爆破技术在采矿工程的应用研究

摘要：随着科学技术水平的不断提高, 采矿工程的爆破技术应用也相应有了突破性进展。从不同角度剖析了爆破技术在采矿工程中的应用情况, 明确了爆炸与炸药在采矿工程中应用的理论基础, 并对爆破技术的外在表现形式及操作步骤展开探讨, 以及对采矿工程爆破技术的具体应用情况等展开相关分析。明确爆破技术在采矿工程中的应用必须以安全为主, 需根据不同地质要求, 结合实际情况, 提出相应的技术方案, 才能提高整体工作效率。

　　关键词：爆破技术; 采矿工程; 矿山爆破; 掘进爆破; 采场爆破;

　　爆破技术是利用炸药对物体结构进行巨大能量的爆炸, 近年来, 爆破技术被广泛用于矿山开采工程的建设当中[1], 由采矿工程爆破技术的原理, 能够看到利用炸药的外力作用, 对矿山结构产生高热气体, 从而引发爆炸, 最终达到矿山工程建设的需求。而在爆破过程中, 由于时限要求, 很容易造成安全事故, 因此爆破技术必须严格按照规范要求进行实施, 保障开采工程的安全顺利完工[2]。为此, 对爆破技术在采矿工程的应用进行探讨, 以期为采矿工程爆破技术的安全应用, 提供一些可供参考的资料。

　　1 爆破技术的应用理论基础

　　1.1 爆炸和炸药的应用理论基础

　　爆炸是物质系统一种急剧的物理或化学变化, 在变化过程中放出大量的能量对周围及介质做机械功, 同时伴随有声、光和热等效应[3]。在采矿工程中应用爆破技术时, 首先应该确定烟花爆竹的种类, 了解烟花爆炸种类与现场的实质勘测, 最终确定相应的爆炸种类。目前爆炸种类主要以物理爆炸、化学爆炸、核爆炸为主。确定类别后, 还需对炸药的爆炸条件进行确定, 炸药爆炸的必备条件:①放热反应 (是高速自动进行的首要条件) ;②反应高速进行;③生成大量气体 (气体是做功的介质) 。

　　另外, 还需要了解炸药化学反应的形式, 爆炸不是炸药唯一的反应形式, 它主要由4种反应形式构成, 分别是热分解、燃烧、爆炸 (未处在理想状态) 和爆轰。这4种形式可相互转化, 进而达到即定的爆破最佳效果。

　　1.2 爆破技术表现形式及操作步骤

　　爆破技术主要由声、光、尘、烟、振动、飞石、抛掷与坍塌等形式表现[4]。因此, 有效的地质勘测至关重要。在采矿工程中, 爆破技术需要进行地质情况的有效掌握, 也就是有效勘测[5]。而后结合所勘测的地址情况进行具体设计并进行施工组织设计, 从而更好地指导爆破的全过程, 再结合设计进行大型爆破工程的评价, 根据所评价的结果对矿山工程进行具体施工, 施工的流程包括钻眼装药天灾沿线检查起爆的操作, 一系列工序完成后, 对矿山爆破工程进行整体验收与评价, 从而保证矿山工程的质量。

　　2 采矿工程爆破技术的具体应用

　　2.1 地下矿山爆破技术

　　采矿工程中主要以地下矿场开采、露天矿开采、爆破工程3种为主要应用方向。其中地下矿山爆破技术主要由井下掘进爆破和采场爆破2种方式, 对井下爆破应首先进行爆破特点的分析, 了解爆破工程重点防范的内容, 而后进行炮孔布置形式及起爆顺序的预设, 严格按照规范标准要求对井下掘进爆破参数进行设定, 并按照光面爆破、天井深巷爆破掘进, 完成相应爆破操作[6]。

　　井下掘进爆破特点:对井下掘进爆破, 需要针对其特点进行, 相应的爆破处理措施, 保证爆破的准确性以及相应的进尺尺寸符合要求, 并结合相应特点形成一套完善的爆破方案, 根据技术方案, 逐步对不同类型的炮眼进行工作面的相应布置, 从而更好的使断面展示达到一定的井巷掘进爆破效果。掘进爆破必须严格按照相关规定进行, 相应的规格设计, 必须满足设计要求与施工规范要求。保证爆炸的集中性跨度需要均匀, 并符合炮眼的布置设计的规范性从而提高炮眼的使用效率, 周边平整材料消耗少的要求, 从而节省成本开支[7]。

