黃雯澤

近年來我國采礦領域進步迅速，這種進步在工程爆破技術方面有著直觀體現(xiàn)，但隨著各類新型工程爆破技術開始用于礦山開采，這類技術的應用難度持續(xù)提升。為保證工程爆破技術應用效果，本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1 工程爆破技術相關概述

隨著采礦事業(yè)的不斷發(fā)展，工程爆破技術出于對安全與效率的考慮也在不斷優(yōu)化，就目前發(fā)展現(xiàn)狀而言，主要分為兩類，一類是控制爆破，另一類是地下菜場爆破。對于前者而言，當前常見的控制爆破方法有三種，分別為微差爆破、預裂爆破以及擠壓爆破，具體選擇需要結合礦山實際情況而定；對于后者而言，在地下采場爆破中具有非常多的炮孔數(shù)量，相較于其他爆破方式，此類爆破技術的范圍較大，所以爆破基礎是大量炸藥。在實施該爆破技術時，需要在綜合考慮后制定科學爆破方案，以此降低礦石損失，保證爆破開采安全性。目前，爆破技術已經(jīng)成為礦山開采工程中的重要技術，因此，掌握技術運用要點是必要的。

2 常用工程爆破技術

2.1 鑿巖劈裂技術

在礦山開采領域，鑿巖劈裂技術的應用較為廣泛，該技術能夠通過爆破設備進行鑿孔，以此處理大型礦山巖石，同時將劈裂桿放置在鑿孔得到的孔洞中放置，劈裂設備可在運行中通過劈裂桿產(chǎn)生反作用力，巖石內(nèi)部在劈裂桿逐漸施加的壓力下能夠被鑿開，鑿巖劈裂技術在礦山巖石處理中的表現(xiàn)較為突出。世界范圍內(nèi)，鑿巖劈裂技術的應用較為廣泛，很多發(fā)達國家研發(fā)的先進劈裂機能夠較好滿足礦山開采需要，這使得鑿巖劈裂技術廣泛用于世界各地。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，通過向巖石施加強大壓力，鑿巖劈裂技術能夠在應用中具體性破壞巖石，采礦區(qū)域在這一過程中受到的影響極小，同時周邊地區(qū)也不會受到鑿巖劈裂技術帶來的影響。在便捷、小巧且具備全新功能的劈裂機支持下，存在較為稀薄巖石層的礦山可應用鑿巖劈裂技術進行開采，巖石能夠在技術支持下實現(xiàn)高效率開采，更好滿足礦山開采需要。

2.2 定向爆破技術

定向爆破技術在礦山開采領域的應用同樣較為廣泛，該技術利用炸藥，屬于最為常見的工程爆破技術之一，但不同于傳統(tǒng)的非定向爆破，以往傳統(tǒng)的炸藥爆破屬于非定向爆破技術，即盡管能夠保證順利爆破，但是無法控制爆破時巖石碎屑的準確方向，難以為現(xiàn)場工作人員提供安全保證。同時，運用炸藥的非定向爆破技術也無法準確預測爆炸結果，往往需要投入大量的時間成本與人力物力，甚至引發(fā)重大安全事故。而定向爆破技術的炸藥使用方式更為先進，可實現(xiàn)對爆破后巖石碎屑準確方向的確定，在應用效果和安全性方面的表現(xiàn)更為突出，能夠有效降低礦山開采的不安全因素。相較于無法準確預測爆炸后造成結果的傳統(tǒng)非定向爆破技術，定向爆破技術能夠有效節(jié)約時間，避免重大安全事故產(chǎn)生。近年來國內(nèi)外定向爆破技術發(fā)展迅速，如礦山懸掛礦石的定向爆破已經(jīng)能夠實現(xiàn)，這使得礦山開采效率進一步提升，定向爆破技術快速推廣。在各地區(qū)礦山開采實踐中，礦洞內(nèi)礦石進入井中等情況在金礦開采中較為常見，這會導致礦洞被堵塞，直接影響礦山開采效率和效益，開礦作業(yè)難度也會同時提升，但在定向爆破技術支持下，依托銅制圓盤與烈性炸藥，快速沖向巖石的銅盤可實現(xiàn)高達1.5m 的巖石穿透度，礦石溜井等現(xiàn)象在定向爆破技術支持下有效縮減，而通過適當調(diào)整炸藥量，礦山開采的不同需求也能夠較好滿足。

