爆破采礦技術的發展及實際應用

張蘭生，郝顯福

（1.甘肅廠壩有色金屬有限責任公司廠壩鉛鋅礦，甘肅 隴南 742500；2.西北礦冶研究院（甘肅省深井高效開采與災變控制工程實驗室），甘肅 白銀 730900）

就采礦技術而言，也常常根據礦場的采礦環鏡的不同而不同。一般來講，全通常采礦的模式分通過回采礦房時所形成的采空區，然后利用礦柱和礦巖本身的強度進行維護空場采礦法、回采礦房時，隨回采工作面的推進，逐步用充填料及支架充填采空區來防止圍巖片落的填充采礦法和隨回采工作面的推進，同時崩落圍巖來填滿采空區爆破采礦法三種主流方法。而第三種崩落采礦就需要爆破采礦的大量應用。

1 國內外爆破采礦技術的應用情況

（1）國外常見的采礦爆破方案及應用的技術。在世界各國的礦產開采行業當中，采用爆破手段時應用的炸藥基本上都是銨梯炸藥、水膠炸藥、乳化炸藥、被筒炸藥等幾種爆破物。眾所周知，瑞典科學家諾貝爾于1867年5月，在歷經重重困難阻礙，克服失去親人的痛楚后，終于獲得了英國的炸藥專利，完成了真正意義上的可用的近代炸藥硝化甘油。經過工程實踐和后人不斷的總結經驗教訓，通過將硅藻土作為穩定劑的硝化甘油進行脫氮處理，最終演化成了膠質硝化甘油，這種膠質硝化甘油在安全性和穩定性方面完全滿足了工業生產的安全需求，成為新一代工業礦用炸藥。另一方面，以硝酸銨為主要成分的各種硝基粉狀炸藥及相關合成和存儲技術也漸漸成熟。隨著時間推移到第三次工業革命，由電氣自動化控制系統穩定合成工藝的銨油炸藥和漿狀炸藥二十世紀五十年代先后問世，以硝銨為原料的液化銨油的穩定量大大降低了炸藥合成難度；根據不同的應用場景，乳化油炸藥甚至液氧也曾作為炸藥在二十世紀七十年代被某些礦山所應用。根據礦產開采工業對于硝銨類炸藥的廣泛運用。西方國家根據使用條件分為普通礦用炸藥和煤礦用安全炸藥兩類。普通礦用炸藥適用于露天礦和鐵鋁礦、金銅礦等不存在瓦斯或煤塵爆炸危險的礦坑中。其中，硫化炸藥等部分炸藥品種只能用于露天礦。煤礦專用安全炸藥由于主要應用于含有瓦斯或煤塵爆炸隱患的礦井，必須在炸藥中摻雜一定比例的消焰劑來防止炸藥產生的明火引爆煤塵或瓦斯。

（2）我國外爆破采礦技術的發展和現狀。相較于外國在爆破采礦技術方面百花齊放的發展現狀，我國在爆破采礦技術，特別是礦用炸藥的存儲技術和研發技術，不論從安全性還是有效性方面都與歐美等外國同專業的最高水平存在較大差距。由于改革開放市場化需要與國際標準對接，我國的爆破開采技術標準向西方國家的行業標準全面靠攏。包括炸藥使用標準、各種地質礦坑礦洞的爆破孔鉆孔深度和鉆孔距離以及炸藥存儲標準和相關管理標準等，都逐漸放棄之前大規模使用的蘇聯式標準，轉而采用國際主流標準。但是，相較于外國普遍采用的硝銨類炸藥，我國更多采用銨梯炸藥、銨油炸藥、銨松蠟炸藥、漿狀炸藥（水膠炸藥）、乳化油炸藥、硝化甘油炸藥等[1]。在引爆方式上也以導爆索、導爆管及電雷管引爆為主。近些年來，隨著我國在無線通信領域取得飛躍，無線通信系統提供的較大的通信帶寬和較遠的信號覆蓋距離也讓大范圍內的遙控引爆成為可能。從而為爆破采礦作業帶來更高的安全性。

