論爆破工程技術的應用及發(fā)展

趙軍超　李培博　曹賽　都陽　張娟

摘 要：火藥由中國發(fā)明，西方首次將火藥用于爆破工程中。由于火藥的實際應用，火藥以及工程技術的研究也得到了大量的關注。中國的爆破工程技術起步較晚，但是發(fā)展卻十分迅速，工程爆破也成為了中國國民經(jīng)濟成分中的一份子。通過闡述工程爆破技術的發(fā)展并結合實際需要，提出未來的爆破工程研究的發(fā)展方向。

關鍵詞：爆破技術；爆破工程發(fā)展；爆破發(fā)展方向

爆破技術是利用炸藥爆炸能量，使爆破對象發(fā)生變形、破碎、移動和炮制，達到預定目的的技術。利用爆破能量，可以破碎任何兼顧的戒指或改變介質的形狀，所以爆破技術廣泛應用于鐵路、公路、礦山、水利、水電、建筑等工程的土石方開挖，以及航道的疏浚、建（構）筑物的爆破拆除、機電工程的爆炸加工、石油地質部門的勘探掘進和油氣井爆破等，爆破技術在軍事工程中的同樣得到了廣泛應用。

1爆破工程技術發(fā)展應用

早在公元7世紀，我們的祖先就首先發(fā)明了火藥。1627 年，匈牙利將黑火藥用于采掘工程，從而開拓了工程爆破的歷史。1831 年導爆索出現(xiàn)，1867 年瑞典人諾貝爾發(fā)明了火雷管，同年又制成硝化甘油炸藥，并由瑞典化學家德理森和諾爾賓首次研制成功硝銨炸藥，到此工程爆破的安全性才有了一定的保障。20 世紀 50 年代中期，世界工業(yè)炸藥進入了以廉價硝酸銨為主體的硝銨類炸藥新時期，同時帶動了工業(yè)電雷管等起爆器材和工程爆破技術的快速發(fā)展。近幾年，中國工程爆破協(xié)會與外界的交流頻繁，推動了我國工程爆破技術與國際的交流，也使我國工程爆破技術邁向了新臺階。

我國工程爆破的發(fā)展歷程與經(jīng)濟建設的發(fā)展有著密切的聯(lián)系。

新中國成立后，工程爆破技術在我國農(nóng)田水利建設、礦山采掘、鐵路（公路）、修筑等國民經(jīng)濟基礎建設中立下了汗馬功勞。特別是改革開放以來，中國的經(jīng)濟發(fā)展進入騰飛階段，各種基礎設施的建設帶動了工程爆破事業(yè)的蓬勃發(fā)展。一方面大型水利電力以及城市和廠礦改擴建項目相繼開工；另一方面許多工程爆破課題被列入國家“九五”、“十五”、“十一五”、“十二五”和“十三五”攻關項目及國家自然科學基金項目，通過這些項目的實施使我國的工程爆破技術得到全面迅速而有序的發(fā)展，并取得了一系列可喜成果。進入本世紀后，我國工程爆破面臨的任務將更為艱巨。根據(jù)我國的“十三五”發(fā)展綱要，我國要想實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的經(jīng)濟發(fā)展，必須實現(xiàn)爆破技術研究的高精發(fā)展，讓爆破工程技術不僅服務于國門，同時能夠走出去，服務于“兩帶一路”經(jīng)濟共榮圈的發(fā)展需要。

2爆破工程技術的新進展

2.1爆破機理研究活躍，數(shù)學模型得到實際運用

人們開始應用分形、損傷等數(shù)理建模方法，對巖體的天然結構進行全面、真實地描述；結臺衛(wèi)星定位系統(tǒng)，對炮孔進行準確定位，并利用鉆機工作參數(shù)獲取巖體性質數(shù)據(jù)；新型礦用炸藥，為人們調(diào)節(jié)爆破破巖的能量輸入提供了可能；高精度電子雷管，使人們能夠精確地控制爆破時序；爆破破碎塊度分布光學量測、分析技術，為人們對爆破破碎效果的定量、全面評定提供了手段；大容量、高速度計算機可以滿足爆破破碎復雜系統(tǒng)的模擬要求。

2.2爆破工程技術趨于精細化

數(shù)碼電子雷管、新型系列炸藥和遙控起爆等為爆破技術精細化提供了有利的條件。近年來，利用數(shù)碼電子雷管和新型乳化炸藥的優(yōu)點，在爆破作業(yè)環(huán)境復雜的地下礦山實現(xiàn)了爆破技術精細化，獲得了良好的爆破效果和顯著的技術經(jīng)濟效益。

