爆破采礦技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

甘濟(jì)堂

[摘要]鑿巖爆破工作是采礦工程中的一項重要內(nèi)容，爆破技術(shù)的改進(jìn)有利于提高礦石和巖石的開采效率。文章對等離子爆破技術(shù)、低引燃性礦用炸藥、定向爆破炸藥、激光和光纖起爆系統(tǒng)、鑿巖劈裂技術(shù)、電子雷管爆破技術(shù)分別作了簡單介紹。這些爆破技術(shù)在我國的礦山有一定的推廣應(yīng)用價值。

[關(guān)鍵詞]采礦工程 爆破技術(shù) 等離子爆破技術(shù) 低引燃性礦用炸藥 電子雷管、發(fā)展與應(yīng)用

[中圖分類號] P633.2[文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2014）-7-10-2

我國的采礦業(yè)有著悠久的歷史，采礦工程中比較廣泛使用的技術(shù)是爆破技術(shù)，爆破技術(shù)在我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展中占據(jù)著重要的地位。傳統(tǒng)的爆破采礦技術(shù)一般都存在較大的危險，常常會造成安全事故和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。我國的礦山無論在其生產(chǎn)規(guī)模和開采技術(shù)等方面，都與世界上采礦較為先進(jìn)的國家相比，存在著一定的差距。為了縮小這些差距，我們應(yīng)及時地了解采礦工程中不斷發(fā)展的新技術(shù)，并盡快地做好引進(jìn)、消化和推廣的工作。這對發(fā)展我國的采礦工程有著積極的促進(jìn)作用，采礦工程中包括了很多工序，鑿巖爆破就是其中的一項主要內(nèi)容。爆破技術(shù)的改進(jìn)，不僅有助于安全生產(chǎn)，而且也能提高開采效率。因此，研制和引進(jìn)新型爆破器材和爆破技術(shù)，對礦業(yè)的發(fā)展具有實際意義。

目前，世界許多國家都對爆破技術(shù)開展了深入的研究，其中有些研究項目已取得了突破性的進(jìn)展。根據(jù)我國礦山的特點，下面介紹幾種便于在薄礦脈開采中推廣應(yīng)用的新的爆破技術(shù)和爆破器材。

1等離子爆破技術(shù)

等離子爆破技術(shù)是采用電能代替化學(xué)能對硬巖進(jìn)行爆破作業(yè)。該項技術(shù)是將大量的電能儲存在高效的蓄能電容器組內(nèi)，通過起爆的遙控起動器控制觸發(fā)電路，完成大電流開關(guān)裝置的開啟與閉合，再由同軸電纜與設(shè)置在巖石孔上可承受巨大作用力的同軸爆破電極相聯(lián)接。起爆時，儲存在電容器組里的大量電能，可在幾微秒的短時間內(nèi)，向封閉在孔底300～500mm處的電解質(zhì)釋放電能，如此大量的電能使得電解質(zhì)轉(zhuǎn)換成高溫、高壓的電離氣體和等離子體，其間的壓力高達(dá)200MPa，這些電離氣體或等離子體急劇膨脹，最終造成巖石破碎。

此種爆破技術(shù)在起爆瞬間所形成的高溫、高壓的離子氣體迅速膨脹形成強(qiáng)大的沖擊波，從而在巖體內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力場，導(dǎo)致類似于化學(xué)炸藥產(chǎn)生的爆破效果，但沒有生成有害氣體，因而對采礦作業(yè)環(huán)境的改善起到了積極的作用。

目前，等離子爆破技術(shù)尚處于研究階段。研究者們正在積極研制一種可重復(fù)使用的電極，這種電極不僅能承受較大的爆破作用力，而且可重復(fù)使用400次，這對降低爆破成本、提高爆破作用效率都起到了重要的作用。長遠(yuǎn)的目標(biāo)是研制一種連續(xù)的挖掘機(jī)械，它可在井下硬巖的礦山進(jìn)行鉆孔、爆破和裝運(yùn)作業(yè)。它不僅可使開采成本降低，而且，由于爆破對圍巖損壞較少，就提高了圍巖的穩(wěn)固程度，還能節(jié)省大量的支護(hù)費用。

