爆破采礦技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

李夢龍

摘 要：在采礦行業(yè)得以深入發(fā)展的同時(shí)，爆破采礦技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用也邁上了更高的臺(tái)階。發(fā)展爆破采礦技術(shù)，并將其運(yùn)用到礦山開采中，不僅能有效提升開采效率，而且可以拓寬礦產(chǎn)開發(fā)的相關(guān)領(lǐng)域。本文首先介紹了爆破采礦技術(shù)的概況，然后對(duì)不同類型的爆破采礦技術(shù)進(jìn)行了闡述，具體包括技術(shù)的應(yīng)用方式、應(yīng)用性能及應(yīng)用場景等，最后講解了應(yīng)用實(shí)踐過程中應(yīng)當(dāng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：爆破采礦技術(shù);發(fā)展;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TD235.4;TD823 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2020）07-0068-03

Abstract： With the in-depth development of mining industry， the development and application of blasting mining technology has reached a higher level. The development of blasting mining technology and its application in mining can not only effectively improve the mining efficiency， but also broaden the related fields of mineral exploitation. This paper first introduced the general situation of blasting mining technology， and then expounded different types of blasting mining technology， including the application mode， application performance and application scenarios of the technology， and finally explained the key points that should be paid attention to in the application process.

Keywords： blasting mining technology;development;application

礦山開采通常需要前沿、高端的科學(xué)技術(shù)作為支持，而我國礦山開采技術(shù)的應(yīng)用效果仍與其他先進(jìn)國家相比仍存在較大差距。通過縱向分析可以發(fā)現(xiàn)，在技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域的深入探索過程中，我國礦山開發(fā)效率相較從前已經(jīng)取得了長足進(jìn)步。在科學(xué)技術(shù)受到高度關(guān)注的發(fā)展時(shí)期，采礦工程中的爆破技術(shù)也得到了完善與優(yōu)化，提高了采礦水平，為促進(jìn)我國礦業(yè)發(fā)展提供了強(qiáng)大助力。

1 爆破采礦技術(shù)的概況及爆破存在的隱患

目前，我國用于爆破采礦的炸藥種類十分豐富，常見的有乳化炸藥、水膠炸藥、硝銨類炸藥等，其中以硝銨類炸藥應(yīng)用最為廣泛。在爆破采礦過程中，不僅需要根據(jù)實(shí)際情況挑選合適的炸藥，還需要使用專業(yè)且對(duì)應(yīng)的起爆器材。從結(jié)構(gòu)組成的角度來看，起爆器材通常以導(dǎo)爆索、導(dǎo)爆管、電雷管三部分為主[1]。

利用爆破采礦技術(shù)能徹底粉碎并清除礦體表層的巖石，且不會(huì)因?yàn)槭艿降刭|(zhì)因素的影響而產(chǎn)生具有嚴(yán)重危害的安全事故。但是在進(jìn)行爆破采礦時(shí)，爆破技術(shù)的應(yīng)用效果通常會(huì)受到多種因素的影響。其中，人為操作是影響爆破效果的重要因素之一，操作不當(dāng)會(huì)引發(fā)諸多的安全隱患，具體如下。

第一，地震。實(shí)施爆破采礦技術(shù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是安裝爆破裝置，而爆破裝置的安裝位置會(huì)直接影響爆破效果。如果安裝位置存在偏差，就會(huì)在施工過程中對(duì)巖層結(jié)構(gòu)造成難以挽回的破壞，不僅會(huì)破壞工程質(zhì)量，而且還會(huì)引發(fā)一系列的連鎖反應(yīng)，造成嚴(yán)重的災(zāi)害，如地震。

第二，沖擊波。如果礦井空間的容納量較小，那么在進(jìn)行爆破時(shí)產(chǎn)生的帶著巨大能量的不同方向、不同強(qiáng)度的沖擊波極易對(duì)工作環(huán)境和工作人員造成負(fù)面影響，如果防護(hù)措施不到位，極易對(duì)工作人員造成人身危害。

