矿山爆破技术概述

矿山爆破技术概述

摘要:矿山爆破属于工程爆破技术在矿山开采中的应用。在矿山工程中,无论是在井巷掘进的过程中,还是在露天开采、地下采场开采,都运用到了各种爆破技术。本文主要介绍了工程爆破分类,矿山爆破中井巷掘进爆破主要采用的方法,地下采场中通常采用的几种爆破技术,并具体介绍了相关控制爆破技术以及基本的矿山爆破安全技术

工程爆破技术经过几十年的发展,已经渗透到经济建设的众多领域,特别为国的铁路建设、矿山开采、城市拆旧等做出了重要贡献。爆破作为一种科学技术,应用很广,但在工程上的应用无疑是最重要,最常见的,采矿开山,修铁路、公路用钻爆法来开据隧道,水利工程上也用一些,现在城市甲面也使用了,拆除楼房。

矿山爆破是把矿石从岩体中剥落下来和对矿体顶板围岩进行剥离,并按工程要求爆破成一定的爆堆,破碎成一定的块度,为随后的铲装、运输工作创造条件。在矿山建设和生产中,爆破方法是破碎矿岩的主要手段。在新中国成立以来的三十多年中,矿山企业是国内采用药室大爆破最多的部门之一。

光面爆破技术已在矿山井卷据进中得到广泛推广和应用,对井巷围岩的保护和降低井巷维护成本中发挥了重要作用;预裂爆破在露天矿山边坡爆破中的应用对边坡的稳定有着重要作用,从而降低了开采成本。深孔微差爆破在露天和地下矿山的应用使矿山生产能力得到极大提高。

总之,矿山爆破技术在矿山工程建设和生产中起到了很大作用并得到迅速的发展。

1工程爆破技术概述

1按药包形式分类

按药包形状分类即炸药包的爆炸作用及其特性进行分类,按这种方法又可以分为四种

1.1集中药包法

从理论上讲,这种药包的形状是球形体,起爆点从球体的中心开始,爆轰波按和射状以球而形式向外扩张,即爆炸作用以均匀的分布状态作用到周围的介质上。然而在工程实际中几乎不可能将药包加工成这种形状,通常将药包做成正立方体和长方形体形状,长方体的最长边不超过最短边的6倍。此时的药包可以称为集中药包,通常把集中药包的爆破叫做药室法和药壶法。1.2延长药包法一柱状药包

把药包做成长条形,可以是圆柱形状也可以是方柱状,但一般的情况下均为圆柱状。炸药一旦被激发爆炸,所产生的爆轰波的波阵面形式为圆柱状,即爆炸后形成的爆轰波以柱面波的形式向四周传播并作用到周围介质上。通常把药包长度大于最短边或直径6倍的药包叫做延长药包。在实际工程应用中,深孔法、炮眼法和药室法爆破中的条形药包爆破法都属于延长药包法。

1.3平面药包法

这种药包的爆破不同于前两种方法,它不需要钻孔也不需要挖硐室,而是直接将炸药敷设在介质表面,因此爆炸作用只是在介质接触药包的表面上,大多数能量都散失到空气中去了,所产生的爆轰波应看作是平面波。例如,在加工机械零部件时采用圆饼状的药包,爆破时包覆在介质的表面,这就是加工机械零部件的爆炸加工法。但是,在硐室爆破中的平面药包法,则与此不同,它是以等效作用的集中药包或条形药包按一定间距布成一个装药平面,爆破时产生的爆轰波也近似于平面波。

1.4形状炸药包

这是将炸药做成特定形状的药包,用以达到某种特定的爆破作用。最广泛的是聚能爆破法,这种方法是将药包外壳的一端加工成圆锥形或抛物线的凹穴,使炸药爆炸所产生的爆轰波按圆锥形或抛物线凹穴的表面聚集在它的焦点或轴线上,形成高能射流,击穿与它接触的介质的某一部位。这种药包在军事上用做穿甲弹以穿透坦克的甲板或其他的军事目标;在实际工程中应用于切割金属板材(例如,旧船体的切割、钢结构建筑物和构筑物的拆除等)、岩石大块的二次破碎以及在冻土中的穿孔等。2从岩石性质选炸药

岩石的密度与纵波在该岩石中传指東度的乘积，称为岩石的波阻抗。炸药爆轰传给岩石的总能量及能量传递效率与岩石和炸药波阻抗有关。炸药爆轰对孔壁产生的冲击波压力，随岩石和炸药波阻抗值变化而变化。不同炸药在同一岩石中或同一炸药在不同岩石中爆炸所激发的冲击波压力不同，则爆炸能量转换成粉碎、破坏和抛掷的能量不同，破坏效率不同。岩石波阻抗越大，在孔壁产生的冲击波压力越大，炸药传给岩石的能量越多，产生的应变值越大。炸药与岩石波阻抗之比值意接近或等于1时，或使用波阻抗較大的炸药，则爆炸能量传递效率愈高，传递的能量波多引起的应变也越大，爆破成本越高，破岩能量最大。当两者的阻抗相差太大，如不耦合装药，因炸药和岩石波阻抗为空气波阻抗的一万倍，则爆炸能由炸药传到空气在传到岩石过程中将严重衰减，其能量传递效率很低。因此，为提高爆破效应尽量使炸药与岩石波阻抗相匹配。一般说来，对于松软若石（即低波阻抗的岩石），破时宣选用低密度、低威力炸药，如普通的油炸药、低密度的乳化炸药等：而对于坚硬难的岩石（即高波阻抗的岩石），通常选用高威力、高爆速的炸药，如铝化铵出作药、高威力的乳化作药、胶质炸药、TNT含量较高的铵梯炸药等。

