礦山採掘作業的主要工序。早在6~7世紀,中國就已經發明瞭黑火藥。17世紀初,歐洲已用火藥進行採礦,誕生瞭礦山爆破技術。19世紀下半葉相繼出現瞭威力較大的硝化甘油炸藥、雷管和鑿巖機,形成瞭近代爆破技術。20世紀30年代開始,在地下開採中使用深孔爆破。50年代起,各國先後採用控制爆破技術。中國礦山在20世紀50年代採用瞭深孔落礦,一次爆破用藥達幾十噸,爆落礦巖幾十萬噸。與此同時在中國礦山的基建工作中開始採用硐室大爆破。爆破用藥達萬噸。1956年在甘肅白銀廠露天天銅礦一次爆破就用瞭9314.7噸炸藥,是當時世界采礦爆破規模最大的一次。

  爆破作用 若將一個球形藥包埋在無限深的均質巖體中爆破,隨距藥包中心距離不同,藥包周圍的巖體將承受不同的爆破作用和呈現不同的破碎特征(圖1)。直接與藥包接觸的巖體將受到超高壓沖擊波的沖擊和壓縮作用。若巖體具有可塑性,將強烈壓縮,形成壓縮圈。對於大多數堅硬巖石,可壓縮性很小,巖體受到強烈沖擊和壓縮後將被壓碎,形成壓碎圈,其半徑一般為藥包半徑的2~3倍。壓碎圈以外的巖體,受到衰減後應力波的徑向壓縮作用而引起切向拉伸,當拉伸應力超過巖體的動抗拉強度時,便在藥包周圍產生放射狀裂隙,爆炸產生的高壓氣體擠入裂隙中,促使裂隙進一步擴大和延伸;應力波通過後,受壓縮的巖體迅速卸載,發生反向的徑向運動,產生環狀的拉伸裂隙;徑向與環狀裂隙相互交錯,將巖體割裂破碎,形成破裂圈。由於應力波的急劇衰減,破裂圈以外的巖體隻能作彈性振動,形成震動圈。

  若將藥包埋在巖體內一定深度,使爆破破碎作用能達到自由面時,爆破後巖體將被破碎,且部分巖塊被拋擲,形成一個漏鬥狀凹坑,稱爆破漏鬥(圖2)。其構成要素有:最小抵抗線、爆破漏鬥半徑、爆破作用半徑和爆破漏鬥深度。被破碎巖體與空氣的接觸面稱自由面。爆破漏鬥半徑與最小抵抗線之比,稱爆破作用指數(n)。n<0.75時,稱松動爆破;0.75<n<1時,稱減弱拋擲爆破或加強松動爆破;n=1時,稱標準拋擲爆破;n=1~3時,稱加強拋擲爆破。隨著n值的增大,炸藥消耗量增加,巖塊的拋擲率也增大。松動爆破的單位炸藥消耗量較小,隻使巖體破裂和松動,幾乎沒有拋擲作用,適用於井巷掘進和采礦。

  爆破方法 在金屬礦山中,使用淺眼、深孔和硐室三種爆破方法。

  淺眼爆破 將炸藥裝在深度小於3~5m、直徑小於50mm的炮眼內進行爆破。特點是:操作簡單,大塊產出率較低,靈活方便。適用於井巷掘進、淺眼采礦和二次破碎等。

  深孔爆破 將炸藥裝在深度大於3~5m、直徑大於50mm的炮孔內進行爆破。特點是:每米炮孔崩礦(巖)量大,效率高,成本低,作業條件比較安全,廣泛用於采礦和剝離。

  硐室爆破 將炸藥裝在專用的裝藥巷道或硐室內進行爆破。一次爆破的規模大,能縮短工期,施工所需的機械設備較簡單。若與定向拋擲爆破相結合,可大大減少土石方裝運工作量。但巖體破碎不均勻,大塊率高,爆破引起的震動和破壞較大。主要用於露天礦剝離、修築尾礦壩、平整場地和形成廢石墊層等。爆破產生的大塊,常需進行補充爆破破碎,稱二次爆破。

  中國煤礦井巷掘進中,炮眼深度小於2.0m的,稱淺眼爆破,2.0~3.5m的稱中深孔爆破,3.5m以上的稱深孔爆破。

  控制爆破 對巖體破碎過程、裂隙發展方向、巖塊拋擲和爆破公害等應進行控制的爆破技術。控制技術主要有下列幾種:

  微差爆破 以毫秒級的時間間隔,按一定順序起爆的技術。它可降低爆破地震效應,減少炸藥消耗量和改善巖體的破碎質量。微差間隔時間由毫秒延期雷管(見起爆器材)或毫秒延時儀器實現,中國礦山已廣泛采用。微差爆破的效果,主要取決於微差間隔時間。這個間隔目前靠實踐經驗或試驗確定。在深孔爆破中,一般控制在15~75ms范圍內;在井巷掘進的淺眼爆破中控制在50~150ms范圍內。微差爆破的起爆順序有多種:單排孔爆破采用孔間微差起爆;多排孔爆破采用各類排間微差起爆,炮孔排數一般為3~6排,多的可達10排以上。

  擠壓爆破 在待爆巖體前方堆有松碎巖塊的條件下進行爆破。巖體爆破時,擠壓前方松碎巖塊使之補充破碎,改善爆破質量。露天采礦時,還可限制巖塊拋擲,提高裝載效率。中國一些礦山將微差爆破與擠壓爆破聯合使用,進一步提高瞭爆破效果。

  光面爆破 較精確地按設計輪廓線爆裂巖石,使巷道或開挖面比較平整,圍巖不受明顯破壞,在巖壁上留有清晰可見的半個炮眼痕跡(圖3)。20世紀50年代初,瑞典首先應用光面爆破技術;60年代起,中國礦山廣泛應用光面爆破於掘進井巷、硐室和露天礦邊坡工程。光面爆破用低威力炸藥和不耦合裝藥結構,合理佈置炮孔並同時起爆。不耦合裝藥結構的藥包直徑遠小於炮眼直徑,藥包與炮眼壁之間留有一定空隙,以抑制炸藥爆炸時爆轟波的峰值壓力,避免在藥包周圍形成壓碎圈和過多的徑向裂縫。

光面爆破

  預裂爆破 原理與光面爆破相似。它是使沿設計開挖輪廓線佈置的炮孔首先起爆,沿預裂孔聯線形成一定寬度(1~2cm)的貫穿裂縫,把開挖區與保留區巖石分開,以減弱開挖區爆破對保留區巖體的破壞作用和地震效應。預裂爆破主要用於露天礦最終邊坡和井巷工程光面巖壁的形成。其效果取決於正確選擇孔距、線裝藥密度和不耦合系數,還要嚴格控制炮孔偏斜率。

  定向拋擲爆破 能將大量巖塊按預定方向拋擲到要求位置,並堆積成一定形狀。按照最小抵抗線指向原理,利用天然地形的凹面或人工預先挖成的定向坑實現,可節省土石方運輸量和縮短施工工期,適用於露天礦剝離。1960年開始,中國曾數次利用定向拋擲爆破技術堆築尾礦壩,效果良好。

  

參考書目

 《露天大爆破》編寫組:《露天大爆破》,第二版,冶金工業出版社,北京,1982。