趙軍超　李培博　曹賽　都陽(yáng)　張娟

摘 要：火藥由中國(guó)發(fā)明，西方首次將火藥用于爆破工程中。由于火藥的實(shí)際應(yīng)用，火藥以及工程技術(shù)的研究也得到了大量的關(guān)注。中國(guó)的爆破工程技術(shù)起步較晚，但是發(fā)展卻十分迅速，工程爆破也成為了中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)成分中的一份子。通過闡述工程爆破技術(shù)的發(fā)展并結(jié)合實(shí)際需要，提出未來的爆破工程研究的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：爆破技術(shù)；爆破工程發(fā)展；爆破發(fā)展方向

爆破技術(shù)是利用炸藥爆炸能量，使爆破對(duì)象發(fā)生變形、破碎、移動(dòng)和炮制，達(dá)到預(yù)定目的的技術(shù)。利用爆破能量，可以破碎任何兼顧的戒指或改變介質(zhì)的形狀，所以爆破技術(shù)廣泛應(yīng)用于鐵路、公路、礦山、水利、水電、建筑等工程的土石方開挖，以及航道的疏浚、建（構(gòu)）筑物的爆破拆除、機(jī)電工程的爆炸加工、石油地質(zhì)部門的勘探掘進(jìn)和油氣井爆破等，爆破技術(shù)在軍事工程中的同樣得到了廣泛應(yīng)用。

1爆破工程技術(shù)發(fā)展應(yīng)用

早在公元7世紀(jì)，我們的祖先就首先發(fā)明了火藥。1627 年，匈牙利將黑火藥用于采掘工程，從而開拓了工程爆破的歷史。1831 年導(dǎo)爆索出現(xiàn)，1867 年瑞典人諾貝爾發(fā)明了火雷管，同年又制成硝化甘油炸藥，并由瑞典化學(xué)家德理森和諾爾賓首次研制成功硝銨炸藥，到此工程爆破的安全性才有了一定的保障。20 世紀(jì) 50 年代中期，世界工業(yè)炸藥進(jìn)入了以廉價(jià)硝酸銨為主體的硝銨類炸藥新時(shí)期，同時(shí)帶動(dòng)了工業(yè)電雷管等起爆器材和工程爆破技術(shù)的快速發(fā)展。近幾年，中國(guó)工程爆破協(xié)會(huì)與外界的交流頻繁，推動(dòng)了我國(guó)工程爆破技術(shù)與國(guó)際的交流，也使我國(guó)工程爆破技術(shù)邁向了新臺(tái)階。

我國(guó)工程爆破的發(fā)展歷程與經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展有著密切的聯(lián)系。

新中國(guó)成立后，工程爆破技術(shù)在我國(guó)農(nóng)田水利建設(shè)、礦山采掘、鐵路（公路）、修筑等國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)建設(shè)中立下了汗馬功勞。特別是改革開放以來，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入騰飛階段，各種基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)帶動(dòng)了工程爆破事業(yè)的蓬勃發(fā)展。一方面大型水利電力以及城市和廠礦改擴(kuò)建項(xiàng)目相繼開工；另一方面許多工程爆破課題被列入國(guó)家“九五”、“十五”、“十一五”、“十二五”和“十三五”攻關(guān)項(xiàng)目及國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，通過這些項(xiàng)目的實(shí)施使我國(guó)的工程爆破技術(shù)得到全面迅速而有序的發(fā)展，并取得了一系列可喜成果。進(jìn)入本世紀(jì)后，我國(guó)工程爆破面臨的任務(wù)將更為艱巨。根據(jù)我國(guó)的“十三五”發(fā)展綱要，我國(guó)要想實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，必須實(shí)現(xiàn)爆破技術(shù)研究的高精發(fā)展，讓爆破工程技術(shù)不僅服務(wù)于國(guó)門，同時(shí)能夠走出去，服務(wù)于“兩帶一路”經(jīng)濟(jì)共榮圈的發(fā)展需要。