3、从爆破方面考虑选择炸药

当爆破方法和目的不同,应选用不同的炸药。当破碎度在爆破效果等评价因素中起控制作用时,主要考虑炸药爆速这一因素;对有减震要求而采用的预裂及光面爆破,应选择爆速低、猛度低、密度小的小直径炸药;如EL-102乳胶及粉状硝化甘油光面爆破专用炸药;为确保传爆可靠性,宜选用水胶或乳胶炸药以消除间隙效应的影响;在煤气与瓦斯突出的矿井和巷道,应选用乳化煤矿炸药,且有毒气体生成量要少。在堿市中进行控制爆破可选用普通工业炸药,如2岩石铵梯、1铵油及多孔粒状铵油炸药等等;也可选用特种混合炸药,如塑性或粘性炸药;一般宜选低爆速炸药,如2硝铵、6%粉状硝化甘油及1~3光面爆破炸药。

4、从炸药性能方面的考虑选择炸药

4.1炸药爆炸的总能量

炸药爆炸能量通常以爆轰压和爆孔压两种形式传播。爆轰压主要对岩石的最终块度起作用,它与猛度密切相关。爆轰压力越高,在岩石中激起的冲击波压力和造成的应力与应变也越大,有利于岩石破碎,特别是致密坚硬岩石;对这类岩石应选择爆速和密度较高的炸药。但是,爆轰压过高将使药柱周围岩石过度粉碎而消耗大量的能量,且冲击波对岩石作用时间短,能量利用率低,岩石破碎不均匀。

爆孔压由膨胀的高温高压气体形成,是相对较慢的准静态作用过程。炮孔压力越高,爆炸气体中具有的能量越大,其胀裂推力越大,对岩石的膨胀和抛掷作用愈强。炮孔压作用的时间长于爆轰压,有利于应力波形成的初始裂纹的延展和扩张,能提高燝炸能量的利用率。炮孔压的大小取决于炸药的暴热、爆温、爆轰气体的体积和堵塞质量。在爆破软弱岩石及抛掷爆破中宜选则上述性能参数值较大的炸药。

炸药的威力即做功能力,是衡量炸药爆炸性能的重要参数;猛度是指局部的破坏的效应。单位体积炸药所具有的威力是比较适用,且在一定程度上表示了炸药的能量。实际工作中常用相对体积威力的概念,水电系统常用2岩石硝铵炸药为比较标佳。相对体积威力越大,被爆岩石的位移越大,破碎块度越小越均匀。

在爆破作业中,由爆轰压和爆轰产物的运动速度决定的炸药猛度,它指炸药爆炸时粉碎与其接触的岩石的能力。对致密坚硬岩石应选用高猛度炸药;对于中硬以下的岩石宜选用低猛度大威力的炸药。

根据不同岩石条件选择不同威力的炸药,可以合理利用爆炸能量及提高爆破效果。实践表明:在坚硬岩石中増加炸药波阻抗会提高岩石的破碎度,而在次坚硬岩石中,当炸药阻抗末达到岩石阻抗时,岩石破碎度随炸药阻抗増大而提高;当炸药阻抗超过岩石阻抗时,岩石破碎度随药阻抗提高反而下降。

4.2炸药密度

密度的大小对炸药威力有一定影响,而对猛度的影响更显著。炸药的密度与体积威力成正比例关系。对致密坚硬难岩石,钻孔费用较高时,宣选用高密度高能量的炸药。通常高密度炸药在孔中会达到较高的炸药密度和取得较好的破碎效果;在有水的孔中其沉降速度快,下沉能力大,可缩短装药过程中炸药与水的接触时间并形成连续药柱,将水排于其上,缩小了炸药与水的接触面积。当孔中是浑浊的泥水,应选用密度大于1.1克/厘米的炸药;在清水中使用时,其密度应大于1.05克/厘米,以保证沉降速度。

4.3炸药的爆速

爆速是指爆轰波在炸药中稳定传搔的速度。由于炸药的波阻抗是燝速和装药密度的乘积,而炸药波阻抗和岩石波阻抗的匹配是提高果的因素之一,因此,爆速是一个非常重要的指标。爆破工作者在实际工作中已摸索出一些经验性的标佳。如:低爆速炸药适用于作软岩爆破和光面爆破,而高爆速炸药宜于在硬岩爆破中使用。