铝土矿综掘机过硬岩区弱爆破法理论研究

李萍丰，任才清

(1 湖南涟邵建工(集团)有限责任公司， 湖南 娄底市 417000；2.国防科技大学 指挥军官基础教育学院， 湖南 长沙 410072)

随着经济发展对金属铝的需求与日俱增，如何高效、快速、经济的开采出生产金属铝的原料铝土矿，成为保证经济持续发展的重要内容。我国虽然蕴藏储量规模丰富的铝土矿资源，但这些资源大多埋藏较深，不适合传统的露天方法开采。使用综掘机打通地下开采通道，确保地下开采效益，已经成为铝土矿地下开采的重要方式。限于综掘机的工作性能，掘进过程中一旦遇到硬岩区域，采用弱爆破法辅助综掘机施工，是行之有效的办法。本文结合湖南涟邵建设工程(集团)有限责任公司在大竹园铝土矿井巷施工中综掘机应用实践，对铝土矿综掘机过硬岩区弱爆破法进行初步理论研究。

1 工程背景

湖南涟邵建工(集团)有限责任公司根据大竹园铝土矿项目工程巷道施工中，在国内率先采用了综掘机进行铝土矿井巷施工。生产实践中，曾遇到硬岩区域导致综掘机无法作业的现实，当采用常规爆破方法进行硬岩处置时，由于要避免飞石、爆破振动、冲击波等危害效应对综掘机造成破坏，必须要将综掘机吊出，待爆破完毕后重新安装使用。这一过程，不仅造成了较长时间的工期耽搁，也占用了较多的经济成本。由此可见，针对综掘机过硬岩区的现状，采用弱爆破方法对贴近综掘机作业面的硬岩进行爆破，既不需要挪动综掘机，又能使硬岩内部松动满足综掘机施工的需要，将是一种非常实用的方法。

2 弱爆破法的定义和特点

弱爆破法是在特殊地质条件和施工环境下下，为控制爆破危害，通过一定的爆破参数设计，达到松动爆破效果的一种控制爆破方法。其主要具有如下特征。

(1) 实现松动爆破效果。弱爆破法的应用，主要是利用炸药在岩石内部的爆炸效应，使岩体内部形成裂隙，将坚硬一体的岩石破裂，以便达到综掘机可以直接切割的目的。因此，弱爆破法的目的是实现松动爆破。

(2) 严格控制爆破危害。弱爆破法施工的过程中，主要目的是在不移动作业面近距离的综掘机的情况下，对硬岩实施破坏。这要求爆破过程中，不会产生明显飞石，同时爆破振动、冲击波等有害效应也不会产生危及综掘机的后果。因此，弱爆破法是低强度爆破。

(3) 综合经济效益突出。弱爆破的结果是施工过程快速、附带危害小、成本较低、消耗较少，特别是地下爆破时，能够创造迅速进入其他工序作业的友好环境和条件，实现综合经济效益的提升。

3 弱爆破法的技术体系

铝土矿综掘机过硬岩区弱爆破法，并没有脱离传统岩石爆破理论和实践，其实现途径是在传统爆破理论基础和技术条件上，通过对爆破过程中的精确控制来达到预期效果的。鉴于此，弱爆破法的技术体系应包括目标、关键技术、技术支撑条件、过程评估和监理等内容。

3.1 弱爆破法的目标

从弱爆破的定义来看，弱爆破法的目标包括：低爆破危害效应，甚至无爆破危害效应，表现为无飞石、低振动、低冲击波；爆破环境要求低，在复杂的环境下可以实施，表现为实施过程中不需考虑周边环境的限制；结果是岩石产生裂隙，满足机械切割条件，表现为内部产生裂隙，符合机械施工要求。

3.2 弱爆破法的关键技术

铝土矿综掘机过硬岩区弱爆破法的实施，以爆破方案的定量化设计为核心、以施工过程的精细实施和爆破过程的精细管理为基础，共同围绕弱爆破的目的相互作用。

爆破方案的定量化设计，包括对爆破区域轮廓面的孔网参数和装药量计算、炸药类型的准确选取、装药结构的合理设计、起爆系统和起爆网路的准确设计，同时对给定硬岩条件下所选取爆破方案产生的效果准确预测，对爆破产生的危害效应准确预测。

