爆破技術(shù)在采礦工程的應(yīng)用探討

孫喜鵬

(山西省煤炭建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西 太原 030000)

0 引言

爆破技術(shù)是利用炸藥對(duì)物體結(jié)構(gòu)進(jìn)行巨大能量的爆炸，近年來(lái)，爆破技術(shù)被廣泛用于礦山開(kāi)采工程的建設(shè)當(dāng)中[1]，由采礦工程爆破技術(shù)的原理，能夠看到利用炸藥的外力作用，對(duì)礦山結(jié)構(gòu)產(chǎn)生高熱氣體，從而引發(fā)爆炸，最終達(dá)到礦山工程建設(shè)的需求。而在爆破過(guò)程中，由于時(shí)限要求，很容易造成安全事故，因此爆破技術(shù)必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行實(shí)施，保障開(kāi)采工程的安全順利完工[2]。為此，對(duì)爆破技術(shù)在采礦工程的應(yīng)用進(jìn)行探討，以期為采礦工程爆破技術(shù)的安全應(yīng)用，提供一些可供參考的資料。

1 爆破技術(shù)的應(yīng)用理論基礎(chǔ)

1.1 爆炸和炸藥的應(yīng)用理論基礎(chǔ)

爆炸是物質(zhì)系統(tǒng)一種急劇的物理或化學(xué)變化，在變化過(guò)程中放出大量的能量對(duì)周?chē)敖橘|(zhì)做機(jī)械功，同時(shí)伴隨有聲、光和熱等效應(yīng)[3]。在采礦工程中應(yīng)用爆破技術(shù)時(shí)，首先應(yīng)該確定煙花爆竹的種類(lèi)，了解煙花爆炸種類(lèi)與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)質(zhì)勘測(cè)，最終確定相應(yīng)的爆炸種類(lèi)。目前爆炸種類(lèi)主要以物理爆炸、化學(xué)爆炸、核爆炸為主。確定類(lèi)別后，還需對(duì)炸藥的爆炸條件進(jìn)行確定，炸藥爆炸的必備條件：①放熱反應(yīng)(是高速自動(dòng)進(jìn)行的首要條件)；②反應(yīng)高速進(jìn)行；③生成大量氣體(氣體是做功的介質(zhì))。

另外，還需要了解炸藥化學(xué)反應(yīng)的形式，爆炸不是炸藥唯一的反應(yīng)形式，它主要由4種反應(yīng)形式構(gòu)成，分別是熱分解、燃燒、爆炸(未處在理想狀態(tài))和爆轟。這4種形式可相互轉(zhuǎn)化，進(jìn)而達(dá)到即定的爆破最佳效果。

1.2 爆破技術(shù)表現(xiàn)形式及操作步驟

爆破技術(shù)主要由聲、光、塵、煙、振動(dòng)、飛石、拋擲與坍塌等形式表現(xiàn)[4]。因此，有效的地質(zhì)勘測(cè)至關(guān)重要。在采礦工程中，爆破技術(shù)需要進(jìn)行地質(zhì)情況的有效掌握，也就是有效勘測(cè)[5]。而后結(jié)合所勘測(cè)的地址情況進(jìn)行具體設(shè)計(jì)并進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)，從而更好地指導(dǎo)爆破的全過(guò)程，再結(jié)合設(shè)計(jì)進(jìn)行大型爆破工程的評(píng)價(jià)，根據(jù)所評(píng)價(jià)的結(jié)果對(duì)礦山工程進(jìn)行具體施工，施工的流程包括鉆眼裝藥天災(zāi)沿線檢查起爆的操作，一系列工序完成后，對(duì)礦山爆破工程進(jìn)行整體驗(yàn)收與評(píng)價(jià)，從而保證礦山工程的質(zhì)量。

2 采礦工程爆破技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 地下礦山爆破技術(shù)

