地下工程爆破技術的現狀及發展

周靈 劉琪

摘 要：鉆眼爆破法是我國煤礦井巷掘進的主要破巖方法。據統計，近年我國煤礦井下每年的巖巷掘進高達數萬米，其中90%以上是用鉆眼爆破法完成的。鉆眼爆破法具有結構簡單、輕便靈活等特點。新型的爆破器材、先進的爆破技術不斷在煤礦爆破中的應用，給鉆眼爆破法注入了新的活力，使其在煤礦建設和煤礦生產中的作用更加突出。本文就爆破器材、爆破技術、爆破理論和爆破安全等方面，闡述我國地下工程爆破的現狀和未來的發展前景。

關鍵詞：地下工程；爆破技術；爆破器材；鉆眼爆破法

1 目前的現狀

我國共有爆破器材生產廠家400多家，其中隸屬原煤炭部的就有50多家，90年代中期年工業炸藥產量25萬多噸，占全國的20%，雷管產量5億多發，占全國的25%。50年代初期，一批煤炭系統的爆破器材廠開始建設并投入運行，主要生產一些工藝簡單、價格低廉的銨梯炸藥和普通雷管。60年代生產出了漿狀炸藥，以后又陸續生產露天巖石炸藥、煤礦安全炸藥、高威力銨梯炸藥和抗水巖石炸藥及段發雷管。70年代我國開始引進研制乳化炸藥和水膠炸藥等含水炸藥，因不含梯恩梯，爆破炮煙濃度低，抗水性能好而迅速發展。目前，我國煤礦系統的爆破器包括較先進的巖石和煤礦系列水膠炸藥、乳化炸藥、小直徑漿狀炸藥、煤礦毫秒雷管、煤礦導爆索、高低威力導爆索、、雙向繼爆管、無起爆藥雷管、礦用電雷管發爆器、電雷管性能測試儀等，這些爆破器材為煤炭工業的發展奠定了基礎。

掘進爆破技術。隨著煤炭事業的快速發展、礦用爆破器材的不斷更新和鑿巖設備大型化、高效化，地下工程爆破技術也有了較大發展。近年來我國開始研究試驗了無掏槽爆破技術，連續微分爆破技術，巷道掘進無拋擲爆破技術，揭煤遙控起爆技術等，產生了良好的經濟效率。

巖巷掘進微差爆破技術。50年代以來，微差爆破技術在各類爆破工程中已得到了廣泛應用，特別是在露天爆破方面取得了較為顯著的技術效益。經理論分析和模型試驗研究表明，已不能滿足巖石充分破碎的需要， 而較為合理的延遲間隔時間應該是使得前段裝藥爆后巖石破碎運動，新自由面完全形成。因此如能以合理的微差間隔時間爆破，便可以利用先期炸藥爆炸產生的應力場、自由面以及巖塊間的相互碰撞，達到改善破巖效果、降低炸藥單耗和控制破堆較為集中的目的。

立井深孔光面爆破技術。大型鉆鑿機械的出現及抗水型巖石水膠炸藥、乳化炸藥的應用，克服了普通銨梯炸藥的管道效應和通水失效問題，使深孔和中深孔爆破技術得以快速發展。原煤炭部曾在“六五”和“ 七五”兩次組織了煤炭高校和眾多科研生產部門進行立井4m深孔光面爆破技術攻關研究，通過理論分析、實驗室試驗和現場工業測試，提出了高效率的兩階槽眼同深直眼掏槽和分段直 眼掏槽方法；成功地試用了炮孔上、中、下部預留空氣緩沖層的裝藥結構；克服了炮孔上部欠挖問題和改善了爆破塊度；同時采用較為先進的電磁雷管起爆系統和非電導爆管起爆系統，提高了爆破作業安全性和縮短了爆破作業時間。

定向斷裂爆破技術。巖巷掘進施工采用傳統的鉆爆法時，周邊眼布置密集，為淺孔多循環作業方式，即使采用普通的光爆成形技術，因施工中難以嚴格按光爆要求施工，致使巷道普遍成形效果差，圍巖破壞嚴重，最終影響掘進的循環進尺及成本。中國礦業大學研究的“巖巷定向斷 裂爆破新技術”取得了較好的效果，其機理是采用聚能藥卷控制爆炸能量的釋放方向，使之沿著巷道輪廓線方向優先釋放，形成引導裂紋，并提供應力場使之具有足夠的應變能來維持裂紋以理想的速率傳播而不至于分叉；在非切縫方向，由于稀疏波作用及對爆生氣體的緩沖作用，從而抑制了其它方向的裂紋擴展。試驗表明定向斷裂爆破改變了炮孔周圍的應力分布與發展的對稱性，沿定向斷裂方向應力遠大于其它方向，這是能源集中作用產生定向斷裂的重要原因。