2 爆破技術在采礦行業應用特點

（1）采礦技術的爆破原理。前面提到，根據礦場開采環境的不同，使用的爆破工具（炸藥）的不同，而選擇不同的受力結構進行爆破，所以選擇的爆破技術也不盡相同。總體而言，都是通過引爆爆炸物產生劇烈爆炸從而產生巨大的動能，再通過事先研究選擇好的傳導媒介傳導至礦體，使其產生劇烈震動，并破壞其受力結構而產生坍塌和粉碎，以此來達到獲得礦體內部物質的目的。但是很多種類的礦產資源分布在巖石層，甚至地幔層以下，而且開采作業還會受到地形地貌、附近建筑物、當地的土質、地下水含量等不同因素影響。為了做到把爆破過程中產生的煙塵、噪聲降低到最小程度，要做好以下三個方面的技術準備工作，第一方面，通常要對爆破現場進行踩點測繪和土壤、巖石標本采樣，分析爆破目標整體的受力結構，確定其重心來為制定爆破方案提供依據。第二方面，根據現場測繪和采集得到的數據分析，選擇合適的引爆點和爆炸物進行爆破。第三方面，在符合起爆位置產生的動能剛好可以粉碎結構支撐并且充分考慮爆炸物化學特性的前提下，選擇合適的引爆方式來引爆爆炸物。

（2）爆破作業的安全性。鑒于爆破采礦作業使用爆炸物從事生產的特殊性，不論在過去還是當下，國內還是國外，都是典型的高風險作業，特別是煤礦等爆炸性、毒性、甚至放射性強的爆炸物運用的情況下。因此，各個國家的安全生產監督管理部門重點蹲點和檢查的行業，針對礦業生產企業的規章制度和行為規范也遠遠多于其他生產企業和單位。在安全保障方面，爆破采礦技術在人身安全和次生自然災害這兩點上需要格外注意，首先，對于人為因素導致的安全隱患要做到堅決避免，起爆作業前，應做好充分的預想和預判，對可能存在的風險點要事先準備好應急方案；例如，在潮濕環境下爆破作業時，爆炸物或導爆引信可能受潮無法引爆，或者爆破產生的動能未達到預定目標。或者起爆點風向及風力突然改變導致起爆目標的受力結構發生改變等。在進行爆破作業時，必須嚴格按照相關安全管理規定，人員撤離至指定區域，引爆中線點周圍的危險區域提前清場。對于煤礦礦井等特殊環境下，根據瓦斯涌出量等級和其他開采條件，選擇指定的炸藥品種進行爆破作業。在爆破作業完成之后，相關人員也不應立即進入爆炸區域，防止受力結構不均衡不穩定，從而產生二次坍塌。