2爆破工程技術(shù)的新進(jìn)展

2.1爆破機(jī)理研究活躍，數(shù)學(xué)模型得到實(shí)際運(yùn)用

人們開始應(yīng)用分形、損傷等數(shù)理建模方法，對(duì)巖體的天然結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面、真實(shí)地描述；結(jié)臺(tái)衛(wèi)星定位系統(tǒng)，對(duì)炮孔進(jìn)行準(zhǔn)確定位，并利用鉆機(jī)工作參數(shù)獲取巖體性質(zhì)數(shù)據(jù)；新型礦用炸藥，為人們調(diào)節(jié)爆破破巖的能量輸入提供了可能；高精度電子雷管，使人們能夠精確地控制爆破時(shí)序；爆破破碎塊度分布光學(xué)量測(cè)、分析技術(shù)，為人們對(duì)爆破破碎效果的定量、全面評(píng)定提供了手段；大容量、高速度計(jì)算機(jī)可以滿足爆破破碎復(fù)雜系統(tǒng)的模擬要求。

2.2爆破工程技術(shù)趨于精細(xì)化

數(shù)碼電子雷管、新型系列炸藥和遙控起爆等為爆破技術(shù)精細(xì)化提供了有利的條件。近年來，利用數(shù)碼電子雷管和新型乳化炸藥的優(yōu)點(diǎn)，在爆破作業(yè)環(huán)境復(fù)雜的地下礦山實(shí)現(xiàn)了爆破技術(shù)精細(xì)化，獲得了良好的爆破效果和顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

2.3軟巖與高溫礦巖爆破技術(shù)得到發(fā)展

低密度、低爆速和低威力炸藥為改善軟巖爆破效果提供了工具。Orica推出的Novalite系列炸藥的密度范圍為0.3～1.1 g/，爆速為2～4.5 km/s，且爆轟穩(wěn)定。這樣就可以針對(duì)軟弱礦巖的實(shí)際情況，選用不同密度和爆速的炸藥，既可以使裝填藥柱保持達(dá)到上部，減少上部大塊，還可以避免炮孔底部藥量過于集中產(chǎn)生過遠(yuǎn)的拋擲。

2.4爆破規(guī)模和爆破設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化

爆破規(guī)模由采場(chǎng)幾何形狀、年產(chǎn)礦石量、爆破技術(shù)和裝備水平等綜合確定的。國(guó)外爆破規(guī)模普遍較大，不同礦山的爆破設(shè)計(jì)程序盡管有所差異。通常根據(jù)爆區(qū)地質(zhì)平面圖、現(xiàn)場(chǎng)孔位標(biāo)志、炮孔和爆堆的品位標(biāo)志以及礦巖性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、爆區(qū)形狀和炸藥類型等進(jìn)行爆破，設(shè)計(jì)優(yōu)化孔網(wǎng)、裝藥量等參數(shù)。美國(guó)奧斯汀炸藥公司爆破服務(wù)隊(duì)承擔(dān)為礦山進(jìn)行裝藥爆破任務(wù)，他們編制的計(jì)算機(jī)程序可以根據(jù)地形地質(zhì)情況、爆破參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)、要求的爆破塊度和爆破有害效應(yīng)等項(xiàng)內(nèi)容，用以確定出不同的爆破方案供用戶選擇。

