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摘要：凿岩爆破工作是采矿工程中的一项重要内容，爆破技术的改进有利于提高矿石和岩石的开采效率。文章对等离子爆破技术、低引燃性矿用炸药、定向爆破炸药、激光和光纤起爆系统、凿岩劈裂技术以及电子雷管分别作了概括性介绍。这些爆破技术在我国的黄金矿山有一定的推广应用价值。
关键词：采矿工程；爆破技术；起爆系统；黄金矿山；等离子爆破技术；低引燃性矿用炸药；电子雷管
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）32-0065-03
我国的矿山无论在其生产规模和开采技术等方面，都与世界上采矿较为先进的国家相比，存在着一定的差距。为了缩小这些差距，我们应及时地了解采矿工程中不断发展的新技术，并尽快地做好引进、消化和推广的工作。这对发展我国的采矿工程有着积极的促进作用，采矿工程中包括了很多工序，凿岩爆破就是其中的一项主要内容。爆破技术的改进，不仅有助于安全生产，而且也能提高开采效率。因此，研制和引进新型爆破器材和爆破技术，对矿业的发展具有实际意义。
目前，世界许多国家都对爆破技术开展了深入的研究，其中有些研究项目已取得了突破性的进展。根据我国矿山的特点，本文介绍几种便于在薄矿脉开采中推广应用的新的爆破技术和爆破器材。
1 等离子爆破技术
加拿大在采矿新技术的应用方面，近年来取得了一些技术成果，等离子爆破技术就是其成果之一。诺兰达公司的研究人员正在从事一个新的研究项目，采用电能代替化学能对硬岩进行爆破作业。该项技术是将大量的电能储存在高效的蓄能电容器组内，通过起爆的遥控起动器控制触发电路，完成大电流开关装置的开启与闭合，再由同轴电缆与设置在岩石孔上可承受巨大作用力的同轴爆破电极相联接。起爆时，储存在电容器组里的大量电能，可在几微秒的短时间内，向封闭在孔底300～500mm处的电解质释放电能，如此大量的电能使得电解质转换成高温、高压的电离气体和等离子体，其间的压力高达200MPa，这些电离气体或等离子体急剧膨胀，最终造成岩石破碎。
此种爆破技术在起爆瞬间所形成的高温、高压的离子气体迅速膨胀形成强大的冲击波，从而在岩体内产生应力场，导致类似于化学炸药产生的爆破效果，但没有生成有害气体，因而对采矿作业环境的改善起到了积极的作用。在完成了实验室的实验之后，在东魁北克的Gaspe矿成功地进行了现场试验，在巨砾和岩石工作面的爆破中，都证明了此种爆破技术的可行性。根据现场试验的测定，能量的消耗大约为0.19～0.48kW·h/m3，每次爆破的用电量仅相当于家用熨斗使用5min的用电量。
目前，等离子爆破技术尚处于研究阶段。研究者们正在积极研制一种可重复使用的电极，这种电极不仅能承受较大的爆破作用力，而且可重复使用400次，这对降低爆破成本、提高爆破作用效率都起到了重要的作用。长远的目标是研制一种连续的挖掘机械，它可在井下硬岩的矿山进行钻孔、爆破和装运作业。若我国能研制或引进此项技术，便可在石英脉型的黄金矿山推广应用，它不仅可使开采成本降低，而且，由于爆破对围岩损坏较少，就提高了围岩的稳固程度，还能节省大量的支护费用。
2 低引燃性矿用炸药
我国的矿山广泛地应用钱油炸药进行矿床开采的爆破作业，因为钱油炸药是一种价格低廉、性能良好的爆炸剂。但是钱油炸药爆炸时对矿尘有较高的引燃性，特别是对一些高硫矿床的开采，其引燃性更大。美国矿山局一直在研究适用于矿尘爆燃多发性矿区的炸药和安全爆破方法。研究的焦点是乳化炸药和水胶炸药。他们对包括水胶炸药和乳化炸药在内的各种炸药进行了Lake Lynn平峒臼炮（LLCG）试验，以评价这些炸药对矿尘的相对引燃性，比较的对象为钱油炸药和其他炸药。再将LLCG测得的、对矿尘引燃性低的炸药产品进行现场评价。该项试验表明，乳化炸药和水胶炸药对硫化矿山的矿尘引燃性较低。在矿尘爆燃多发性的高硫矿山使用乳化炸药和水胶炸药，有效地降低了硫化矿尘的引燃性，成功地预防了爆破诱发的硫尘二次爆燃事故。该试验还表明，对高硫矿山应选用爆炸温度低、爆炸后产生的炽热微粒量少的炸药较为适宜。因此，在炸药的配方中应尽量减少铅粉的用量。炸药爆炸后铝粉不但能产生炽热微粒，而且还能产生氢气，氢气与空气能形成爆炸性混合物。该混合物爆燃后亦可引燃预分散在空气中的矿尘。
