摘要:礦山爆破屬于工程爆破技術(shù)在礦山開(kāi)采中的應(yīng)用。在礦山工程中,無(wú)論是在井巷掘進(jìn)的過(guò)程中,還是在露天開(kāi)采、地下采場(chǎng)開(kāi)采,都運(yùn)用到了各種爆破技術(shù)。本文主要介紹了工程爆破分類,礦山爆破中井巷掘進(jìn)爆破主要采用的方法，地下采場(chǎng)中通常采用的幾種爆破技術(shù),并具體介紹了相關(guān)控制爆破技術(shù)以及基本的礦山爆破安全技術(shù)。

引言:工程爆破技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,已經(jīng)滲透到經(jīng)濟(jì)建設(shè)的眾多領(lǐng)域,特別為中國(guó)的鐵路建設(shè)、礦山開(kāi)釆、城市拆舊等做出了重要貢獻(xiàn)。爆破作為一種科學(xué)技術(shù),應(yīng)用很廣,但在工程上的應(yīng)用無(wú)疑是最重要、最常見(jiàn)的有開(kāi)采礦山、修鐵路、公路，使用鉆爆法來(lái)開(kāi)掘隧道,水利工程上也開(kāi)始使用,在城市里面拆除樓房也開(kāi)始使用工程爆破。

礦山爆破是把礦石從巖體中剝落下來(lái)和對(duì)礦體頂板圍巖進(jìn)行剝離,并按工程要求爆破成一定的爆堆,破碎成一定的塊度,為隨后的鏟裝、運(yùn)輸工作創(chuàng)造條件。在礦山建設(shè)和生產(chǎn)中,爆破方法是破碎礦巖的主要手段。在新中國(guó)成立以來(lái)的三十多年中,礦山企業(yè)是國(guó)內(nèi)采用藥室大爆破最多的部門(mén)之一。

光面爆破技術(shù)已在礦山井巷掘進(jìn)中得到廣泛推廣和應(yīng)用,對(duì)井巷圍巖的保護(hù)和降低井巷維護(hù)成本中發(fā)揮了重要作用;預(yù)裂爆破在露天礦山邊坡爆破中的應(yīng)用對(duì)邊坡的穩(wěn)定有著重要作用,從而降低了開(kāi)采成本。深孔微差爆破在露天和地下礦山的應(yīng)用使礦山生產(chǎn)能力得到極大提高。

總之,礦山爆破技術(shù)在礦山工程建設(shè)和生產(chǎn)中起到了很大作用并得到迅速的發(fā)展。

1、工程爆破技術(shù)概述

工程爆破方法根據(jù)藥包形狀和裝藥的方式與裝藥的空間形式不同，分為兩大類：

1.1按藥包形式分類

按藥包形狀分類即炸藥包的爆炸作用及其特性進(jìn)行分類,按這種方法又可以分為四種:

(1)集中藥包法  從理論上講,這種藥包的形狀是球形體,起爆點(diǎn)從球體的中心開(kāi)始,爆轟波按輻射狀以球面形式向外擴(kuò)張,即爆炸作用以均勻的分布狀態(tài)作用到周圍的介質(zhì)上。然而在工程實(shí)際中幾乎不可能將藥包加工成這種形狀,通常將藥包做成正立方體和長(zhǎng)方形體形狀,長(zhǎng)方體的最長(zhǎng)邊不超過(guò)最短邊的6倍。此時(shí)的藥包可以稱為集中藥包,通常把集中藥包的爆破叫做藥室法和藥壺法。

(2)延長(zhǎng)藥包法—柱狀藥包  把藥包作成長(zhǎng)條形,可以是圓柱形狀也可以是方柱狀,但一般的情況下均為圓柱狀。炸藥一旦被激發(fā)爆炸,所產(chǎn)生的爆轟波的波陣面形式為圓柱狀,即爆炸后形成的爆轟波以柱面波的形式向四周傳播并作用到周圍介質(zhì)上。通常把藥包長(zhǎng)度大于最短邊或直徑6倍的藥包叫做延長(zhǎng)藥包。在實(shí)際工程應(yīng)用中,深孔法、炮眼法和藥室法爆破中的條形藥包爆破法都屬于延長(zhǎng)藥包法。