3 爆破采礦技術的實際應用

（1）深孔、淺孔爆破法。深孔、淺孔爆破法是我國在對鋁鐵礦、金銅礦等金屬礦物的開采時采用的傳統爆破方法。淺孔爆破通常指爆破孔直徑較小的爆破作業技術，其爆破孔一般在30mm～75mm上下，爆破的孔深度一般也在5m以下，特殊情況下可達8m左右，如用鑿巖臺車鉆孔，孔深還可適當增加。由于淺孔爆破技術具有機動性好，使用靈活、準備工作相對來講比較簡單、且技術相對簡單易于把握和掌控等特點，在埋藏條件復雜，采下礦石品味要求較高、降低貧化率的需求較大的礦床廣泛使用。主要應用在生產規模不大的露天礦或采石場、硐石、隧道掘鑿、二次爆碎、新建露天礦山包處理、山坡露天單壁溝運輸通路的形成及其它一些特殊爆破環境。但由于在爆炸物裝填、連接引線、起爆等幾個重要環節中容易出現漏洞，存在較大安全隱患，容易造成爆炸事故等原因。注定淺孔爆破技術無法適應大規模生產的需求。與淺孔爆破技術相對應，深孔爆破就是用鉆孔設備鉆鑿較深的鉆孔，作為礦用炸藥的裝藥空間的爆破方法。露天礦的深孔爆破主要以臺階的生產爆破為主。深孔爆破，是露天礦應用廣泛的一種爆破方法。爆破孔的深度一般為15m～20m。其爆破孔徑通常在75mm～310mm之間，常用的孔徑為200mm～250mm。深孔爆破具有一次爆破的巖礦數量大、可以靈活的同其他爆破技術手段相結合的特點。深孔爆破根據爆破現場的需要，可以分為深孔有垂直深孔和傾斜深孔兩種，其中，垂直深孔多為沖擊式穿孔機所穿鑿，傾斜深孔多為牙輪鉆機或潛孔鉆機所穿鑿，其傾斜度一般為了75°至80°。由于和潛孔爆破相比，深孔爆破一次性爆破當量在80噸～100噸左右，同時具有較高的安全性，因此，深孔爆破技術被廣泛用于大型礦山的開溝、剝離、采礦等生產環節。其爆破量約占大型礦山總爆破量的九成以上。

（2）多排孔微差擠壓爆破法。近年來，由于各類礦產需求的逐步增加，挖掘機斗容量和露天礦生產能力也急劇增加，要求露天礦的正常采掘爆破每次的爆破量也越來越多。因此，必須采用一次爆破量較大的爆破方法，才能適應新型挖掘機械的需要。目前我國一次爆破量較大的爆破方法是采用多排孔微差爆破和多排孔微差擠壓爆破方法，這兩種方法能一次爆破5～10排炮孔，爆破礦巖量可達30萬～50萬噸。采用極短時間內按照預先設定的爆破次序，依次引爆各個爆破孔內的炸藥來完成爆破作業。因此，多排孔微差擠壓爆破法具有爆破量巨大，爆破作業時間較短，效率較高、碎巖塊體積小等特點，廣泛應用與露天石礦的開采。

（3）等離子采礦技術。等離子采礦技術又稱等離子破巖掘進采礦技術，屬于近年來隨著等離子技術逐漸成熟并應用到礦產開采行業的新興爆破技術，此項技術主要通過電能的作用，將爆破孔內的電解液轉變成高壓、高溫等離子氣體，然后等離子氣體會快速膨脹從而形成沖擊波，產生類似于炸藥的爆破效果。通過等離子氣體爆破可以產生的壓力可超過2GPa，這樣高的壓力完全可以使花崗巖、玄武巖地質結構的礦坑破碎。由于該項技術不需要使用有毒且不穩定的硫化物及硝基炸藥，所以通過等離子技術體實施爆破作業可以極大的改善作業環境，減少傳統爆破對圍巖和環境的沖擊和破壞。更由于其具有使用相對安全和操作快捷便利等特點，而受到廣大礦產開采從業者的歡迎。其具體操作流程和傳統炸藥操作基本類似，首先通過勘探和測繪確定爆破孔位置及爆破孔的深度，并通過鉆孔設備進行鉆孔作業。接下來將電解液代替傳統炸藥逐步注入到爆破孔內，并在保障其利用具有重復性的前提下插入電極。最后，接通電源，在電流作用下，注入爆破孔內的電解液逐漸轉化為等離子氣體，并具有高溫高壓的特點，當產生的等離子其他溫度和壓強超過礦體所能承受的極限，爆破工作隨即完成。

4 結語

爆破技術作為采礦工程的一項重要手段，其發展也直接關系到采礦的效率，如果在采礦工程中對爆破技術沒有加以高度重視，極有可能帶來嚴重的安全隱患，從而給礦工們的生命財產安全帶來威脅，同時也會給社會造成不利的影響。因此，積極的改進采礦工程中的爆破技術是至關重要的。本文針對在采礦工程中幾項重要的爆破技術進行介紹并展開分析。希望可以為相關從業者帶來幫助。