因此，在我国的高硫化的黄金矿山中，可以借鉴上述经验，选用乳化炸药或水胶炸药代替钱油炸药，可以有效地预防因炸药爆炸而引燃矿尘的事故发生。
3 定向爆破炸药
通常来说，我们在使用炸药时基本上都是不定向的，也就是说炸药爆炸后产生的能量可以向多个方向传递。但是最近几年，随着定向爆破技术的提升，定向爆破技术已经取得一定程度的进展。比较典型的例子是芬兰谢卡公司所研制出来的能锥，非但可以对矿石溜井中的悬挂块引发金属弹，还能够准确地对悬挂矿石实施爆破破碎，而且操作比较安全。该能锥一般有三种重量规格，分别是3.2kg、6.9kg和21.5kg，最大发射距离有200米之远。20世纪80年代，非洲南部的很多金矿都是采取弹道圆盘处理矿石溜井的堵塞问题，并且适当地通过烈性炸药制作而成的7公斤主药包把2公斤重的铜圆盘发射出去，经过几次翻转之后，铜圆盘变成一个空气动力金属弹，并以最高2km/s的速度飞行，由于冲击速度高，所以可以对目标造成厚达1m的石英岩穿透效果。如今，在处理矿石溜井堵塞问题上，该装置已经在南非取得广泛的使用。此外，定向爆破技术还可以加强药包的爆破效果，从而使得炸药能量作用到爆破工作最关键的部位，充分加大了炮孔的进尺，并且还能在巷道掘进孔网边眼内进行定向爆破，这样可以最大程度减少掘进施工的超欠挖量。
4 激光和光纤起爆系统
我们知道，这种起爆系统虽然由激光和光纤两部分构成，但它们都是受到同一台激光装置控制，并通过光纤母线和光纤脚线对激光雷管装置进行照射，从而使它起爆。作为一种新型起爆系统，激光与光纤起爆系统、电起爆系统最大的不同在于，它引用了激光来做雷管起爆的能量，这样就减少了很多杂散的电流对起爆系统构成的不良影响，从而避免了很多因为电而造成的误爆事故。因为激光是采取光纤传送方式，所以周围人群不容易遭到激光照射的不良影响，而且还可以根据这种激光装置，满足远距离起爆等要求，可见这种起爆方法是非常安全的。一般而言，这种激光装置主要是由精度较高而且体积较小的脉冲激光装置构成。它的结构特点具体表现为激光点火、续燃功能和延时功能良好，因此该方式完全且不必使用较敏感的起爆药，其安全性能极高。根据大量的试验知道，在启用激光和光纤起爆系统进行爆破之后，现场不会产生拒爆或火药残留的不良现象，而且该方式起爆效果跟传统的电雷管起爆效果基本一致，并且安全性、可靠性较之更高。
关键词：采矿工程；爆破技术；起爆系统；黄金矿山；等离子爆破技术；低引燃性矿用炸药；电子雷管
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）32-0065-03
我国的矿山无论在其生产规模和开采技术等方面，都与世界上采矿较为先进的国家相比，存在着一定的差距。为了缩小这些差距，我们应及时地了解采矿工程中不断发展的新技术，并尽快地做好引进、消化和推广的工作。这对发展我国的采矿工程有着积极的促进作用，采矿工程中包括了很多工序，凿岩爆破就是其中的一项主要内容。爆破技术的改进，不仅有助于安全生产，而且也能提高开采效率。因此，研制和引进新型爆破器材和爆破技术，对矿业的发展具有实际意义。
目前，世界许多国家都对爆破技术开展了深入的研究，其中有些研究项目已取得了突破性的进展。根据我国矿山的特点，本文介绍几种便于在薄矿脉开采中推广应用的新的爆破技术和爆破器材。
1 等离子爆破技术
加拿大在采矿新技术的应用方面，近年来取得了一些技术成果，等离子爆破技术就是其成果之一。诺兰达公司的研究人员正在从事一个新的研究项目，采用电能代替化学能对硬岩进行爆破作业。该项技术是将大量的电能储存在高效的蓄能电容器组内，通过起爆的遥控起动器控制触发电路，完成大电流开关装置的开启与闭合，再由同轴电缆与设置在岩石孔上可承受巨大作用力的同轴爆破电极相联接。起爆时，储存在电容器组里的大量电能，可在几微秒的短时间内，向封闭在孔底300～500mm处的电解质释放电能，如此大量的电能使得电解质转换成高温、高压的电离气体和等离子体，其间的压力高达200MPa，这些电离气体或等离子体急剧膨胀，最终造成岩石破碎。
