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爆破

[拼音]:baopo

[外文]:blasting

矿山采掘作业的主要工序。早在6~7世纪,中国就已经发明了黑火药。17世纪初,欧洲已用火药进行采矿,诞生了矿山爆破技术。19世纪下半叶相继出现了威力较大的硝化甘油炸药、雷管和凿岩机,形成了近代爆破技术。20世纪30年代开始,在地下开采中使用深孔爆破。50年代起,各国先后采用控制爆破技术。中国矿山在20世纪50年代采用了深孔落矿,一次爆破用药达几十吨,爆落矿岩几十万吨。与此同时在中国矿山的基建工作中开始采用硐室大爆破。爆破用药达万吨。1956年在甘肃白银厂露天铜矿一次爆破就用了9314.7吨炸药,是当时世界采矿爆破规模最大的一次。

爆破作用

若将一个球形药包埋在无限深的均质岩体中爆破,随距药包中心距离不同,药包周围的岩体将承受不同的爆破作用和呈现不同的破碎特征(图1)。直接与药包接触的岩体将受到超高压冲击波的冲击和压缩作用。若岩体具有可塑性,将强烈压缩,形成压缩圈。对于大多数坚硬岩石,可压缩性很小,岩体受到强烈冲击和压缩后将被压碎,形成压碎圈,其半径一般为药包半径的2~3倍。压碎圈以外的岩体,受到衰减后应力波的径向压缩作用而引起切向拉伸,当拉伸应力超过岩体的动抗拉强度时,便在药包周围产生放射状裂隙,爆炸产生的高压气体挤入裂隙中,促使裂隙进一步扩大和延伸;应力波通过后,受压缩的岩体迅速卸载,发生反向的径向运动,产生环状的拉伸裂隙;径向与环状裂隙相互交错,将岩体割裂破碎,形成破裂圈。由于应力波的急剧衰减,破裂圈以外的岩体只能作弹性振动,形成震动圈。

若将药包埋在岩体内一定深度,使爆破破碎作用能达到自由面时,爆破后岩体将被破碎,且部分岩块被抛掷,形成一个漏斗状凹坑,称爆破漏斗(图2)。其构成要素有:最小抵抗线、爆破漏斗半径、爆破作用半径和爆破漏斗深度。被破碎岩体与空气的接触面称自由面。爆破漏斗半径与最小抵抗线之比,称爆破作用指数(n)。n<0.75时,称松动爆破;0.75<n<1时,称减弱抛掷爆破或加强松动爆破;n=1时,称标准抛掷爆破;n=1~3时,称加强抛掷爆破。随着n值的增大,炸药消耗量增加,岩块的抛掷率也增大。松动爆破的单位炸药消耗量较小,只使岩体破裂和松动,几乎没有抛掷作用,适用于井巷掘进和采矿。

爆破方法

在金属矿山中,使用浅眼、深孔和硐室三种爆破方法。

浅眼爆破

将炸药装在深度小于 3~5m、直径小于50mm的炮眼内进行爆破。特点是:操作简单,大块产出率较低,灵活方便。适用于井巷掘进、浅眼采矿和二次破碎等。

深孔爆破

将炸药装在深度大于 3~5m、直径大于50mm的炮孔内进行爆破。特点是:每米炮孔崩矿(岩)量大,效率高,成本低,作业条件比较安全,广泛用于采矿和剥离。

硐室爆破

将炸药装在专用的装药巷道或硐室内进行爆破。一次爆破的规模大,能缩短工期,施工所需的机械设备较简单。若与定向抛掷爆破相结合,可大大减少土石方装运工作量。但岩体破碎不均匀,大块率高,爆破引起的震动和破坏较大。主要用于露天矿剥离、修筑尾矿坝、平整场地和形成废石垫层等。爆破产生的大块,常需进行补充爆破破碎,称二次爆破。

中国煤矿井巷掘进中,炮眼深度小于2.0m的,称浅眼爆破,2.0~3.5m的称中深孔爆破,3.5m以上的称深孔爆破。

控制爆破

对岩体破碎过程、裂隙发展方向、岩块抛掷和爆破公害等应进行控制的爆破技术。控制技术主要有下列几种:

微差爆破

以毫秒级的时间间隔,按一定顺序起爆的技术。它可降低爆破地震效应,减少炸药消耗量�a href=’http://www.baiven.com/baike/225/315630.html’ target=’_blank’ style=’color:#136ec2′>透纳蒲姨宓钠扑橹柿俊N⒉罴涓羰奔溆珊撩胙悠诶坠埽��鸨�鞑模┗蚝撩胙邮币瞧魇迪郑�泄�笊揭压惴翰捎谩N⒉畋�频男Ч��饕�【鲇谖⒉罴涓羰奔洹U飧黾涓裟壳翱渴导��榛蚴匝槿范āT谏羁妆�浦校�话憧刂圃�5~75ms范围内;在井巷掘进的浅眼爆破中控制在50~150ms范围内。微差爆破的起爆顺序有多种:单排孔爆破采用孔间微差起爆;多排孔爆破采用各类排间微差起爆,炮孔排数一般为3~6排,多的可达10排以上。

挤压爆破

在待爆岩体前方堆有松碎岩块的条件下进行爆破。岩体爆破时,挤压前方松碎岩块使之补充破碎,改善爆破质量。露天采矿时,还可限制岩块抛掷,提高装载效率。中国一些矿山将微差爆破与挤压爆破联合使用,进一步提高了爆破效果。

光面爆破

较精确地按设计轮廓线爆裂岩石,使巷道或开挖面比较平整,围岩不受明显破坏,在岩壁上留有清晰可见的半个炮眼痕迹(图3)。20世纪50年代初,瑞典首先应用光面爆破技术;60年代起,中国矿山广泛应用光面爆破于掘进井巷、硐室和露天矿边坡工程。光面爆破用低威力炸药和不耦合装药结构,合理布置炮孔并同时起爆。不耦合装药结构的药包直径远小于炮眼直径,药包与炮眼壁之间留有一定空隙,以抑制炸药爆炸时爆轰波的峰值压力,避免在药包周围形成压碎圈和过多的径向裂缝。

预裂爆破

原理与光面爆破相似。它是使沿设计开挖轮廓线布置的炮孔首先起爆,沿预裂孔联线形成一定宽度(1~2cm)的贯穿裂缝,把开挖区与保留区岩石分开,以减弱开挖区爆破对保留区岩体的破坏作用和地震效应。预裂爆破主要用于露天矿最终边坡和井巷工程光面岩壁的形成。其效果取决于正确选择孔距、线装药密度和不耦合系数,还要严格控制炮孔偏斜率。

定向抛掷爆破

能将大量岩块按预定方向抛掷到要求位置,并堆积成一定形状。按照最小抵抗线指向原理,利用天然地形的凹面或人工预先挖成的定向坑实现,可节省土石方运输量和缩短施工工期,适用于露天矿剥离。1960年开始,中国曾数次利用定向抛掷爆破技术堆筑尾矿坝,效果良好。

参考书目
  1. 《露天大爆破》编写组:《露天大爆破》,第二版,冶金工业出版社,北京,1982。

参考文章

  • 掘进工作面爆破时哪些范围应测量瓦斯浓度?采矿冶炼
  • 如何加强瓦斯检查防止爆破火花引爆瓦斯?采矿冶炼
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  • 采掘工作面爆破时为什么必须坚持用水炮泥?采矿冶炼
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  • 采煤工作面爆破时应采取哪些防尘措施?采矿冶炼
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