　　炮孔布置形式:炮孔布置形式及起爆顺序具体如图1所示。炮孔的布置形式主要有掏槽孔、辅助口和周边孔。将各种炮孔进行有效布置, 从而实现完善的起爆顺序。其中掏槽孔的作用是在工作面上将一部分岩石破碎并抛出, 掏槽孔的有效设计, 主要是能够将岩石的破碎有效的抛出, 从而降低安全事故的产生, 并且能够通过岩石破碎的抛出, 形成第二个自由面, 保证相应的爆破符合矿山工程建设所需。周边孔的作用主要是对井巷横断面形状的控制, 以及相应的断面方向控制, 从而使井巷断面尺寸、形状与方向能够满足爆破设计需求, 进一步做好炮孔布置工作[8]。

　　a-掏槽孔;b-辅助口;c-周边孔

　　炮孔起爆顺序:为了进一步保证采矿工程的顺利起爆, 需要进行起爆顺序的规范性安排, 从而进一步保证爆破的安全性, 达到既定的爆破效果。因此, 起爆顺序的布置至关重要。一般情况下需要对掏槽孔、辅助口与周边孔进行相应起爆顺序安排, 相应顺序设置安排好后, 再进行第二次起爆孔的分组, 按顺序并且具有一定的合理性, 对起爆顺序进行先后次序安排, 充分利用初期阶段起爆孔的设置, 从而进一步形成爆孔自由面。在实施一次性起爆孔时, 其数目的增多, 也使相应的爆孔段数相应越多, 在充分利用自由面的基础上, 对振动空气冲击有一定的减弱, 此操作能够使冲击波强度和噪声均得到有效降低。

　　2.2 井巷掘进爆破参数

　　炮孔直径:炮孔直径大小对凿岩生产效率有着直接的影响, 包括炮孔数目, 它的单位的消耗量, 以及爆破块度和井巷到周壁平整性等均受炮孔直径的直接影响。因此, 在爆破过程中, 炮孔直径的设置必须符合爆炸能量的需求, 当炮孔直径增大时, 要爆炸能量相对集中, 爆炸速度和爆轰稳定性有所提高, 而过大的炮孔直径并不易于凿岩速度的有效提升。若炮孔直径过大那么凿岩速度会显著下降, 则炮孔直径设计不宜过大, 并且相应的炮孔数目也会因此减少, 从而降低了岩石的破碎质量。炮孔直径的设计, 一般根据大断面井巷的面积设定, 若大断面井巷大于6 m2以上, 可采用38～45 mm的药卷, 若小断面积在小于4 m2以上, 且岩石十分坚硬, 此时可使用高威力炸药, 采用小直径药卷, 一般尺寸在25～32 mm的直径, 从而达到相应的爆破效果。经常的炮孔直径比装入的药卷直径要略大, 一般控制范围在5～10 mm左右, 采用氩气装钥匙孔体积可以达到既定的利用效果。

　　单位炸药消耗量和孔深:平巷决定的炸药单位消耗量可以参照岩石坚固系数与掘进断面所占面积进行相应确定。在实际生产中需要根据经验确定, 一般辅助孔孔距控制范围在400～600 mm, 周边孔之间一般取600～700 mm, 周边孔口到轮廓线应保持在100～150 mm范围内, 而且顶底板孔要向外向上向下即向侧面倾斜5°左右, 并使孔底落在轮廓线外约100 mm处。

　　2.3 采场爆破技术特点

　　与井巷掘进爆破相比, 地下采场爆破具有2个以上的自由面, 并且炮孔数量较多, 封矿面积和爆破量较大, 一次爆破用药量大, 炸药单位消耗量低, 爆破方案的选择和起爆网络的设计比较复杂, 所以爆破时的组织工作显得更为重要。对地下采石场爆破的质量要求是爆破作业安全, 每米炮工封矿量大, 大块少, 二次爆破量小;粉矿少, 矿石贫化和损失小, 材料消耗量低。

　　2.4 VCR采矿法爆破技术

　　VCR采矿法爆破技术是在利文斯顿爆破漏斗理论基础之上所创造的, 它以球状包爆破方式为特征的新的采矿方法, 并在近年来得到了广泛性应用。在上、下巷道内按一定孔距进行凿岩, 对大直径深孔道下部切割巷道上部的十字顶部平台, 可装入长度不大于炮孔直径6倍的药包, 然后沿巷道, 以及按分层, 自下而上崩落一定厚度、矿石、逐层将整个采矿工程完成。

　　3 结语

　　综上所述, 采矿工程的建设, 是我国一次性能源开采的关键, 而爆破技术的良好应用, 直接影响着我国煤矿的整体发展。因此, 针对爆破技术在采矿中的应用情况展开分析, 对于采矿工程中的爆破技术应用, 应该结合地质条件, 并且掌握各项采矿方法的技术理论基础, 有针对性地提出采矿设计方案, 需要具有一定的条理性与适用性, 在保证采矿工程的整体安全性的基础之上, 才可以进一步提高采矿工程的工作效率。

　　参考文献
　　[1] 张冬华, 田灵涛.深孔预裂爆破技术在深井坚硬完整顶板强制放顶中的应用[J].煤炭工程, 2018, 50 (1) :42- 44.
　　[2] 白和强, 张昭.缅甸七星塘矿山孔底间隔装药技术的实验与应用[J].工程爆破, 2017, 23 (5) :63- 66.
　　[3] 张自政, 柏建彪, 陈勇, 等.浅孔爆破机制及其在厚层坚硬顶板沿空留巷中的应用[J].岩石力学与工程学报, 2016, 35 (S1) :3008-3017.