第三，飛石。在實(shí)施爆破的過程中，飛石是最主要的危害之一，直接威脅著人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。小塊的飛石由于飛散速度較快，所以會(huì)對(duì)周圍的設(shè)施和人員造成嚴(yán)重的損傷;大塊飛石雖然飛散速度相對(duì)較慢，但由于飛石重量較大，因而破壞力也較大，控制不當(dāng)易對(duì)周圍設(shè)施或者人員造成毀滅性的破壞。飛石破壞性大的原因主要有三點(diǎn)：首先，石頭在飛行過程中的方向無法得到快速、準(zhǔn)確的預(yù)估;其次，石頭在飛行時(shí)具備強(qiáng)大的動(dòng)能，容易造成強(qiáng)烈打擊;再次，飛石數(shù)量較多，無法在短期內(nèi)得到全面控制。

第四，噪聲。如果采礦人員的工作環(huán)境并不在室外，那么需要對(duì)施工過程中產(chǎn)生的噪聲做出具有針對(duì)性的防護(hù)，以防止爆破過程中發(fā)生的巨大聲響對(duì)采礦人員的聽力造成嚴(yán)重危害[2]。

2 爆破采礦技術(shù)的發(fā)展及實(shí)踐應(yīng)用

2.1 等離子爆破技術(shù)

該技術(shù)是基于傳統(tǒng)火藥爆破技術(shù)的一種新型爆破手段。相比于傳統(tǒng)技術(shù)，該技術(shù)不僅會(huì)在爆破之前對(duì)環(huán)境施加有效保護(hù)，而且在爆破過程中也能夠有效避免環(huán)境污染，因此該技術(shù)具備優(yōu)異的環(huán)保性。從技術(shù)原理來看，等離子爆破技術(shù)主要依靠電能進(jìn)行爆破，而不是傳統(tǒng)的化學(xué)能，當(dāng)電流發(fā)起沖擊之后，同樣能對(duì)爆破物產(chǎn)生巨大的能量，最終實(shí)現(xiàn)爆破的目的。該技術(shù)所需使用的能量主要存儲(chǔ)在蓄能電容器之中。該爆破技術(shù)的具體操作流程如下：首先對(duì)需要爆破的巖體進(jìn)行鉆孔操作，然后向孔洞向內(nèi)注入電解液;其次，將電極板放置在孔洞中，放置時(shí)要保證電極板能得到反復(fù)利用[3];最后，待爆破開始之后，電容器會(huì)釋放先前存儲(chǔ)的能量，并由電解液進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，此時(shí)產(chǎn)生的等離子火焰具有高溫和高壓的特點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石的爆破。之所以會(huì)出現(xiàn)等離子火焰，主要是因?yàn)殡娙萜鞯锥舜嬖诜e聚大量電能的封閉空間，而這一空間會(huì)對(duì)電解質(zhì)產(chǎn)生激發(fā)作用，并使其轉(zhuǎn)化為等離子體。等離子爆破技術(shù)的主要應(yīng)用場景有兩個(gè)：其一，對(duì)碎石進(jìn)行二次爆破，將爆破設(shè)備安裝在碎石車上，以實(shí)現(xiàn)對(duì)大體積碎石進(jìn)行爆破，常用于露天礦井和地下礦井中;其二，對(duì)硬度較高的巖石進(jìn)行爆破，且爆破時(shí)的連續(xù)性較強(qiáng)，基本不會(huì)造成任何損傷。