(3)平面藥包法  這種藥包的爆破不同于前兩種方法,它不需要鉆孔也不需要挖硐室,而是直接將炸藥敷設(shè)在介質(zhì)表面,因此爆炸作用只是在介質(zhì)接觸藥包的表面上,大多數(shù)能量都散失到空氣中去了,所產(chǎn)生的爆轟波應(yīng)看作是平面波。例如,在加工機(jī)械零部件時(shí)采用圓餅狀的藥包,爆破時(shí)包覆在介質(zhì)的表面,這就是加工機(jī)械零部件的爆炸加工法。但是,在硐室爆破中的平面藥包法,則與此不同,它是以等效作用的集中藥包或條形藥包按一定間距布成一個(gè)裝藥平面,爆破時(shí)產(chǎn)生的爆轟波也近似于平面波

(4)形狀藥包法  這是將炸藥做成特定形狀的藥包,用以達(dá)到某種特定的爆破作用。最廣泛的是聚能爆破法,這種方法是將藥包外殼的一端加工成圓錐形或拋物線的凹穴,使炸藥爆炸所產(chǎn)生的爆轟波按圓錐形或拋物線凹穴的表面聚集在它的焦點(diǎn)或軸線上,形成高能射流,擊穿與它接觸的介質(zhì)的某一部位。這種藥包在軍事上用做穿甲彈以穿透坦克的甲板或其他的軍事目標(biāo);在實(shí)際工程中應(yīng)用于切割金屬板材(例如,舊船體的切割、鋼結(jié)構(gòu)建筑物和構(gòu)筑物的拆除等)、巖石大塊的二次破碎以及在凍土中的穿孔等。

1.2按裝藥方式與裝藥空間形狀的不同分類

按裝藥方式與裝藥空間形狀的不同可分為四種爆破方法:

(1) 藥室法  這是大量土石方挖掘工程中常用的爆破方法。它的優(yōu)點(diǎn)是施工機(jī)具比較筒單,不受地理?xiàng)l件和氣候限制,工程數(shù)量越大工效越高。一般說(shuō)來(lái),藥室法爆破根據(jù)在巖體內(nèi)開(kāi)挖藥室體積的大小,還可以分為大型藥室法、小型藥室法和條型藥室法3種,每個(gè)藥室裝入的炸藥的容量,小到幾百公斤,大到幾百噸,條形藥室的容量可以達(dá)到兒千噸,我國(guó)曾進(jìn)行過(guò)多次千噸和萬(wàn)噸級(jí)的大爆破。

(2)藥壺法  在普通炮孔之底部,裝入小量炸藥進(jìn)行不堵塞爆破,使孔底經(jīng)多次爆破擴(kuò)大成圓壺形,以求達(dá)到裝入較多藥量的爆破方法。藥壺爆破法屬于集中藥包類,適用于中硬巖石的爆破,能在工程數(shù)量不大,鉆孔機(jī)具不足的施工條件下,以較少的炮孔爆破,獲得較多的土石方量,目前這種爆破方法只在個(gè)別條件下使用。

(3)炮眼法  通常根據(jù)鉆孔孔徑和孔深的不同,把孔深不小于5m,孔徑不小于50mm的炮孔叫做深孔爆破,反之稱為淺孔爆破和炮眼法爆破。從裝藥結(jié)構(gòu)上看屬于延長(zhǎng)藥包一類,是工程爆破中應(yīng)用最廣泛、數(shù)量最大的一種爆破方法。