2.3 二氧化碳爆破技術

一定高壓下的二氧化碳能夠轉變?yōu)橐簯B(tài)，將二氧化碳通過高壓泵以業(yè)態(tài)形式在爆破管（圓柱體容器）內(nèi)壓縮，同時裝入導熱棒、破裂片、密封圈，將合金帽擰緊后即可應用二氧化碳爆破技術進行礦山開采。二氧化碳爆破技術的應用過程需要在礦山爆破現(xiàn)場固定爆破管，具體需要固定在需要爆破處的鉆孔中，并完成起爆器電源連接。在高導熱棒通過微電流時，安全膜由這一過程產(chǎn)生的高溫擊穿，氣化的液態(tài)二氧化碳會急劇膨脹，泄壓閥在由此生成的高壓沖擊波下會自動打開，堆積物或被爆破物品受此影響會在幾何級當量沖擊下推進。二氧化碳爆破技術僅存在0.4ms 的低溫爆破過程，由于不會產(chǎn)生電火花和電弧，且爆破前后不會產(chǎn)生有害氣體，該爆破技術在應用中不會受到高熱、高溫、高寒、高濕影響，同時存在無粉塵、無震蕩特點。作為典型的惰性氣體，二氧化碳能夠通過物理反應的體積膨脹滿足礦山開采爆破需要，使近年來該技術的應用日漸廣泛，如基于二氧化碳致裂器用于煤礦致裂切頂。

2.4 爆系統(tǒng)技術

起爆系統(tǒng)技術同樣能夠為礦山開采提供支持，該技術能夠保證礦山開采安全和效率，這使得長期以來起爆系統(tǒng)技術的研究和推廣向來受到重視，如何成功過濾雜質(zhì)電流直接關系著起爆系統(tǒng)技術應用效果。電器起爆系統(tǒng)屬于較為傳統(tǒng)的起爆系統(tǒng)，該起爆系統(tǒng)在應用中會受到雜質(zhì)性電流影響，這種影響會作用于起爆時間上，進而影響工程爆破技術應用效果，嚴重時還會導致安全事故。相較于電器起爆系統(tǒng)，激光起爆系統(tǒng)和光纖起爆系統(tǒng)屬于現(xiàn)階段應用較為廣泛的起爆系統(tǒng)技術，二者不存在雜質(zhì)電流，而且激光起爆系統(tǒng)可通過光纖進行傳輸，不會對周圍工作人員造成任何影響，還會增加起爆系統(tǒng)的起爆距離。此外，這種起爆系統(tǒng)以電起爆作為基本前提，創(chuàng)新了以往傳統(tǒng)的起爆系統(tǒng)，所以在礦山開采中的應用更具安全性、穩(wěn)定性。在整個起爆系統(tǒng)中，相較于以往傳統(tǒng)的普通雷管，為提高爆破技術的可控性，所以采用的是電子雷管。普通雷管通過化學引線控制雷管的爆炸情況，但是由于爆破過程中存在較多影響因素，所以可能會影響到具體的起爆時間，這一不確定性因素極易造成人員的傷亡。但是電子雷管對起爆時間的控制是依托于其內(nèi)部的小型電路，整體可靠性更強，能夠有效改善爆炸過程中爆炸時間拖延或不準確的問題，進一步保證爆破安全。

2.5 等離子爆破技術

等離子爆破技術主要利用蓄電池組，通過將電能存儲在其中，并在巖石孔洞中放置金屬級，通過結合實際環(huán)境合理設置遠程開關，能夠在實現(xiàn)爆破目標的同時避免對周圍工作人員造成安全危害。一旦開關啟動，蓄電池組將會在極短時間內(nèi)向孔洞的金屬級釋放之前存儲的強大電能，在該情況下，電解質(zhì)轉變?yōu)楦邏?，從而順利爆破。雖然該爆破技術與化學爆破實現(xiàn)的最終效果基本相同，但是所運用的機理卻天差地別。由上述爆破技術布置可知，等離子爆破技術主要利用大量電能釋放時產(chǎn)生的巨大壓力，以此催動巖石孔洞的金屬級，最終形成強大沖擊力量，在該情況下，爆破后并不會產(chǎn)生任何有害氣體，在滿足礦山開采爆破要求的基礎上，對周圍環(huán)境造成的影響較小。

