地下工程爆破技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

周靈 劉琪

摘 要：鉆眼爆破法是我國煤礦井巷掘進(jìn)的主要破巖方法。據(jù)統(tǒng)計，近年我國煤礦井下每年的巖巷掘進(jìn)高達(dá)數(shù)萬米，其中90%以上是用鉆眼爆破法完成的。鉆眼爆破法具有結(jié)構(gòu)簡單、輕便靈活等特點(diǎn)。新型的爆破器材、先進(jìn)的爆破技術(shù)不斷在煤礦爆破中的應(yīng)用，給鉆眼爆破法注入了新的活力，使其在煤礦建設(shè)和煤礦生產(chǎn)中的作用更加突出。本文就爆破器材、爆破技術(shù)、爆破理論和爆破安全等方面，闡述我國地下工程爆破的現(xiàn)狀和未來的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：地下工程；爆破技術(shù)；爆破器材；鉆眼爆破法

1 目前的現(xiàn)狀

我國共有爆破器材生產(chǎn)廠家400多家，其中隸屬原煤炭部的就有50多家，90年代中期年工業(yè)炸藥產(chǎn)量25萬多噸，占全國的20%，雷管產(chǎn)量5億多發(fā)，占全國的25%。50年代初期，一批煤炭系統(tǒng)的爆破器材廠開始建設(shè)并投入運(yùn)行，主要生產(chǎn)一些工藝簡單、價格低廉的銨梯炸藥和普通雷管。60年代生產(chǎn)出了漿狀炸藥，以后又陸續(xù)生產(chǎn)露天巖石炸藥、煤礦安全炸藥、高威力銨梯炸藥和抗水巖石炸藥及段發(fā)雷管。70年代我國開始引進(jìn)研制乳化炸藥和水膠炸藥等含水炸藥，因不含梯恩梯，爆破炮煙濃度低，抗水性能好而迅速發(fā)展。目前，我國煤礦系統(tǒng)的爆破器包括較先進(jìn)的巖石和煤礦系列水膠炸藥、乳化炸藥、小直徑漿狀炸藥、煤礦毫秒雷管、煤礦導(dǎo)爆索、高低威力導(dǎo)爆索、、雙向繼爆管、無起爆藥雷管、礦用電雷管發(fā)爆器、電雷管性能測試儀等，這些爆破器材為煤炭工業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

掘進(jìn)爆破技術(shù)。隨著煤炭事業(yè)的快速發(fā)展、礦用爆破器材的不斷更新和鑿巖設(shè)備大型化、高效化，地下工程爆破技術(shù)也有了較大發(fā)展。近年來我國開始研究試驗了無掏槽爆破技術(shù)，連續(xù)微分爆破技術(shù)，巷道掘進(jìn)無拋擲爆破技術(shù)，揭煤遙控起爆技術(shù)等，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效率。

巖巷掘進(jìn)微差爆破技術(shù)。50年代以來，微差爆破技術(shù)在各類爆破工程中已得到了廣泛應(yīng)用，特別是在露天爆破方面取得了較為顯著的技術(shù)效益。經(jīng)理論分析和模型試驗研究表明，已不能滿足巖石充分破碎的需要， 而較為合理的延遲間隔時間應(yīng)該是使得前段裝藥爆后巖石破碎運(yùn)動，新自由面完全形成。因此如能以合理的微差間隔時間爆破，便可以利用先期炸藥爆炸產(chǎn)生的應(yīng)力場、自由面以及巖塊間的相互碰撞，達(dá)到改善破巖效果、降低炸藥單耗和控制破堆較為集中的目的。

