爆破采矿技术的发展及实际应用

张兰生，郝显福

（1.甘肃厂坝有色金属有限责任公司厂坝铅锌矿，甘肃 陇南 742500；2.西北矿冶研究院（甘肃省深井高效开采与灾变控制工程实验室），甘肃 白银 730900）

就采矿技术而言，也常常根据矿场的采矿环镜的不同而不同。一般来讲，全通常采矿的模式分通过回采矿房时所形成的采空区，然后利用矿柱和矿岩本身的强度进行维护空场采矿法、回采矿房时，随回采工作面的推进，逐步用充填料及支架充填采空区来防止围岩片落的填充采矿法和随回采工作面的推进，同时崩落围岩来填满采空区爆破采矿法三种主流方法。而第三种崩落采矿就需要爆破采矿的大量应用。

1 国内外爆破采矿技术的应用情况

（1）国外常见的采矿爆破方案及应用的技术。在世界各国的矿产开采行业当中，采用爆破手段时应用的炸药基本上都是铵梯炸药、水胶炸药、乳化炸药、被筒炸药等几种爆破物。众所周知，瑞典科学家诺贝尔于1867年5月，在历经重重困难阻碍，克服失去亲人的痛楚后，终于获得了英国的炸药专利，完成了真正意义上的可用的近代炸药硝化甘油。经过工程实践和后人不断的总结经验教训，通过将硅藻土作为稳定剂的硝化甘油进行脱氮处理，最终演化成了胶质硝化甘油，这种胶质硝化甘油在安全性和稳定性方面完全满足了工业生产的安全需求，成为新一代工业矿用炸药。另一方面，以硝酸铵为主要成分的各种硝基粉状炸药及相关合成和存储技术也渐渐成熟。随着时间推移到第三次工业革命，由电气自动化控制系统稳定合成工艺的铵油炸药和浆状炸药二十世纪五十年代先后问世，以硝铵为原料的液化铵油的稳定量大大降低了炸药合成难度；根据不同的应用场景，乳化油炸药甚至液氧也曾作为炸药在二十世纪七十年代被某些矿山所应用。根据矿产开采工业对于硝铵类炸药的广泛运用。西方国家根据使用条件分为普通矿用炸药和煤矿用安全炸药两类。普通矿用炸药适用于露天矿和铁铝矿、金铜矿等不存在瓦斯或煤尘爆炸危险的矿坑中。其中，硫化炸药等部分炸药品种只能用于露天矿。煤矿专用安全炸药由于主要应用于含有瓦斯或煤尘爆炸隐患的矿井，必须在炸药中掺杂一定比例的消焰剂来防止炸药产生的明火引爆煤尘或瓦斯。

（2）我国外爆破采矿技术的发展和现状。相较于外国在爆破采矿技术方面百花齐放的发展现状，我国在爆破采矿技术，特别是矿用炸药的存储技术和研发技术，不论从安全性还是有效性方面都与欧美等外国同专业的最高水平存在较大差距。由于改革开放市场化需要与国际标准对接，我国的爆破开采技术标准向西方国家的行业标准全面靠拢。包括炸药使用标准、各种地质矿坑矿洞的爆破孔钻孔深度和钻孔距离以及炸药存储标准和相关管理标准等，都逐渐放弃之前大规模使用的苏联式标准，转而采用国际主流标准。但是，相较于外国普遍采用的硝铵类炸药，我国更多采用铵梯炸药、铵油炸药、铵松蜡炸药、浆状炸药（水胶炸药）、乳化油炸药、硝化甘油炸药等[1]。在引爆方式上也以导爆索、导爆管及电雷管引爆为主。近些年来，随着我国在无线通信领域取得飞跃，无线通信系统提供的较大的通信带宽和较远的信号覆盖距离也让大范围内的遥控引爆成为可能。从而为爆破采矿作业带来更高的安全性。

2 爆破技术在采矿行业应用特点

（1）采矿技术的爆破原理。前面提到，根据矿场开采环境的不同，使用的爆破工具（炸药）的不同，而选择不同的受力结构进行爆破，所以选择的爆破技术也不尽相同。总体而言，都是通过引爆爆炸物产生剧烈爆炸从而产生巨大的动能，再通过事先研究选择好的传导媒介传导至矿体，使其产生剧烈震动，并破坏其受力结构而产生坍塌和粉碎，以此来达到获得矿体内部物质的目的。但是很多种类的矿产资源分布在岩石层，甚至地幔层以下，而且开采作业还会受到地形地貌、附近建筑物、当地的土质、地下水含量等不同因素影响。为了做到把爆破过程中产生的烟尘、噪声降低到最小程度，要做好以下三个方面的技术准备工作，第一方面，通常要对爆破现场进行踩点测绘和土壤、岩石标本采样，分析爆破目标整体的受力结构，确定其重心来为制定爆破方案提供依据。第二方面，根据现场测绘和采集得到的数据分析，选择合适的引爆点和爆炸物进行爆破。第三方面，在符合起爆位置产生的动能刚好可以粉碎结构支撑并且充分考虑爆炸物化学特性的前提下，选择合适的引爆方式来引爆爆炸物。

