(jì)采取逐孔微差起爆設(shè)計(jì)方案，選定合理的起爆點(diǎn)并確定雁型行列起爆排列布孔方式。一般選取爆破自由面較大的單孔為起爆點(diǎn)，當(dāng)前排底盤(pán)抵抗線較大時(shí)，選取雙孔作為起爆點(diǎn)。起爆點(diǎn)因前自由面較大，起爆點(diǎn)前排的爆破的沖擊力較大，起爆點(diǎn)所對(duì)應(yīng)后排的炮孔的后沖力較其它孔位較小，因此在爆破設(shè)計(jì)施工過(guò)程中起爆點(diǎn)的選擇需要兼顧起爆點(diǎn)最后1排爆破孔的后沖力，并采取增加填塞高度，防止爆破后震影響爆破質(zhì)量的工程現(xiàn)象的發(fā)生。

4 3Dmine礦業(yè)軟件在露天礦山爆破作業(yè)中的應(yīng)用

分區(qū)域爆破作業(yè)圖能夠較客觀地反映出采場(chǎng)爆破煤巖體的固有特征，為爆破設(shè)計(jì)提供可視化、科學(xué)性的三維數(shù)據(jù)模型。爆破作業(yè)圖的使用改變了原有傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)性爆破設(shè)計(jì)，解決傳統(tǒng)爆破的設(shè)計(jì)不能針對(duì)采場(chǎng)礦床賦存條件及煤巖的地質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化做出相應(yīng)細(xì)化調(diào)整，同樣也無(wú)法精準(zhǔn)預(yù)測(cè)到物料爆破后的塊度大小及爆破后的工程情況等技術(shù)難關(guān)，同時(shí)克服了因爆破裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和炸藥單耗的使用量不合理情況的發(fā)生，有效地避免了二次爆破工程量產(chǎn)生、拉底、硬邦、傘巖等不合格爆破工程的發(fā)生，嚴(yán)重影響了露天礦山后續(xù)的日常生產(chǎn)環(huán)節(jié)的推進(jìn)。通過(guò)利用3Dmine礦山軟件處理后分區(qū)域爆破作業(yè)圖，根據(jù)礦山的計(jì)劃生產(chǎn)需要，安排布置穿孔爆破作業(yè)區(qū)域，依據(jù)礦山的勘察地質(zhì)資料，如遇到斷層、巖層等特殊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)加密孔網(wǎng)參數(shù)，提升采場(chǎng)爆破工程質(zhì)量。同時(shí)利用礦山軟件的露天爆破設(shè)計(jì)模塊，依據(jù)采場(chǎng)的礦床實(shí)際埋藏情況，在三維可視化模型上繪制日常爆破作業(yè)的鉆孔布置圖，同時(shí)輸入裝藥類型、炸藥的使用量、選擇合理的導(dǎo)爆管、布置合理裝藥結(jié)構(gòu)，布設(shè)合理的連線方式和選取適當(dāng)?shù)钠鸨c(diǎn)，并通過(guò)軟件進(jìn)行無(wú)損耗模擬爆破試驗(yàn)?zāi)M，細(xì)致管理爆破設(shè)計(jì)作業(yè)，并得到最佳的爆破效果，露天礦山爆破設(shè)計(jì)步驟如圖1。

圖1 露天礦山爆破設(shè)計(jì)步驟

2018年元寶山露天煤礦開(kāi)始利用3Dmine礦山軟件對(duì)采場(chǎng)爆破作業(yè)進(jìn)行細(xì)化管控，有效地降低了采掘場(chǎng)內(nèi)的綜合炸藥單耗，并迅速地減少了采掘場(chǎng)地二次爆破工程量，達(dá)到降低爆破單耗的目的，2017年未采用3Dmine綜合炸藥單耗使用情況見(jiàn)表2，2018年綜合炸藥單耗使用情況見(jiàn)表3。

表2 2017年未采用3Dmine綜合炸藥單耗使用情況

表3 2018年綜合炸藥單耗使用情況

由表2和表3的數(shù)據(jù)分析可知，利用3Dmine礦業(yè)工程軟件管理元寶山露天煤礦的采場(chǎng)爆破作業(yè)后，2018年綜合炸藥單耗環(huán)比2017年下降2%，二次爆破工程量相應(yīng)減少3 157 m3。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)二維線性圖形和礦山地質(zhì)勘探鉆孔資料導(dǎo)入3Dmine礦業(yè)工程軟件生成DTM表面模型和三維可視化實(shí)體模型，利用表面模型與實(shí)體模型相結(jié)合，經(jīng)優(yōu)化渲染得到礦山采掘場(chǎng)分區(qū)域爆破作業(yè)圖，使得露天礦山爆破設(shè)計(jì)工作變得更加直觀和立體，為采礦爆破技術(shù)管理工作提供了便利條件。通過(guò)3Dmine礦業(yè)工程軟件露天爆破設(shè)計(jì)模塊的使用可有效的優(yōu)化傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)形爆破設(shè)計(jì)。結(jié)合采掘場(chǎng)實(shí)際的煤、巖埋藏條件，針對(duì)爆區(qū)孔網(wǎng)參數(shù)、裝藥參數(shù)等進(jìn)行設(shè)定和計(jì)算，進(jìn)行無(wú)損耗模擬爆破試驗(yàn)，驗(yàn)證爆破方案的合理性，最終得到最佳的礦山爆破臺(tái)階設(shè)計(jì)，合理優(yōu)化了爆破效果，以達(dá)到降低爆破單耗、節(jié)約爆破成本的目的，為礦山企業(yè)技術(shù)爆破方案制定和經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)提供參考，對(duì)提高露天礦山企業(yè)爆破工藝水平有一定的借鑒意義。