2.2 無限分段的起爆網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無限分段的起爆網(wǎng)絡(luò)技術(shù)適用于設(shè)置了多個(gè)爆破點(diǎn)的爆破工作。由于存在多個(gè)爆破點(diǎn)，爆炸的安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)升高，因此需要采取特殊手段進(jìn)行安全防護(hù)處理。無限分段起爆網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為采礦爆炸技術(shù)的一種，其爆破是借助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，其炸藥的引爆主要是借助導(dǎo)爆管實(shí)現(xiàn)的，此時(shí)的炮孔具有內(nèi)外結(jié)合的特點(diǎn)。該技術(shù)的劣勢主要在于無法在起爆之前對(duì)起爆設(shè)備和儀器進(jìn)行仔細(xì)檢查。為了克服這一缺點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)對(duì)該技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行更加精細(xì)化的研究，確保在爆破之前，儀器設(shè)備能夠處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。

2.3 電子雷管爆破技術(shù)

電子雷管爆破技術(shù)起源于傳統(tǒng)雷管爆破技術(shù)。由于傳統(tǒng)技術(shù)局限性較大，出現(xiàn)延遲爆破、提前爆破以及爆破失效的概率較高，引發(fā)的安全事故也難以得到有效控制，由此電子雷管爆破技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。電子雷管爆破依靠的是小型電子定時(shí)電路，能以精確定時(shí)的方法來設(shè)置時(shí)間延遲，而且設(shè)置電子雷管延期順序的過程也是由編輯好的程序自動(dòng)進(jìn)行的。在開始爆破之后，電子雷管會(huì)按照程序設(shè)定依次執(zhí)行起爆延遲。這種延遲是人為控制的，而不是設(shè)備本身產(chǎn)生的。起爆器的運(yùn)行狀態(tài)是由人工編程所設(shè)定的，而電子雷管作為一種爆破裝置，可以和環(huán)形線同時(shí)開展相應(yīng)工作，還會(huì)利用防護(hù)濾波器來提前消除安全隱患[4]。此外，該技術(shù)在爆破方面可以取得較高的精確性和強(qiáng)精密性。

2.4 激光和光纖爆破技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)水平的大幅度跨越，激光和光纖爆破技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。作為一種新型的起爆技術(shù)，激光和光纖爆破不僅能通過激光的作用增強(qiáng)雷管起爆的實(shí)際效果，而且還可以使雜亂的電流規(guī)避某些不利條件的影響，進(jìn)而避免發(fā)生嚴(yán)重的起爆事故。此外，激光技術(shù)也能在起爆過程中發(fā)揮其自身強(qiáng)大的作用，例如，利用激光進(jìn)行點(diǎn)火或者是續(xù)燃等操作。由于激光和光纖爆破技術(shù)在提升起爆質(zhì)量和維護(hù)起爆安全性等方面具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，因此可以進(jìn)行推廣使用。

2.5 中深孔爆破技術(shù)

中深孔爆破技術(shù)常用于中小型礦山的爆破開采工程中。該技術(shù)最顯著的兩個(gè)應(yīng)用特點(diǎn)是起爆工作的費(fèi)用支出較低、安全性能優(yōu)良。由于中深孔技術(shù)能對(duì)安全平臺(tái)的搭建進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)及規(guī)劃，如合理填充與控制前后排藥量，因此可以提前獲悉飛石等物體被拋起時(shí)的狀態(tài)信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)爆破效果的進(jìn)一步控制。

2.6 精準(zhǔn)爆破技術(shù)

精準(zhǔn)爆破技術(shù)常用于大型爆破開采項(xiàng)目施工過程中。具體來講，在開鑿山體或隧道時(shí)，需要開挖的土方體積較大，為了加快施工進(jìn)度，保障施工安全，通常會(huì)使用深孔或者是預(yù)裂等技術(shù)來進(jìn)行精準(zhǔn)爆破。精準(zhǔn)爆破的一系列技術(shù)能有效貫穿爆破之前設(shè)計(jì)好的輪廓線，最終獲得預(yù)期裂縫。由于精準(zhǔn)爆破存在諸多優(yōu)勢，因此在礦山開采中的應(yīng)用越來越廣泛和深入。

2.7 堵塞爆破技術(shù)