2低引燃性礦用炸藥

我國的礦山廣泛地應(yīng)用銨油炸藥進(jìn)行礦床開采的爆破作業(yè)，因為銨油炸藥是一種價格低廉、性能良好的爆炸劑。但是銨油炸藥爆炸時對礦塵有較高的引燃性，特別是對一些高硫礦床的開采，其引燃性更大。美國礦山局一直在研究適用于礦塵爆燃多發(fā)性礦區(qū)的炸藥和安全爆破方法。研究的焦點是乳化炸藥和水膠炸藥。他們對包括水膠炸藥和乳化炸藥在內(nèi)的各種炸藥進(jìn)行了LakeLynn平峒臼炮（LLCG）試驗，以評價這些炸藥對礦塵的相對引燃性，比較的對象為銨油炸藥和其他炸藥。再將LLCG測得的、對礦塵引燃性低的炸藥產(chǎn)品進(jìn)行現(xiàn)場評價。該項試驗表明，乳化炸藥和水膠炸藥對硫化礦山的礦塵引燃性較低。在礦塵爆燃多發(fā)性的高硫礦山使用乳化炸藥和水膠炸藥，有效地降低了硫化礦塵的引燃性，成功地預(yù)防了爆破誘發(fā)的硫塵二次爆燃事故。該試驗還表明，對高硫礦山應(yīng)選用爆炸溫度低、爆炸后產(chǎn)生的熾熱微粒量少的炸藥較為適宜。因此，在炸藥的配方中應(yīng)盡量減少鉛粉的用量。炸藥爆炸后鋁粉不但能產(chǎn)生熾熱微粒，而且還能產(chǎn)生氫氣，氫氣與空氣能形成爆炸性混合物。該混合物爆燃后亦可引燃預(yù)分散在空氣中的礦塵。

因此，在我國的高硫化的礦山中，可以借鑒上述經(jīng)驗，選用乳化炸藥或水膠炸藥代替銨油炸藥，可以有效地預(yù)防因炸藥爆炸而引燃礦塵的事故發(fā)生。

3定向爆破炸藥

通常來說，我們在使用炸藥時基本上都是不定向的，也就是說炸藥爆炸后產(chǎn)生的能量可以向多個方向傳遞。但是最近幾年，隨著定向爆破技術(shù)的提升，定向爆破技術(shù)已經(jīng)取得一定程度的進(jìn)展。比較典型的例子是芬蘭謝卡公司所研制出來的能錐，非但可以對礦石溜井中的懸掛塊引發(fā)金屬彈，還能夠準(zhǔn)確地對懸掛礦石實施爆破破碎，而且操作比較安全。該能錐一般有三種重量規(guī)格，分別是3.2kg、6.9k2和21.5kz，最大發(fā)射距離有200米之遠(yuǎn)。定向爆破技術(shù)還可以加強(qiáng)藥包的爆破效果，從而使得炸藥能量作用到爆破工作最關(guān)鍵的部位，充分加大了炮孔的進(jìn)尺，并且還能在巷道掘進(jìn)孔網(wǎng)邊眼內(nèi)進(jìn)行定向爆破，這樣可以最大程度減少掘進(jìn)施工的超欠挖量。

4激光和光纖起爆系統(tǒng)