3 工程爆破技術的具體應用

3.1 工程概況

以內(nèi)蒙古某大型鐵礦露天開采為例，案例鐵礦的礦產(chǎn)成因多變且地質(zhì)環(huán)境復雜，廣泛存在花崗—綠巖地體，受地質(zhì)條件影響，巖石爆破屬于鐵礦露天開采必須解決的問題。以案例礦區(qū)鐵礦2 號脈為例，礦脈傾角、厚度分別為25°、40cm，同時存在2m 左右的礦體露頭埋深，地表水豐富，礦區(qū)300m 范圍內(nèi)存在通訊電纜線、高壓線，500m 范圍內(nèi)不存在居民點和公路。

3.2 技術方案

圖1為深孔微差爆破技術應用的技術方案，該技術的具體應用需要在較淺礦體埋深區(qū)域通過挖掘機完成覆蓋層超前剝離，以此得到爆破自由面，高度按照2m ～3m 控制，必要時可按照可挖掘的深度控制爆破自由面。

圖1 技術方案

深孔微差爆破技術在具體應用中需要關注爆破參數(shù)的科學設計，結合礦山機械設備情況和生產(chǎn)能力，案例鐵礦采用潛孔鉆機完成炮孔鑿巖，型號為KT8，炮孔傾角、炮孔直徑分別為90°、90mm，由淺到深布置炮孔深度，具體控制在3m ～20m區(qū)間。

按照菱形進行炮孔布置，結合性硬度要求確定孔網(wǎng)參數(shù)，圍繞6m×3m、5m×3m、4m×3m 開展試驗，可得到圖2 所示的最佳爆破孔網(wǎng)參數(shù)。

圖2 最佳爆破孔網(wǎng)參數(shù)

為提升爆破規(guī)模并控制爆破用品成本，案例鐵礦采用深孔現(xiàn)場混裝乳化炸藥裝藥技術，該技術存在較低的成本且能夠較好適應礦區(qū)存在的大量地表水，在提升作業(yè)效率方面也有著出色表現(xiàn)。在起爆方法選擇上，采用圖3 所示起爆網(wǎng)絡設計。

圖3 起爆網(wǎng)絡設計

按照菱形進行各排炮孔布置，相同參數(shù)的起爆藥包和延時雷管裝填于各炮孔內(nèi)，延時雷管彼此相連，起爆藥包與延時雷管的另一端連接，具體選擇孔底起爆方式。分組圍繞第一排炮孔雷管開展，1 組包括4 個～5 個炮孔雷管，通過并聯(lián)方式進行各組雷管連接，串聯(lián)方式用于每排間雷管連接。在深孔微差爆破技術的具體應用中，大自由面作用下的第一排炮孔首先起爆，后續(xù)爆破孔逐排起爆，可得到順著自由面拋擲的大多數(shù)爆破巖石。

3.3 技術優(yōu)化

為進一步降低成本并優(yōu)化爆破效果，還應進一步優(yōu)化深孔微差爆破技術應用，這一優(yōu)化可圍繞中深孔爆破參數(shù)、爆破間隔時間、起爆方法及起爆網(wǎng)絡、裝藥參數(shù)共四方面入手。

3.3.1 深孔爆破參數(shù)優(yōu)化

基于90°鉆孔傾角、90mm 鉆孔直徑，在潛孔鉆機KT8 支持下進行鑿巖，可得到穿過鐵礦脈的炮孔深度，同時礦脈埋深會直接影響炮孔深度，為控制采礦成本，按照20m 控制最大炮孔深度，具體控制在3m ～20m 區(qū)間；開展小臺階模型爆破試驗優(yōu)化炮孔排距及間距，以此控制炸藥單耗和爆破塊度，在具體試驗中，在穿孔參數(shù)不變，菱形布孔并設置1.5m 最小抵抗線時，調(diào)整炮孔排距及間距，可確定炮孔排距、間距分別為3m、4m 時，存在0.7g/m3炸藥單耗、6cm 特征塊度，炮孔排距、間距分別為3m、5m 時，存在0.5g/m3炸藥單耗、15cm 特征塊度，炮孔排距、間距分別為3m、6m 時，存在0.6g/m3炸藥單耗、30cm特征塊度。結合試驗可以確定，為控制炸藥單耗、降低大塊率、改善爆破質(zhì)量，需選擇最佳炮孔排距、間距，分別為3m、5m。