立井深孔光面爆破技術(shù)。大型鉆鑿機(jī)械的出現(xiàn)及抗水型巖石水膠炸藥、乳化炸藥的應(yīng)用，克服了普通銨梯炸藥的管道效應(yīng)和通水失效問題，使深孔和中深孔爆破技術(shù)得以快速發(fā)展。原煤炭部曾在“六五”和“ 七五”兩次組織了煤炭高校和眾多科研生產(chǎn)部門進(jìn)行立井4m深孔光面爆破技術(shù)攻關(guān)研究，通過理論分析、實驗室試驗和現(xiàn)場工業(yè)測試，提出了高效率的兩階槽眼同深直眼掏槽和分段直 眼掏槽方法；成功地試用了炮孔上、中、下部預(yù)留空氣緩沖層的裝藥結(jié)構(gòu)；克服了炮孔上部欠挖問題和改善了爆破塊度；同時采用較為先進(jìn)的電磁雷管起爆系統(tǒng)和非電導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)，提高了爆破作業(yè)安全性和縮短了爆破作業(yè)時間。

定向斷裂爆破技術(shù)。巖巷掘進(jìn)施工采用傳統(tǒng)的鉆爆法時，周邊眼布置密集，為淺孔多循環(huán)作業(yè)方式，即使采用普通的光爆成形技術(shù)，因施工中難以嚴(yán)格按光爆要求施工，致使巷道普遍成形效果差，圍巖破壞嚴(yán)重，最終影響掘進(jìn)的循環(huán)進(jìn)尺及成本。中國礦業(yè)大學(xué)研究的“巖巷定向斷 裂爆破新技術(shù)”取得了較好的效果，其機(jī)理是采用聚能藥卷控制爆炸能量的釋放方向，使之沿著巷道輪廓線方向優(yōu)先釋放，形成引導(dǎo)裂紋，并提供應(yīng)力場使之具有足夠的應(yīng)變能來維持裂紋以理想的速率傳播而不至于分叉；在非切縫方向，由于稀疏波作用及對爆生氣體的緩沖作用，從而抑制了其它方向的裂紋擴(kuò)展。試驗表明定向斷裂爆破改變了炮孔周圍的應(yīng)力分布與發(fā)展的對稱性，沿定向斷裂方向應(yīng)力遠(yuǎn)大于其它方向，這是能源集中作用產(chǎn)生定向斷裂的重要原因。

煤礦爆破理論。近年來，煤炭系統(tǒng)的高等院校和科研單位結(jié)合煤炭生產(chǎn)的需要，深入測試研究了若干煤礦井下爆破的機(jī)理和參數(shù)，如光面爆破成縫機(jī)理和光面爆破參數(shù)設(shè)計；合理微差時間、深孔直眼掏槽爆破和分段直眼掏槽爆破機(jī)理與參數(shù)設(shè)計；爆破沖擊波在井巷中的傳播規(guī)律與安全防護(hù)機(jī)理與措施，礦用炸藥、雷管安全爆炸機(jī)理；由爆破引燃引爆瓦斯機(jī)理和防護(hù)措施；煤礦安全爆破條件與危害因素；井巷掘進(jìn)爆破參數(shù)專家系統(tǒng)研制與開發(fā)，巖石的爆破分級等。這些研究大都取得了較為理想的效果。

2 急待提高的方面

由于工程爆破的研究和實踐存在條件和對象的多樣化、復(fù)雜化，其理論研究與實際應(yīng)用尚有較大的差距，以理論指導(dǎo)實踐，克服經(jīng)驗主義，首先加強(qiáng)爆破基礎(chǔ)理論的研究，探索和解決與實踐有關(guān)的爆破作用機(jī)理問題。此外，就全國普遍情況來講，從事和煤礦爆破有關(guān)的人員眾多，長期以來除因炸藥雷管的生產(chǎn)供應(yīng)還由有關(guān)部分管理外，在爆破工藝的好壞與爆破器材的應(yīng)用，新理論新器材新技術(shù)的研究推廣等方面都缺乏統(tǒng)一的強(qiáng)有力的組織領(lǐng)導(dǎo)和管理，仍有不少礦井仍然全部采用已有30多年歷史的紙包巖石或煤礦硝銨炸藥， 施工機(jī)械化配套使用率不高，大型鉆鑿設(shè)備應(yīng)用較少，限制了中深孔和深孔爆破技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。由瞎炮引發(fā)的爆炸事故時有發(fā)生，嚴(yán)重影響煤礦安全生產(chǎn)。