(4)裸露藥包法  這是一種最簡(jiǎn)單、最方便的爆破施工方法。進(jìn)行裸露藥包爆破作業(yè)不需鉆孔,直接將炸藥敷設(shè)在被爆破物體表面并加以簡(jiǎn)單覆蓋。這種爆破方法往往應(yīng)用于清除危險(xiǎn)物、交通障礙、大塊巖石的二次破碎、危巖的處理等。

2、井巷掘進(jìn)爆破

井巷掘進(jìn)爆破包括平巷、豎井、斜井、天井和隧道等各種地下通道的爆破,其共同特點(diǎn)是在單自由面條件下,受掘進(jìn)斷面制約,每次爆破進(jìn)尺一般只有1—3m。為形成一定的井巷斷面形狀,必須在工作面上布置不同類型的炮眼。掘進(jìn)爆破要嚴(yán)格保證巷道的規(guī)格和方向,要滿足爆堆集中、塊度均勻的要求,炮眼利用率高、周邊平整,材料消耗少。井巷掘進(jìn)爆破參數(shù)包括:炮空直徑、單位炸藥消耗量、孔距、孔深、炮孔數(shù)目、裝藥量以及填塞長(zhǎng)度等。

特別要介紹的是天井深孔爆破掘進(jìn)中,一次鉆孔分段爆破掘進(jìn)天井是從五十年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)爆破技術(shù)。其特點(diǎn)在于,有鑿巖硐室中一次沿天井全高鉆鑿深孔,爆破時(shí)將其劃分為若干個(gè)爆破段,由下向上逐段進(jìn)行,爆下巖塊借自重下落,炮煙則經(jīng)由深孔通向上部水平巷道排出,其裝藥、填塞、起爆等作業(yè)都在上部水平巷道或鑿巖硐室中完成。與一般的掘進(jìn)方法相比,深孔爆破掘進(jìn)具有效率高、操作安全、勞動(dòng)條件好等優(yōu)點(diǎn)。它可適用于天井、溜井、充填井等垂直或急傾斜的井巷掘進(jìn)。天井深孔爆破掘進(jìn)主要采用平行空孔爆破方案,天井深孔爆破掘進(jìn)平行空孔爆破方案的爆破參數(shù)包括:深孔數(shù)目、分段高度等等。

3、地下采場(chǎng)爆破

3.1 地下采場(chǎng)爆破方法分類

與井巷掘進(jìn)爆破比較,地下采場(chǎng)爆破的特點(diǎn)是,具有兩個(gè)以上的自由面,炮孔數(shù)量多,崩礦面積和爆破量都比較大,一次爆破用藥量大,炸藥單耗低,爆破方案的選擇和起爆網(wǎng)路的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜,所以爆破時(shí)的組織工作顯得更為重要。對(duì)地下采場(chǎng)爆破的質(zhì)量要求是,爆破作業(yè)安全,每米炮孔崩礦量大,大塊少，二次爆破;量小,粉礦少,礦石貧化和損失小,材料消耗量低。地下采場(chǎng)爆破按孔徑和孔深的不同可分為淺孔、中深孔、深孔和洞室爆破四種方法。

3.2 采場(chǎng)淺孔爆破

淺孔爆破是指拋空直徑不超過(guò)50mm,炮孔深度不超過(guò)5m的炮孔爆破。淺孔爆破適用范圍很廣,如礦山井巷掘進(jìn)、中厚一下礦體的回采、道路石方開(kāi)挖工程中少量石方的破碎,工業(yè)場(chǎng)地平整和清理,大塊石的二次破碎及孤石爆破,溝、渠及橋涌基礎(chǔ)開(kāi)挖中的石方爆破,清刷石質(zhì)邊坡和處理危石等,是目前我國(guó)小、中型礦山中適用的主要爆破方法。