施工过程的精细实施，包括测量放样的精确、钻孔定位的精确、爆破对象条件变化的及时反馈、爆破参数的及时优化，以及爆破施工中的炸药装填、炮孔堵塞、网路连接和起爆作业的高质量。

爆破过程的精细管理，包括科学评估爆破的难度，根据爆破对象的岩性、规模、重要程度、影响因素等确定爆破作业级别；通过爆破方案的评估确保爆破效果；通过严格的监理确保爆破方案的落实；通过严格的人员培训确保爆破施工的质量等。

3.3 弱爆破法的技术支撑条件

要确保弱爆破法的效果能够落实，必须依靠先进的理念、配套的技术、匹配的爆破器材和必须的设备。

先进的理念是指形成弱爆破法的理念更新，把弱爆破法提升到系统工程的角度，摆脱单纯的为爆破而爆破的认识，从综合效益的角度认清弱爆破法的地位和作用。

配套的技术是指要在爆破实施过程中，能根据爆破对象的差异，制定出科学合理的爆破方案和施工方法，并能够通过计算机模拟等技术对爆破效果进行预测。

匹配的爆破器材是指要从使用炸药的物理、化学、爆炸性能等方面考虑其适用性，从起爆器材的精度、安全性能、可靠性能上确保爆破效果的实现。

此外，还要有适应爆破设计的必备设备，如钻孔机具、定位设备，通过机械化、自动化实施高质量的辅助施工。

3.4 弱爆破法的过程评估

对爆破过程进行评估，既是履行国家和行业规定的具体内容，也是确保弱爆破法效果的重要内容。根据弱爆破法的特点，其过程评估应包含6个方面的内容。

过程评估的基础：包括爆破设计和爆破施工单位的资质是否符合要求；从事爆破作业的工程技术人员、爆破员、安全员和保管员等爆破作业人员的资质、数量是否满足要求；爆破设计依据的资料是否充分、完整、可靠。

爆破设计的评估：是否依据准确的施爆客观条件；爆破方案优化程度；爆破能量的控制设计；爆破效果的模拟结果。

爆破施工的评估：设计人员参与施工程度；施工质量的检查、验收的规范性；有无必备的防护措施；施工机械的先进程度。

爆破过程管理的评估：作业人员是否持证上岗；爆破器材的安全管理；爆破作业的质量管理；爆破作业的职能、职责管理；应急管理，等等。

经济效益评估：炸药的匹配性；炸药的数量；单耗的控制；起爆器材的品种、数量；爆破成本的估算；附带成本的估算。

爆破危害效应的评估：爆破飞石的预测、预防；爆破振动预测、预防；爆破冲击波的预测、预防；爆破毒害气体的预测、预防；对作业环境危害的预测、预防，等等。

4 综掘机过硬岩区弱爆破法的注意事项

实施弱爆破时，主要目的是为综掘机掘进创造条件。因此，在进行爆破作业时，要根据综掘机的性能特点，使爆破后，硬岩区域能够形成可机械切割条件，又不会产生过度破碎，形成薄弱层。

炸药爆炸能量的释放是影响爆破效果的关键。在实施弱爆破作业时，要根据硬岩岩性的特点，选择装药的品种，同时围绕爆炸能量的小量、多次、间隔释放，确保硬岩的裂隙形成。同时，还要通过炮孔的堵塞、孔网参数的调整和施工质量，控制爆炸能量释放。

在爆破危害的控制中，爆破飞石的控制是关键，必须抓好爆破设计、施工质量和过程管理等环节，确保能够实现基本无飞石的效果，而且要对综掘机进行预先防护。

5 结 论

铝土矿综掘机过硬岩区弱爆破法依托现有技术、设备、器材，从理论上是可行的，能够为综掘机使用效能的提高创造条件。然而，实际实施过程中，爆破客观条件对爆破的影响是复杂的，也是不可精确预测的。铝土矿综掘机过硬岩区弱爆破法还需要通过大量的实践，在实践中不断总结、提高，以便形成更加科学完善的理论支撑体系。

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