2.3軟巖與高溫礦巖爆破技術得到發(fā)展

低密度、低爆速和低威力炸藥為改善軟巖爆破效果提供了工具。Orica推出的Novalite系列炸藥的密度范圍為0.3～1.1 g/，爆速為2～4.5 km/s，且爆轟穩(wěn)定。這樣就可以針對軟弱礦巖的實際情況，選用不同密度和爆速的炸藥，既可以使裝填藥柱保持達到上部，減少上部大塊，還可以避免炮孔底部藥量過于集中產(chǎn)生過遠的拋擲。

2.4爆破規(guī)模和爆破設計實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化

爆破規(guī)模由采場幾何形狀、年產(chǎn)礦石量、爆破技術和裝備水平等綜合確定的。國外爆破規(guī)模普遍較大，不同礦山的爆破設計程序盡管有所差異。通常根據(jù)爆區(qū)地質平面圖、現(xiàn)場孔位標志、炮孔和爆堆的品位標志以及礦巖性質、地質構造、爆區(qū)形狀和炸藥類型等進行爆破，設計優(yōu)化孔網(wǎng)、裝藥量等參數(shù)。美國奧斯汀炸藥公司爆破服務隊承擔為礦山進行裝藥爆破任務，他們編制的計算機程序可以根據(jù)地形地質情況、爆破參數(shù)、裝藥結構、要求的爆破塊度和爆破有害效應等項內(nèi)容，用以確定出不同的爆破方案供用戶選擇。

3爆破技術的發(fā)展方向

3.1建立高效安全與系統(tǒng)和諧的“科研——生產(chǎn)——配送——爆破作業(yè)一體化”民用炸藥爆破技術新體系

總體而言，爆破技術的發(fā)展推動了爆破器材的迅速發(fā)展；而爆破器材的迅速發(fā)展又推動了爆破和爆破工藝的巨大進步。兩者之間是不可分割的整體，建立高效安全與系統(tǒng)和諧的“科研——生產(chǎn)——配送——爆破作業(yè)一體化”民用炸藥爆破技術新體系，即由炸藥供應商對爆破作業(yè)實現(xiàn)一條龍服務?，F(xiàn)場混裝炸藥地面連續(xù)化制備技術及裝藥車的發(fā)展為建立“科研——生產(chǎn)——配送——爆破作業(yè)一體化”的民用炸藥爆破技術新體系奠定了技術基礎，民爆行業(yè)的整合以及集團化發(fā)展為建立“科研——生產(chǎn)——配送——爆破作業(yè)一體化”民用炸藥爆破技術新體系提供了條件。實現(xiàn)民用炸藥的生產(chǎn)、運輸和爆破裝藥一條龍技術和服務體系，在不久的將來，將成為我國工業(yè)炸藥的主要生產(chǎn)方式和形式。

3.2加快爆破技術與工藝研究創(chuàng)新的步伐，重點研究復雜環(huán)境下爆破施工技術與工藝

根據(jù)國民經(jīng)濟建設發(fā)展的需要，露天高臺階爆破、復雜條件下石方精確爆破技術、復雜地質條件下的高邊坡快速開挖爆破技術、級配石料的控制爆破開采技術、軟基爆破處理技術以及高原凍土爆破關鍵技術有待創(chuàng)新。要在開展提高和控制爆破能量利用技術研究的基礎上，深人研究上述技術的爆破作用機理、爆破參數(shù)選擇、安全控制標準、施工工藝與裝備等露天礦山高臺階爆破施工技術，為采用索斗鏟——自行式破碎機——帶式輸送機的連續(xù)運輸工藝創(chuàng)造條件，建立露天礦山全新的高效低成本開采技術系統(tǒng)，從而實現(xiàn)高臺階（陡幫）露天礦山開采技術的跨越式發(fā)展。針對電氣化鐵路復線施工、公路改擴建工程、城鎮(zhèn)地區(qū)場平爆破開挖等復雜條件下的大量石方開挖，進一步研究復雜地質環(huán)境條件下的精確控制爆破技術、城區(qū)爆破振動控制技術、復雜地形地質條件下的高邊坡快速開挖爆破技術。

進一步研究地下礦山開采和采空區(qū)處理控制爆破技術。包括地下礦山深孔爆破技術，提高鉆孔、裝藥、填塞機械化與自動化；研究大量崩落爆破的技術條件分析及優(yōu)化；研究瓦斯煤塵條件下爆破安全控制技術；研究深水工程爆破和海底隧道爆破施工和安全技術等。