此种爆破技术在起爆瞬间所形成的高温、高压的离子气体迅速膨胀形成强大的冲击波，从而在岩体内产生应力场，导致类似于化学炸药产生的爆破效果，但没有生成有害气体，因而对采矿作业环境的改善起到了积极的作用。在完成了实验室的实验之后，在东魁北克的Gaspe矿成功地进行了现场试验，在巨砾和岩石工作面的爆破中，都证明了此种爆破技术的可行性。根据现场试验的测定，能量的消耗大约为0.19～0.48kW·h/m3，每次爆破的用电量仅相当于家用熨斗使用5min的用电量。
目前，等离子爆破技术尚处于研究阶段。研究者们正在积极研制一种可重复使用的电极，这种电极不仅能承受较大的爆破作用力，而且可重复使用400次，这对降低爆破成本、提高爆破作用效率都起到了重要的作用。长远的目标是研制一种连续的挖掘机械，它可在井下硬岩的矿山进行钻孔、爆破和装运作业。若我国能研制或引进此项技术，便可在石英脉型的黄金矿山推广应用，它不仅可使开采成本降低，而且，由于爆破对围岩损坏较少，就提高了围岩的稳固程度，还能节省大量的支护费用。
2 低引燃性矿用炸药
我国的矿山广泛地应用钱油炸药进行矿床开采的爆破作业，因为钱油炸药是一种价格低廉、性能良好的爆炸剂。但是钱油炸药爆炸时对矿尘有较高的引燃性，特别是对一些高硫矿床的开采，其引燃性更大。美国矿山局一直在研究适用于矿尘爆燃多发性矿区的炸药和安全爆破方法。研究的焦点是乳化炸药和水胶炸药。他们对包括水胶炸药和乳化炸药在内的各种炸药进行了Lake Lynn平峒臼炮（LLCG）试验，以评价这些炸药对矿尘的相对引燃性，比较的对象为钱油炸药和其他炸药。再将LLCG测得的、对矿尘引燃性低的炸药产品进行现场评价。该项试验表明，乳化炸药和水胶炸药对硫化矿山的矿尘引燃性较低。在矿尘爆燃多发性的高硫矿山使用乳化炸药和水胶炸药，有效地降低了硫化矿尘的引燃性，成功地预防了爆破诱发的硫尘二次爆燃事故。该试验还表明，对高硫矿山应选用爆炸温度低、爆炸后产生的炽热微粒量少的炸药较为适宜。因此，在炸药的配方中应尽量减少铅粉的用量。炸药爆炸后铝粉不但能产生炽热微粒，而且还能产生氢气，氢气与空气能形成爆炸性混合物。该混合物爆燃后亦可引燃预分散在空气中的矿尘。
因此，在我国的高硫化的黄金矿山中，可以借鉴上述经验，选用乳化炸药或水胶炸药代替钱油炸药，可以有效地预防因炸药爆炸而引燃矿尘的事故发生。
3 定向爆破炸药
通常来说，我们在使用炸药时基本上都是不定向的，也就是说炸药爆炸后产生的能量可以向多个方向传递。但是最近几年，随着定向爆破技术的提升，定向爆破技术已经取得一定程度的进展。比较典型的例子是芬兰谢卡公司所研制出来的能锥，非但可以对矿石溜井中的悬挂块引发金属弹，还能够准确地对悬挂矿石实施爆破破碎，而且操作比较安全。该能锥一般有三种重量规格，分别是3.2kg、6.9kg和21.5kg，最大发射距离有200米之远。20世纪80年代，非洲南部的很多金矿都是采取弹道圆盘处理矿石溜井的堵塞问题，并且适当地通过烈性炸药制作而成的7公斤主药包把2公斤重的铜圆盘发射出去，经过几次翻转之后，铜圆盘变成一个空气动力金属弹，并以最高2km/s的速度飞行，由于冲击速度高，所以可以对目标造成厚达1m的石英岩穿透效果。如今，在处理矿石溜井堵塞问题上，该装置已经在南非取得广泛的使用。此外，定向爆破技术还可以加强药包的爆破效果，从而使得炸药能量作用到爆破工作最关键的部位，充分加大了炮孔的进尺，并且还能在巷道掘进孔网边眼内进行定向爆破，这样可以最大程度减少掘进施工的超欠挖量。
4 激光和光纤起爆系统
我们知道，这种起爆系统虽然由激光和光纤两部分构成，但它们都是受到同一台激光装置控制，并通过光纤母线和光纤脚线对激光雷管装置进行照射，从而使它起爆。作为一种新型起爆系统，激光与光纤起爆系统、电起爆系统最大的不同在于，它引用了激光来做雷管起爆的能量，这样就减少了很多杂散的电流对起爆系统构成的不良影响，从而避免了很多因为电而造成的误爆事故。因为激光是采取光纤传送方式，所以周围人群不容易遭到激光照射的不良影响，而且还可以根据这种激光装置，满足远距离起爆等要求，可见这种起爆方法是非常安全的。一般而言，这种激光装置主要是由精度较高而且体积较小的脉冲激光装置构成。它的结构特点具体表现为激光点火、续燃功能和延时功能良好，因此该方式完全且不必使用较敏感的起爆药，其安全性能极高。根据大量的试验知道，在启用激光和光纤起爆系统进行爆破之后，现场不会产生拒爆或火药残留的不良现象，而且该方式起爆效果跟传统的电雷管起爆效果基本一致，并且安全性、可靠性较之更高。