采礦工程中主要以地下礦場(chǎng)開(kāi)采、露天礦開(kāi)采、爆破工程3種為主要應(yīng)用方向。其中地下礦山爆破技術(shù)主要由井下掘進(jìn)爆破和采場(chǎng)爆破2種方式，對(duì)井下爆破應(yīng)首先進(jìn)行爆破特點(diǎn)的分析，了解爆破工程重點(diǎn)防范的內(nèi)容，而后進(jìn)行炮孔布置形式及起爆順序的預(yù)設(shè)，嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)井下掘進(jìn)爆破參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，并按照光面爆破、天井深巷爆破掘進(jìn)，完成相應(yīng)爆破操作[6]。

井下掘進(jìn)爆破特點(diǎn)：對(duì)井下掘進(jìn)爆破，需要針對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行，相應(yīng)的爆破處理措施，保證爆破的準(zhǔn)確性以及相應(yīng)的進(jìn)尺尺寸符合要求，并結(jié)合相應(yīng)特點(diǎn)形成一套完善的爆破方案，根據(jù)技術(shù)方案，逐步對(duì)不同類(lèi)型的炮眼進(jìn)行工作面的相應(yīng)布置，從而更好的使斷面展示達(dá)到一定的井巷掘進(jìn)爆破效果。掘進(jìn)爆破必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，相應(yīng)的規(guī)格設(shè)計(jì)，必須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求與施工規(guī)范要求。保證爆炸的集中性跨度需要均勻，并符合炮眼的布置設(shè)計(jì)的規(guī)范性從而提高炮眼的使用效率，周邊平整材料消耗少的要求，從而節(jié)省成本開(kāi)支[7]。

炮孔布置形式：炮孔布置形式及起爆順序具體如圖1所示。炮孔的布置形式主要有掏槽孔、輔助口和周邊孔。將各種炮孔進(jìn)行有效布置，從而實(shí)現(xiàn)完善的起爆順序。其中掏槽孔的作用是在工作面上將一部分巖石破碎并拋出，掏槽孔的有效設(shè)計(jì)，主要是能夠?qū)r石的破碎有效的拋出，從而降低安全事故的產(chǎn)生，并且能夠通過(guò)巖石破碎的拋出，形成第二個(gè)自由面，保證相應(yīng)的爆破符合礦山工程建設(shè)所需。周邊孔的作用主要是對(duì)井巷橫斷面形狀的控制，以及相應(yīng)的斷面方向控制，從而使井巷斷面尺寸、形狀與方向能夠滿(mǎn)足爆破設(shè)計(jì)需求，進(jìn)一步做好炮孔布置工作[8]。

a-掏槽孔；b-輔助口；c-周邊孔圖1 爆破布置應(yīng)用形式示意圖

炮孔起爆順序：為了進(jìn)一步保證采礦工程的順利起爆，需要進(jìn)行起爆順序的規(guī)范性安排，從而進(jìn)一步保證爆破的安全性，達(dá)到既定的爆破效果。因此，起爆順序的布置至關(guān)重要。一般情況下需要對(duì)掏槽孔、輔助口與周邊孔進(jìn)行相應(yīng)起爆順序安排，相應(yīng)順序設(shè)置安排好后，再進(jìn)行第二次起爆孔的分組，按順序并且具有一定的合理性，對(duì)起爆順序進(jìn)行先后次序安排，充分利用初期階段起爆孔的設(shè)置，從而進(jìn)一步形成爆孔自由面。在實(shí)施一次性起爆孔時(shí)，其數(shù)目的增多，也使相應(yīng)的爆孔段數(shù)相應(yīng)越多，在充分利用自由面的基礎(chǔ)上，對(duì)振動(dòng)空氣沖擊有一定的減弱，此操作能夠使沖擊波強(qiáng)度和噪聲均得到有效降低。

2.2 井巷掘進(jìn)爆破參數(shù)