3.3提高工程爆破的自動化和數(shù)字化水平，重點研究爆破施工信息化技術

CAD技術的發(fā)展和應用水平已成為衡量一個國家科學技術現(xiàn)代化和工業(yè)生產(chǎn)技術現(xiàn)代化水平的一個標志。國外先進國家對于大型復雜爆破廣泛采用計算機模擬，擺脫了爆破設計依靠經(jīng)驗和半經(jīng)驗的做法。加拿大R·法夫羅教授在巖石斷裂力學的基礎上研制的Blaspa軟件，是包含數(shù)以萬計方程式的數(shù)學模型，在北美50多個礦山得到應用。英國AIS公司開發(fā)的Davevtronic GPS爆破軟件包可以實現(xiàn)爆破設計完全自動化。通過輸人巖石的參數(shù)和炮孔深度、炮孔距離、炮孔數(shù)量以及臺階高度，自動模擬出爆破結果，并可根據(jù)要求的爆破效果自動給出最佳的爆破方案，通過GBS和GLONASS衛(wèi)星定位技術和精確的炮孔與機載監(jiān)控信息有機配合將鉆孔布置直到起爆等一系列作業(yè)緊密聯(lián)系在一起，實現(xiàn)爆破設計和爆破作業(yè)自動化。

因此，我們應該以研究開發(fā)露天高臺階、拋擲爆破新技術為突破口，研究完善爆炸與爆破過程的物理力學模型和數(shù)學模型，爆破效果和爆破效應的計算機模擬數(shù)學模型，運用計算機軟硬件技術進行爆破模擬，逐步改變我國現(xiàn)有爆破工程的設計和安全評估大都基于經(jīng)驗或半經(jīng)驗法的狀況。

3.4重視改善爆破安全和環(huán)境污染問題，研究爆破作業(yè)安全與周圍環(huán)境保護的控制技術

爆破安全技術包括爆破施工作業(yè)中的安全問題和爆破對環(huán)境安全影響兩大部分前者主要涉及爆破器材性能、使用條件、檢測方法和起爆技術安全性問題；后者主要涉及安全準則、控制標準、爆破作用機理、爆破參數(shù)設計與方法有關的技術問題。爆破安全技術的創(chuàng)新與發(fā)展必須從上述兩方面開展研究，采取措施消除各種不安全的因素并重點研究爆破作業(yè)安全與周圍環(huán)境保護的控制技術。在研究爆破地震波的產(chǎn)生機制和傳播規(guī)律的基礎上，提出爆破震動安全評定的破壞標準、爆破空氣沖擊波與噪聲的頻譜特性及其傳播規(guī)律；建立反映持續(xù)時間及頻率影響的爆破空氣沖擊波與噪聲控制標準，特別是在有煤塵、硫塵、硫化物粉塵的礦井中進行爆破作業(yè)的情況下；開展爆破測試技術的研究，降低工程爆破作業(yè)的有害效應；重視爆破有害效應的監(jiān)測工作，研制新的爆破震動、空氣沖擊波、噪聲、水中沖擊波等測試儀器，提高監(jiān)測水平；建立各類爆破作業(yè)的安全監(jiān)測細則和技術標準，保證爆破工程的環(huán)境安全。

3.5民用爆破器材向多品種、系列化方向發(fā)展，滿足各類工程爆破的需要

爆破器材總的發(fā)展方向是：大力推廣應用乳化炸藥、粉狀乳化炸藥、改性銨油炸藥、銨油炸藥、重銨油炸藥；基于不同礦巖特性和爆破技術特點的需求，大力研究應用低感度、系列化的現(xiàn)場混裝含水炸藥、環(huán)保型高性能散裝粉狀炸藥以及煤礦函需的高安全炸藥，徹底改變目前炸藥品種單一的局面，形成炸藥威力由低到高，密度由小到大的安全性好、系列化工業(yè)炸藥新體系。在起爆技術方面，進一步完善電雷管起爆系統(tǒng)，發(fā)展塑料導爆管非電起爆系統(tǒng)，研制開發(fā)數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)和低能導爆索非電起爆系統(tǒng)，跟蹤遙控起爆技術，形成電與非電相互配套的安全起爆系統(tǒng)，提高起爆技術的可靠性和安全性。

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（作者單位：河南理工大學安全科學與工程學院）