我們知道，這種起爆系統(tǒng)雖然由激光和光纖兩部分構(gòu)成，但它們都是受到同一臺激光裝置控制，并通過光纖母線和光纖腳線對激光雷管裝置進(jìn)行照射，從而使它起爆。作為一種新型起爆系統(tǒng)，激光與光纖起爆系統(tǒng)、電起爆系統(tǒng)最大的不同在于，它引用了激光來做雷管起爆的能量，這樣就減少了很多雜散的電流對起爆系統(tǒng)構(gòu)成的不良影響，從而避免了很多因為電而造成的誤爆事故。因為激光是采取光纖傳送方式，所以周圍人群不容易遭到激光照射的不良影響，而且還可以根據(jù)這種激光裝置，滿足遠(yuǎn)距離起爆等要求，可見這種起爆方法是非常安全的。一般而言，這種激光裝置主要是由精度較高而且體積較小的脈沖激光裝置構(gòu)成。它的結(jié)構(gòu)特點具體表現(xiàn)為激光點火、續(xù)燃功能和延時功能良好，因此該方式完全且不必使用較敏感的起爆藥，其安全性能極高。根據(jù)大量的試驗知道，在啟用激光和光纖起爆系統(tǒng)進(jìn)行爆破之后，現(xiàn)場不會產(chǎn)生拒爆或火藥殘留的不良現(xiàn)象，而且該方式起爆效果跟傳統(tǒng)的電雷管起爆效果基本一致，并且安全性、可靠性較之更高。

5鑿巖劈裂技術(shù)

鑿巖劈裂技術(shù)是一種機(jī)械開挖技術(shù)，它需要鉆鑿基本的炮孔，然后將劈裂機(jī)上的劈裂桿置于孔內(nèi)。當(dāng)劈裂機(jī)工作時，楔形裝置被拉拔成羽狀，迫使其相對于孔壁朝徑向移動，放射狀載荷可靠地把劈裂機(jī)固定住，當(dāng)推力桿向孔底推進(jìn)時，即對巖石施加軸向載荷，并產(chǎn)生應(yīng)力場，引起巖石破壞，從裂隙處將巖石劈下來，完成巖石的破碎作業(yè)。劈裂機(jī)作業(yè)的無強(qiáng)裂振動性對周圍的采礦環(huán)境影響最小，從而降低了對通風(fēng)和地壓控制的要求。具有體積小、重量輕、多功能的特性，能滿足不同開采方法的要求。鑿巖劈裂技術(shù)能精確地沿著設(shè)計的幾何形態(tài)進(jìn)行開挖，從而大大地減少了上下盤巖石的混入量，是一種適宜于極薄礦脈開采的理想開采設(shè)備。

6電子雷管爆破技術(shù)

電子雷管爆破技術(shù)比普通的雷管更具安全性和穩(wěn)定性。普通雷管爆破技術(shù)是利用特殊的化學(xué)物質(zhì)燃燒進(jìn)行時間延遲，電雷管爆炸式利用自身的微型電子定時電路來對爆破的時間進(jìn)行操控。電子雷管在制造時就增加了延期的程序，在爆破的過程中只要一次排放雷管的順序就可以用固定的延遲時間來進(jìn)行起爆；并且這個延遲時間是可以通過人為來控制的，爆破人員設(shè)定時間后就可以自動由起爆器傳遞到電子雷管中。電子雷管具有精密度比較高，安全性能較好，爆破質(zhì)量較好等諸多優(yōu)點，是進(jìn)行采礦的技術(shù)優(yōu)選方法之一。

7總結(jié)

綜合爆破采礦技術(shù)的發(fā)展趨勢，它能夠有效的提高采礦的開采效率和采礦生產(chǎn)的安全作業(yè)程度，同時能夠減小工作人員的工作壓力，加快我國采礦行業(yè)的發(fā)展。但是，在采礦的過程中，采礦單位要對實施爆破采礦技術(shù)可能會發(fā)生的安全問題進(jìn)行仔細(xì)的研究和分析，要根據(jù)具體的情況采取適當(dāng)?shù)慕鉀Q措施，在問題發(fā)生的時候能夠即時的解決。不論使用哪一種爆破技術(shù)都要保證采礦的安全性和可靠性，要采取必要的預(yù)防措施，這樣才能夠向整個社會提供充足的礦產(chǎn)資源，并促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

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