3.3 中深孔爆破

中深孔爆破與淺孔爆破法比較,具有每米炮孔的崩礦量大、一次爆破規(guī)模大，勞動(dòng)生產(chǎn)率高,礦塊回采速度快,開(kāi)采強(qiáng)度高,作業(yè)條件和爆破工作安全,成本低等優(yōu)點(diǎn)；但是大塊較多。所以,中深孔爆破在冶金礦山廣泛用于地下礦的中厚礦床回采、礦柱回采和空區(qū)處理等工作。中深孔爆破參數(shù)包括深孔的直徑、孔深、最小抵抗線、孔間距、鄰近系數(shù)和單位炸藥消耗量。

3.4 洞室爆破

將炸藥集中裝填于爆破區(qū)內(nèi)預(yù)先挖掘的洞室中進(jìn)行爆破的技術(shù)。硐室爆破常用于開(kāi)挖、采石和進(jìn)行定向爆破、揚(yáng)棄爆破、松動(dòng)爆破以及水下巖塞爆破等。這種爆破方式的優(yōu)點(diǎn)是:(1)一次爆破方量大,勞動(dòng)生產(chǎn)率高;(2)鉆孔工作量少設(shè)備、材料、動(dòng)力消耗相對(duì)較省;(3)可縮短工期;(4)不受氣候、地形和交通條件限制;(5)易于集中管理和安全監(jiān)督檢查。其主要缺點(diǎn)是:(1)導(dǎo)洞藥室開(kāi)挖通風(fēng)排煙比較困難;(2)炸藥裝填和導(dǎo)洞堵塞工作集中,勞動(dòng)強(qiáng)度大,工作條件差;(3)爆落巖塊不夠均勻,大塊率高;(4)爆破對(duì)環(huán)境影響問(wèn)題較突出,爆破振動(dòng)影響范圍較大;(5)設(shè)計(jì)施工較復(fù)雜,精度要求較高。

3.5 VCR采礦法爆破VCR是 Vertical Crater Retreat Mining一詞的縮寫(xiě),是在利文斯頓爆破漏斗理論基礎(chǔ)上研究創(chuàng)造的、以球狀藥包爆破方式為特征的新的采礦方法。它的實(shí)質(zhì)和特點(diǎn)是,在上切割巷道內(nèi)按一定孔距和排距鉆鑿大直徑深孔到下部切割巷道,崩礦時(shí)自頂部平臺(tái)裝入長(zhǎng)度不大于直徑6倍的藥包,然后沿采場(chǎng)全長(zhǎng)和全寬按分層自下而上崩落一定厚度礦石,逐層將整個(gè)采高采完。這樣下部切割巷道就成為出礦巷道。該法裝藥的主要特點(diǎn)是垂直炮孔的兩端是敞開(kāi)的,要求采用特殊裝置,將藥包停留在預(yù)定位置上,所以裝藥就成為直接影響爆破效果的關(guān)鍵作業(yè)?？梢?jiàn),當(dāng)球狀藥包埋置在采場(chǎng)頂?shù)装逯g向下部自由空間爆破,即倒置漏斗爆破就成為VCR法球狀藥包爆破技術(shù)的主要特點(diǎn)。VCR法主要用于中厚以上的垂直礦體、傾角大于60°的急傾斜礦體和傾角大于60°的小礦塊等的回采。其優(yōu)點(diǎn)包括:(1)在采準(zhǔn)巷道中作業(yè),工作條件好,安全程度高;(2)應(yīng)用球狀藥包爆破,充分利用炸藥能量,破碎塊度均勻,爆破效果好;(3)礦塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,不用掘切割天井和開(kāi)挖切割槽,切割工程量小;(4)如果采用高效率鑿巖和出礦設(shè)備，因爆破礦石塊度均勻,可提高裝運(yùn)效率和降低鑿巖、爆破和裝運(yùn)成本。其缺點(diǎn)包括:(1)裝藥爆破作業(yè)工序復(fù)雜,難于實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備裝藥,工人體力勞動(dòng)強(qiáng)度大;(2)使用的炸藥成本高;(3)爆破易堵孔,難于處理。