3爆破技術(shù)的發(fā)展方向

3.1建立高效安全與系統(tǒng)和諧的“科研——生產(chǎn)——配送——爆破作業(yè)一體化”民用炸藥爆破技術(shù)新體系

總體而言，爆破技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了爆破器材的迅速發(fā)展；而爆破器材的迅速發(fā)展又推動(dòng)了爆破和爆破工藝的巨大進(jìn)步。兩者之間是不可分割的整體，建立高效安全與系統(tǒng)和諧的“科研——生產(chǎn)——配送——爆破作業(yè)一體化”民用炸藥爆破技術(shù)新體系，即由炸藥供應(yīng)商對(duì)爆破作業(yè)實(shí)現(xiàn)一條龍服務(wù)。現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥地面連續(xù)化制備技術(shù)及裝藥車的發(fā)展為建立“科研——生產(chǎn)——配送——爆破作業(yè)一體化”的民用炸藥爆破技術(shù)新體系奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，民爆行業(yè)的整合以及集團(tuán)化發(fā)展為建立“科研——生產(chǎn)——配送——爆破作業(yè)一體化”民用炸藥爆破技術(shù)新體系提供了條件。實(shí)現(xiàn)民用炸藥的生產(chǎn)、運(yùn)輸和爆破裝藥一條龍技術(shù)和服務(wù)體系，在不久的將來，將成為我國(guó)工業(yè)炸藥的主要生產(chǎn)方式和形式。

3.2加快爆破技術(shù)與工藝研究創(chuàng)新的步伐，重點(diǎn)研究復(fù)雜環(huán)境下爆破施工技術(shù)與工藝

根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的需要，露天高臺(tái)階爆破、復(fù)雜條件下石方精確爆破技術(shù)、復(fù)雜地質(zhì)條件下的高邊坡快速開挖爆破技術(shù)、級(jí)配石料的控制爆破開采技術(shù)、軟基爆破處理技術(shù)以及高原凍土爆破關(guān)鍵技術(shù)有待創(chuàng)新。要在開展提高和控制爆破能量利用技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，深人研究上述技術(shù)的爆破作用機(jī)理、爆破參數(shù)選擇、安全控制標(biāo)準(zhǔn)、施工工藝與裝備等露天礦山高臺(tái)階爆破施工技術(shù)，為采用索斗鏟——自行式破碎機(jī)——帶式輸送機(jī)的連續(xù)運(yùn)輸工藝創(chuàng)造條件，建立露天礦山全新的高效低成本開采技術(shù)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)高臺(tái)階（陡幫）露天礦山開采技術(shù)的跨越式發(fā)展。針對(duì)電氣化鐵路復(fù)線施工、公路改擴(kuò)建工程、城鎮(zhèn)地區(qū)場(chǎng)平爆破開挖等復(fù)雜條件下的大量石方開挖，進(jìn)一步研究復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件下的精確控制爆破技術(shù)、城區(qū)爆破振動(dòng)控制技術(shù)、復(fù)雜地形地質(zhì)條件下的高邊坡快速開挖爆破技術(shù)。

進(jìn)一步研究地下礦山開采和采空區(qū)處理控制爆破技術(shù)。包括地下礦山深孔爆破技術(shù)，提高鉆孔、裝藥、填塞機(jī)械化與自動(dòng)化；研究大量崩落爆破的技術(shù)條件分析及優(yōu)化；研究瓦斯煤塵條件下爆破安全控制技術(shù)；研究深水工程爆破和海底隧道爆破施工和安全技術(shù)等。

3.3提高工程爆破的自動(dòng)化和數(shù)字化水平，重點(diǎn)研究爆破施工信息化技術(shù)

CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化和工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)代化水平的一個(gè)標(biāo)志。國(guó)外先進(jìn)國(guó)家對(duì)于大型復(fù)雜爆破廣泛采用計(jì)算機(jī)模擬，擺脫了爆破設(shè)計(jì)依靠經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)的做法。加拿大R·法夫羅教授在巖石斷裂力學(xué)的基礎(chǔ)上研制的Blaspa軟件，是包含數(shù)以萬計(jì)方程式的數(shù)學(xué)模型，在北美50多個(gè)礦山得到應(yīng)用。英國(guó)AIS公司開發(fā)的Davevtronic GPS爆破軟件包可以實(shí)現(xiàn)爆破設(shè)計(jì)完全自動(dòng)化。通過輸人巖石的參數(shù)和炮孔深度、炮孔距離、炮孔數(shù)量以及臺(tái)階高度，自動(dòng)模擬出爆破結(jié)果，并可根據(jù)要求的爆破效果自動(dòng)給出最佳的爆破方案，通過GBS和GLONASS衛(wèi)星定位技術(shù)和精確的炮孔與機(jī)載監(jiān)控信息有機(jī)配合將鉆孔布置直到起爆等一系列作業(yè)緊密聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)爆破設(shè)計(jì)和爆破作業(yè)自動(dòng)化。