堵塞爆破技術(shù)的使用年限較為久遠(yuǎn)，發(fā)展時(shí)間相對(duì)較長。傳統(tǒng)的堵塞爆破技術(shù)常使用砂土或者是巖石的粉末來進(jìn)行填堵，而當(dāng)前的堵塞爆破技術(shù)早已取代這一做法，將爆破媒介換成了水。具體來講，對(duì)炮孔進(jìn)行填堵之后，常使用爆破介質(zhì)來完成爆破操作，同時(shí)還要對(duì)水炮孔的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行跟蹤。當(dāng)炸藥得到防水處理之后，就會(huì)實(shí)現(xiàn)與孔壁的有效連接。將炸藥放置在孔中并向內(nèi)注水，能夠讓炸藥前往合適位置，為爆破提供有利條件。這既減少了發(fā)生封堵的可能性，對(duì)爆破效率及質(zhì)量的提高也具有一定的效果。

2.8 水膠炸藥爆破技術(shù)

我國礦產(chǎn)開采過程中使用頻率最高的炸藥是錢油炸藥，這主要是因?yàn)樵擃愋驼ㄋ幍某杀据^低，且爆破性能較好。但需要注意的是，錢油炸藥在發(fā)生爆炸時(shí)會(huì)因?yàn)樽陨泶嬖跇O高的可燃性而導(dǎo)致爆炸粉塵，引發(fā)安全事故。這一特性在開采含硫量較高的礦床時(shí)表現(xiàn)得更為顯著，發(fā)生引燃的可能性更高。為了解決這一現(xiàn)實(shí)問題，應(yīng)當(dāng)對(duì)炸藥的引燃性進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。水膠炸藥的出現(xiàn)則剛好彌補(bǔ)了這一缺點(diǎn)。該爆破手段能有效規(guī)避二次爆燃，即便是在含硫量較高的礦床開采過程中，水膠炸彈也不會(huì)引發(fā)燃燒安全事故，在確保開采安全性方面具有一定的功效。

3 工程應(yīng)用實(shí)例

在開采某處地下鐵礦的過程中，對(duì)作業(yè)環(huán)境進(jìn)行考察，發(fā)現(xiàn)巖石表層的強(qiáng)度值較大，且施工環(huán)境存在較大限制，狹小范圍導(dǎo)致大型的工程器械無法進(jìn)入并實(shí)施相應(yīng)操作。為了實(shí)現(xiàn)礦體開采并提高開采效率，考慮使用爆破采礦技術(shù)。由于該礦體中存在大量的硫元素，在考慮到爆破成本和爆破安全性的情況下，選取水膠炸藥爆破技術(shù)進(jìn)行爆破施工，一次爆破之后，再使用等離子爆破技術(shù)對(duì)礦井中的礦石進(jìn)行爆破清理。將兩種技術(shù)結(jié)合使用，不僅規(guī)避了硫元素含量過高所埋下的安全隱患，而且極大程度地提升了鐵礦的開采速度。通過此案例可以總結(jié)以下經(jīng)驗(yàn)：第一，在大型工程器械無法得到有效利用的情況下，應(yīng)靈活選擇其他爆破手段;第二，選取爆破技術(shù)應(yīng)從安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性和高效性等方面進(jìn)行綜合分析與考慮。

4 結(jié)語

考慮到礦山開采過程中存在的條件限制，如無法使用大型工程器械及工程建設(shè)中容易造成的環(huán)境危害等，應(yīng)當(dāng)選用最為合適的爆破技術(shù)。在單一爆破手段的應(yīng)用無法達(dá)到預(yù)期效果時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合多種爆破技術(shù)進(jìn)行作業(yè)。合理選擇與應(yīng)用爆破采礦技術(shù)能降低工作人員的工作負(fù)擔(dān)，提升礦產(chǎn)開采的工作效率，同時(shí)還能規(guī)避起爆造成的安全事故，為礦業(yè)發(fā)展提供完備的技術(shù)支持。

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