3.3.2 微差爆破間隔時間優(yōu)化

在礦山爆破領域，微差爆破技術的應用較為廣泛，該工程爆破技術存在鮮明地震波特點，最大振幅值小、頻率高、周期短且主震響持續(xù)時間短。微差爆破間隔時間參數(shù)在微差爆破技術應用中較為關鍵，直接影響爆破振動和爆破地震波效應，因此案例礦山同樣在爆破間隔時間優(yōu)化方面投入精力。結合現(xiàn)有研究和實踐可以發(fā)現(xiàn)，三方面因素決定起爆時差，包括后排藥包炸藥爆破后應力波、裂隙擴展至自由面、前炸藥包形成自由面對應時間，結合案例礦山的爆破實踐，按照25ms ～500ms 控制微差爆破間隔時間，孔間延遲、孔內(nèi)炸藥爆破延遲分別為25ms、500ms。

3.3.3 起爆方法及起爆網(wǎng)絡優(yōu)化

案例礦山選擇現(xiàn)場混裝乳化炸藥方式，基于延時雷管孔間微差起爆開展多排孔微差逐排爆破，所有炮孔采用的延時雷管規(guī)格為25ms ～500ms，第一排炮孔并聯(lián)起爆用雷管規(guī)格為500ms，排間的炮孔段串聯(lián)使用25ms 延時雷管，第一排3 組雷管線管引爆由起爆雷管完成，第一排延時雷管由此同時導爆，逐步完成逐排微差爆破。為實現(xiàn)爆破大塊產(chǎn)出率控制并高效利用炸藥爆破能量，設置起爆藥包于炮孔底部，起爆藥包與延時雷管500ms 段連接，孔底集中起爆可由此實現(xiàn)，其中炮孔間延 時 分 別 為0ms、25ms、50ms、75ms、100ms、125ms、150ms、175ms、200ms、225ms、250ms 時，對應孔底延期時間分別為500ms、525ms、550ms、575ms、600ms、625ms、650ms、675ms、700ms、725ms、750ms。

3.3.4 裝藥參數(shù)優(yōu)化

由于案例礦山所在地區(qū)存在豐富地表水，為應對較高的炮孔水位，為提升炸藥利用率和裝藥效率，選擇現(xiàn)場混裝乳化炸藥進行爆破的方式，這能夠實現(xiàn)裝藥高度降低，裝藥安全系數(shù)也能夠同時顯著提升，更好保證爆破作業(yè)安全。圍繞深孔裝藥結構進行分析可以發(fā)現(xiàn)，炸藥裝填前需要將炮孔礦脈超深距離通過填塞物堵塞，之后預留填塞物于炮孔上部，具體長度控制在2m ～3m，炮孔填塞選擇存在較小粒度的碎巖。結合計算可以確定，相較于0.6kg/m3藥卷式乳化炸藥的炸藥單耗，現(xiàn)場混裝乳化炸藥存在0.43kg/m3的炸藥單耗，優(yōu)勢極為顯著。

3.4 爆破效果

在應用深孔微差爆破技術的過程中，底部鐵礦體可通過炮孔內(nèi)的炸藥振裂，鐵礦開挖便利性因此大幅提升。同時，技術應用能夠直接朝自由面方向進行爆破巖體拋擲，可得到塊度均勻爆破巖石，僅存在10%左右大塊率，爆破沖擊波、地震波及飛石等危害得到有效控制，周邊建筑物受到的爆破振動損害基本消除。自應用新技術以來，案例礦山未出現(xiàn)爆破安全事故，礦山安全生產(chǎn)得到保障，由此可直接了解深孔微差爆破技術的應用價值。

4 結論

綜上所述，多方面因素均會影響工程爆破技術在礦山開采中的運用。在此基礎上，本文涉及的技術方案、起爆方法及起爆網(wǎng)絡優(yōu)化、裝藥參數(shù)優(yōu)化等內(nèi)容，則提供了可行性較高的工程爆破技術應用路徑。為更好服務于礦山開采，工程爆破技術應用還應關注爆破模擬的科學開展、安全管理的進一步強化等方面內(nèi)容。