（2）爆破作业的安全性。鉴于爆破采矿作业使用爆炸物从事生产的特殊性，不论在过去还是当下，国内还是国外，都是典型的高风险作业，特别是煤矿等爆炸性、毒性、甚至放射性强的爆炸物运用的情况下。因此，各个国家的安全生产监督管理部门重点蹲点和检查的行业，针对矿业生产企业的规章制度和行为规范也远远多于其他生产企业和单位。在安全保障方面，爆破采矿技术在人身安全和次生自然灾害这两点上需要格外注意，首先，对于人为因素导致的安全隐患要做到坚决避免，起爆作业前，应做好充分的预想和预判，对可能存在的风险点要事先准备好应急方案；例如，在潮湿环境下爆破作业时，爆炸物或导爆引信可能受潮无法引爆，或者爆破产生的动能未达到预定目标。或者起爆点风向及风力突然改变导致起爆目标的受力结构发生改变等。在进行爆破作业时，必须严格按照相关安全管理规定，人员撤离至指定区域，引爆中线点周围的危险区域提前清场。对于煤矿矿井等特殊环境下，根据瓦斯涌出量等级和其他开采条件，选择指定的炸药品种进行爆破作业。在爆破作业完成之后，相关人员也不应立即进入爆炸区域，防止受力结构不均衡不稳定，从而产生二次坍塌。

3 爆破采矿技术的实际应用

（1）深孔、浅孔爆破法。深孔、浅孔爆破法是我国在对铝铁矿、金铜矿等金属矿物的开采时采用的传统爆破方法。浅孔爆破通常指爆破孔直径较小的爆破作业技术，其爆破孔一般在30mm～75mm上下，爆破的孔深度一般也在5m以下，特殊情况下可达8m左右，如用凿岩台车钻孔，孔深还可适当增加。由于浅孔爆破技术具有机动性好，使用灵活、准备工作相对来讲比较简单、且技术相对简单易于把握和掌控等特点，在埋藏条件复杂，采下矿石品味要求较高、降低贫化率的需求较大的矿床广泛使用。主要应用在生产规模不大的露天矿或采石场、硐石、隧道掘凿、二次爆碎、新建露天矿山包处理、山坡露天单壁沟运输通路的形成及其它一些特殊爆破环境。但由于在爆炸物装填、连接引线、起爆等几个重要环节中容易出现漏洞，存在较大安全隐患，容易造成爆炸事故等原因。注定浅孔爆破技术无法适应大规模生产的需求。与浅孔爆破技术相对应，深孔爆破就是用钻孔设备钻凿较深的钻孔，作为矿用炸药的装药空间的爆破方法。露天矿的深孔爆破主要以台阶的生产爆破为主。深孔爆破，是露天矿应用广泛的一种爆破方法。爆破孔的深度一般为15m～20m。其爆破孔径通常在75mm～310mm之间，常用的孔径为200mm～250mm。深孔爆破具有一次爆破的岩矿数量大、可以灵活的同其他爆破技术手段相结合的特点。深孔爆破根据爆破现场的需要，可以分为深孔有垂直深孔和倾斜深孔两种，其中，垂直深孔多为冲击式穿孔机所穿凿，倾斜深孔多为牙轮钻机或潜孔钻机所穿凿，其倾斜度一般为了75°至80°。由于和潜孔爆破相比，深孔爆破一次性爆破当量在80吨～100吨左右，同时具有较高的安全性，因此，深孔爆破技术被广泛用于大型矿山的开沟、剥离、采矿等生产环节。其爆破量约占大型矿山总爆破量的九成以上。

（2）多排孔微差挤压爆破法。近年来，由于各类矿产需求的逐步增加，挖掘机斗容量和露天矿生产能力也急剧增加，要求露天矿的正常采掘爆破每次的爆破量也越来越多。因此，必须采用一次爆破量较大的爆破方法，才能适应新型挖掘机械的需要。目前我国一次爆破量较大的爆破方法是采用多排孔微差爆破和多排孔微差挤压爆破方法，这两种方法能一次爆破5～10排炮孔，爆破矿岩量可达30万～50万吨。采用极短时间内按照预先设定的爆破次序，依次引爆各个爆破孔内的炸药来完成爆破作业。因此，多排孔微差挤压爆破法具有爆破量巨大，爆破作业时间较短，效率较高、碎岩块体积小等特点，广泛应用与露天石矿的开采。

（3）等离子采矿技术。等离子采矿技术又称等离子破岩掘进采矿技术，属于近年来随着等离子技术逐渐成熟并应用到矿产开采行业的新兴爆破技术，此项技术主要通过电能的作用，将爆破孔内的电解液转变成高压、高温等离子气体，然后等离子气体会快速膨胀从而形成冲击波，产生类似于炸药的爆破效果。通过等离子气体爆破可以产生的压力可超过2GPa，这样高的压力完全可以使花岗岩、玄武岩地质结构的矿坑破碎。由于该项技术不需要使用有毒且不稳定的硫化物及硝基炸药，所以通过等离子技术体实施爆破作业可以极大的改善作业环境，减少传统爆破对围岩和环境的冲击和破坏。更由于其具有使用相对安全和操作快捷便利等特点，而受到广大矿产开采从业者的欢迎。其具体操作流程和传统炸药操作基本类似，首先通过勘探和测绘确定爆破孔位置及爆破孔的深度，并通过钻孔设备进行钻孔作业。接下来将电解液代替传统炸药逐步注入到爆破孔内，并在保障其利用具有重复性的前提下插入电极。最后，接通电源，在电流作用下，注入爆破孔内的电解液逐渐转化为等离子气体，并具有高温高压的特点，当产生的等离子其他温度和压强超过矿体所能承受的极限，爆破工作随即完成。

4 结语

爆破技术作为采矿工程的一项重要手段，其发展也直接关系到采矿的效率，如果在采矿工程中对爆破技术没有加以高度重视，极有可能带来严重的安全隐患，从而给矿工们的生命财产安全带来威胁，同时也会给社会造成不利的影响。因此，积极的改进采矿工程中的爆破技术是至关重要的。本文针对在采矿工程中几项重要的爆破技术进行介绍并展开分析。希望可以为相关从业者带来帮助。