炮孔直徑：炮孔直徑大小對(duì)鑿巖生產(chǎn)效率有著直接的影響，包括炮孔數(shù)目，它的單位的消耗量，以及爆破塊度和井巷到周壁平整性等均受炮孔直徑的直接影響。因此，在爆破過(guò)程中，炮孔直徑的設(shè)置必須符合爆炸能量的需求，當(dāng)炮孔直徑增大時(shí)，要爆炸能量相對(duì)集中，爆炸速度和爆轟穩(wěn)定性有所提高，而過(guò)大的炮孔直徑并不易于鑿巖速度的有效提升。若炮孔直徑過(guò)大那么鑿巖速度會(huì)顯著下降，則炮孔直徑設(shè)計(jì)不宜過(guò)大，并且相應(yīng)的炮孔數(shù)目也會(huì)因此減少，從而降低了巖石的破碎質(zhì)量。炮孔直徑的設(shè)計(jì)，一般根據(jù)大斷面井巷的面積設(shè)定，若大斷面井巷大于6 m2以上，可采用38～45 mm的藥卷，若小斷面積在小于4 m2以上，且?guī)r石十分堅(jiān)硬，此時(shí)可使用高威力炸藥，采用小直徑藥卷，一般尺寸在25～32 mm的直徑，從而達(dá)到相應(yīng)的爆破效果。經(jīng)常的炮孔直徑比裝入的藥卷直徑要略大，一般控制范圍在5～10 mm左右，采用氬氣裝鑰匙孔體積可以達(dá)到既定的利用效果。

單位炸藥消耗量和孔深：平巷決定的炸藥單位消耗量可以參照巖石堅(jiān)固系數(shù)與掘進(jìn)斷面所占面積進(jìn)行相應(yīng)確定。在實(shí)際生產(chǎn)中需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，一般輔助孔孔距控制范圍在400～600 mm，周邊孔之間一般取600～700 mm，周邊孔口到輪廓線應(yīng)保持在100～150 mm范圍內(nèi)，而且頂?shù)装蹇滓蛲庀蛏舷蛳录聪騻?cè)面傾斜5°左右，并使孔底落在輪廓線外約100 mm處。

2.3 采場(chǎng)爆破技術(shù)特點(diǎn)

與井巷掘進(jìn)爆破相比，地下采場(chǎng)爆破具有2個(gè)以上的自由面，并且炮孔數(shù)量較多，封礦面積和爆破量較大，一次爆破用藥量大，炸藥單位消耗量低，爆破方案的選擇和起爆網(wǎng)絡(luò)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)地下采石場(chǎng)爆破的質(zhì)量要求是爆破作業(yè)安全，每米炮工封礦量大，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。

2.4 VCR采礦法爆破技術(shù)

VCR采礦法爆破技術(shù)是在利文斯頓爆破漏斗理論基礎(chǔ)之上所創(chuàng)造的，它以球狀包爆破方式為特征的新的采礦方法，并在近年來(lái)得到了廣泛性應(yīng)用。在上、下巷道內(nèi)按一定孔距進(jìn)行鑿巖，對(duì)大直徑深孔道下部切割巷道上部的十字頂部平臺(tái)，可裝入長(zhǎng)度不大于炮孔直徑6倍的藥包，然后沿巷道，以及按分層，自下而上崩落一定厚度、礦石、逐層將整個(gè)采礦工程完成。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，采礦工程的建設(shè)，是我國(guó)一次性能源開(kāi)采的關(guān)鍵，而爆破技術(shù)的良好應(yīng)用，直接影響著我國(guó)煤礦的整體發(fā)展。因此，針對(duì)爆破技術(shù)在采礦中的應(yīng)用情況展開(kāi)分析，對(duì)于采礦工程中的爆破技術(shù)應(yīng)用，應(yīng)該結(jié)合地質(zhì)條件，并且掌握各項(xiàng)采礦方法的技術(shù)理論基礎(chǔ)，有針對(duì)性地提出采礦設(shè)計(jì)方案，需要具有一定的條理性與適用性，在保證采礦工程的整體安全性的基礎(chǔ)之上，才可以進(jìn)一步提高采礦工程的工作效率。