3 未來的發(fā)展

作為煤礦井下破巖的基本方法，鉆眼爆破在安全和高效兩個主要方面與高速發(fā)展起來的現(xiàn)代化機(jī)械破巖技術(shù)相比已面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，由于采用各種刀具切割、滾壓、研磨等破巖手段易于控制、安全可靠、且能連續(xù)有效地作業(yè)，因此目前在煤礦采掘中大有取代爆破法而成為采掘較為松散煤巖的主要方法。

從爆破能量的利用上來看，提高爆破安全和提高爆破效率實質(zhì)上是一個問題的兩個方面，爆破的有效性和爆破危害性都是爆破威力造成的。如何改善爆破器材性能和爆破技術(shù)工藝、提高爆破效率和爆破安全則是我們目前最根本的任務(wù)。為達(dá)到此目的，根據(jù)多年的調(diào)查研究考證后，今后應(yīng)努力做好以下幾方面工作。

開發(fā)研制新型起爆材料。用量最大的銨梯炸藥，雖已為煤礦生產(chǎn)的發(fā)展做出了很大貢獻(xiàn)，但由于其有不少缺點(diǎn)，如梯恩梯粉末有毒、生產(chǎn)廠流出的水污染環(huán)境、銨梯易吸潮結(jié)塊、易產(chǎn)生爆炸不完全及管道效應(yīng)等，威脅了煤礦的安全生產(chǎn)，因此更新?lián)Q代勢在必行。目前和今后一段時間內(nèi)應(yīng)提倡應(yīng)用防水性能好、爆炸威力高的水膠炸藥，降低其生產(chǎn)成本，立井應(yīng)倡議推廣應(yīng)用電磁雷管起爆系統(tǒng)。

實現(xiàn)鉆眼機(jī)械化。實現(xiàn)鉆眼機(jī)械化是當(dāng)前的重要任務(wù)之一。應(yīng)該在努力全面實行采掘高效配套機(jī)械化的基礎(chǔ)上，加快鉆眼機(jī)械化的進(jìn)程，研制鉆眼裝藥綜合機(jī)械，實現(xiàn)鉆眼裝藥機(jī)械化。

完善爆破技術(shù)的多方控制。實現(xiàn)多方控制化是各種爆破技術(shù)多年來共同努力的方向，工程爆破中的城市拆除爆破、拋擲爆破、松動爆破等都已成功地實現(xiàn)了安全和效果的雙面控制。目前煤礦井下已采用的有深孔爆破、光面爆破、微差爆破、松動爆破、定向爆破、安全爆破等，做好爆破控制工作，必將給煤礦安全、高效爆破帶來美好前景。

4 結(jié)束語

通過對爆破工程相關(guān)技術(shù)的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)在爆破方面鉆眼爆破法依然占據(jù)的主要地位。先進(jìn)的爆破技術(shù)及操作方法使得鉆眼爆破得到了長足的發(fā)展。同時爆破工程也隨之有了較大的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]趙士奎，用化學(xué)炮泥封孔提高爆破效益[J].東北煤炭技術(shù)1992，（1）：59

[2][蘇]庫特鳥住夫著.爆破工程師手冊[S]北京：煤炭工業(yè)出版社，1992：335

[3]杜力編譯.爆破的事故樹分析[S].爆破，1992，9（3）：55

[4]郭金棟，謝紹東，許福樂，李博，馮占文。卸壓爆破在低透氣突出煤層快速掘進(jìn)中的應(yīng)用[J].技術(shù)，2009，f09。