因此，我們應(yīng)該以研究開發(fā)露天高臺(tái)階、拋擲爆破新技術(shù)為突破口，研究完善爆炸與爆破過程的物理力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型，爆破效果和爆破效應(yīng)的計(jì)算機(jī)模擬數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)進(jìn)行爆破模擬，逐步改變我國(guó)現(xiàn)有爆破工程的設(shè)計(jì)和安全評(píng)估大都基于經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)法的狀況。

3.4重視改善爆破安全和環(huán)境污染問題，研究爆破作業(yè)安全與周圍環(huán)境保護(hù)的控制技術(shù)

爆破安全技術(shù)包括爆破施工作業(yè)中的安全問題和爆破對(duì)環(huán)境安全影響兩大部分前者主要涉及爆破器材性能、使用條件、檢測(cè)方法和起爆技術(shù)安全性問題；后者主要涉及安全準(zhǔn)則、控制標(biāo)準(zhǔn)、爆破作用機(jī)理、爆破參數(shù)設(shè)計(jì)與方法有關(guān)的技術(shù)問題。爆破安全技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展必須從上述兩方面開展研究，采取措施消除各種不安全的因素并重點(diǎn)研究爆破作業(yè)安全與周圍環(huán)境保護(hù)的控制技術(shù)。在研究爆破地震波的產(chǎn)生機(jī)制和傳播規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出爆破震動(dòng)安全評(píng)定的破壞標(biāo)準(zhǔn)、爆破空氣沖擊波與噪聲的頻譜特性及其傳播規(guī)律；建立反映持續(xù)時(shí)間及頻率影響的爆破空氣沖擊波與噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)，特別是在有煤塵、硫塵、硫化物粉塵的礦井中進(jìn)行爆破作業(yè)的情況下；開展爆破測(cè)試技術(shù)的研究，降低工程爆破作業(yè)的有害效應(yīng)；重視爆破有害效應(yīng)的監(jiān)測(cè)工作，研制新的爆破震動(dòng)、空氣沖擊波、噪聲、水中沖擊波等測(cè)試儀器，提高監(jiān)測(cè)水平；建立各類爆破作業(yè)的安全監(jiān)測(cè)細(xì)則和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，保證爆破工程的環(huán)境安全。

3.5民用爆破器材向多品種、系列化方向發(fā)展，滿足各類工程爆破的需要

爆破器材總的發(fā)展方向是：大力推廣應(yīng)用乳化炸藥、粉狀乳化炸藥、改性銨油炸藥、銨油炸藥、重銨油炸藥；基于不同礦巖特性和爆破技術(shù)特點(diǎn)的需求，大力研究應(yīng)用低感度、系列化的現(xiàn)場(chǎng)混裝含水炸藥、環(huán)保型高性能散裝粉狀炸藥以及煤礦函需的高安全炸藥，徹底改變目前炸藥品種單一的局面，形成炸藥威力由低到高，密度由小到大的安全性好、系列化工業(yè)炸藥新體系。在起爆技術(shù)方面，進(jìn)一步完善電雷管起爆系統(tǒng)，發(fā)展塑料導(dǎo)爆管非電起爆系統(tǒng)，研制開發(fā)數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)和低能導(dǎo)爆索非電起爆系統(tǒng)，跟蹤遙控起爆技術(shù)，形成電與非電相互配套的安全起爆系統(tǒng)，提高起爆技術(shù)的可靠性和安全性。

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（作者單位：河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院）