煤礦爆破理論。近年來，煤炭系統的高等院校和科研單位結合煤炭生產的需要，深入測試研究了若干煤礦井下爆破的機理和參數，如光面爆破成縫機理和光面爆破參數設計；合理微差時間、深孔直眼掏槽爆破和分段直眼掏槽爆破機理與參數設計；爆破沖擊波在井巷中的傳播規律與安全防護機理與措施，礦用炸藥、雷管安全爆炸機理；由爆破引燃引爆瓦斯機理和防護措施；煤礦安全爆破條件與危害因素；井巷掘進爆破參數專家系統研制與開發，巖石的爆破分級等。這些研究大都取得了較為理想的效果。

2 急待提高的方面

由于工程爆破的研究和實踐存在條件和對象的多樣化、復雜化，其理論研究與實際應用尚有較大的差距，以理論指導實踐，克服經驗主義，首先加強爆破基礎理論的研究，探索和解決與實踐有關的爆破作用機理問題。此外，就全國普遍情況來講，從事和煤礦爆破有關的人員眾多，長期以來除因炸藥雷管的生產供應還由有關部分管理外，在爆破工藝的好壞與爆破器材的應用，新理論新器材新技術的研究推廣等方面都缺乏統一的強有力的組織領導和管理，仍有不少礦井仍然全部采用已有30多年歷史的紙包巖石或煤礦硝銨炸藥， 施工機械化配套使用率不高，大型鉆鑿設備應用較少，限制了中深孔和深孔爆破技術的應用和發展。由瞎炮引發的爆炸事故時有發生，嚴重影響煤礦安全生產。

3 未來的發展

作為煤礦井下破巖的基本方法，鉆眼爆破在安全和高效兩個主要方面與高速發展起來的現代化機械破巖技術相比已面臨嚴峻挑戰，由于采用各種刀具切割、滾壓、研磨等破巖手段易于控制、安全可靠、且能連續有效地作業，因此目前在煤礦采掘中大有取代爆破法而成為采掘較為松散煤巖的主要方法。

從爆破能量的利用上來看，提高爆破安全和提高爆破效率實質上是一個問題的兩個方面，爆破的有效性和爆破危害性都是爆破威力造成的。如何改善爆破器材性能和爆破技術工藝、提高爆破效率和爆破安全則是我們目前最根本的任務。為達到此目的，根據多年的調查研究考證后，今后應努力做好以下幾方面工作。

開發研制新型起爆材料。用量最大的銨梯炸藥，雖已為煤礦生產的發展做出了很大貢獻，但由于其有不少缺點，如梯恩梯粉末有毒、生產廠流出的水污染環境、銨梯易吸潮結塊、易產生爆炸不完全及管道效應等，威脅了煤礦的安全生產，因此更新換代勢在必行。目前和今后一段時間內應提倡應用防水性能好、爆炸威力高的水膠炸藥，降低其生產成本，立井應倡議推廣應用電磁雷管起爆系統。

實現鉆眼機械化。實現鉆眼機械化是當前的重要任務之一。應該在努力全面實行采掘高效配套機械化的基礎上，加快鉆眼機械化的進程，研制鉆眼裝藥綜合機械，實現鉆眼裝藥機械化。

完善爆破技術的多方控制。實現多方控制化是各種爆破技術多年來共同努力的方向，工程爆破中的城市拆除爆破、拋擲爆破、松動爆破等都已成功地實現了安全和效果的雙面控制。目前煤礦井下已采用的有深孔爆破、光面爆破、微差爆破、松動爆破、定向爆破、安全爆破等，做好爆破控制工作，必將給煤礦安全、高效爆破帶來美好前景。

4 結束語

通過對爆破工程相關技術的調查研究，發現在爆破方面鉆眼爆破法依然占據的主要地位。先進的爆破技術及操作方法使得鉆眼爆破得到了長足的發展。同時爆破工程也隨之有了較大的進步。

參考文獻

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