第02-03讲矿岩松碎工作

PAGEPAGE25开场白我们知道，露天矿包括矿岩松碎、采装、运输和排卸四大主要生产工艺环节。这节课我们来介绍矿床露天开采的第一个主要生产工艺环节，也就是我们教材第二章的内容，——矿岩松碎工作。本章提要矿岩松碎工作，又称为穿爆工作，顾名思义，包括穿孔与爆破两项工作。在穿孔工作部分，我们将了解一下常用的穿孔方法和穿孔设备。在爆破工作部分，我们首先补充一下爆破的预备知识，这包括炸药分类与起爆方法，岩石爆破作用机理等内容。由于是补充内容，希望大家作好笔记。然后，我们将介绍一下露天爆破的分类，重点讲授露天深孔爆破方式及其参数计算方法，以及采矿对爆破工作质量的基本要求。矿岩松碎工作矿岩松碎工作是矿床露天开采的第一个主要生产工艺环节，其目的是为随后的采装工作提供适宜块度的矿岩量，简单地说，就是为采装工作准备矿岩量。目前露天矿常用的矿岩松碎的方法主要有机械松碎法、水力松碎法和爆破松碎法。机械松碎法机械松碎法就是用一定的机械设备，直接松碎矿岩。特点是设备与工艺过程简单，易于管理，但一次松碎的矿岩量少，不适合中硬以上矿岩。常用的机械设备是松土犁。水力松碎法水力松碎法是靠注入钻孔中的高压水使土岩胀裂而降低坚固性，以利于冲采。爆破松碎法本章我们只介绍爆破松碎法，它主要包括穿孔、爆破两项工作。爆破松碎法是应用最为广泛的方法。这种松碎方法，一次爆破量大，能破碎十分坚硬的矿岩，但需要穿凿大量炮孔和消耗大量爆破器材，工艺复杂，技术和管理组织要求较高。穿孔工作露天矿岩松碎工作，又称穿爆工作，包括穿孔和爆破两项工作，而穿孔工作是爆破工作的准备。什么是穿孔工作呢？穿孔工作就是在开采和剥离台阶上，按一定的设计参数，采用穿孔设备钻凿一些垂直或倾斜的炮孔，以便装入炸药进行爆破。露天矿山穿孔方法可分为机械穿孔、热力穿孔、化学穿孔和声波穿孔，其中机械穿孔是最常用的方法。机械穿孔方法又可分为滚压破碎方法，常用设备有牙轮钻机；冲击破碎方法，常用设备有手持凿岩机、凿岩台车、吊绳冲击式钻机、潜孔钻机等；以及切削破碎方法，常用的设备是旋转式钻机。本节我们将重点讲授露天矿山常用的穿孔设备：牙轮钻机和潜孔钻机。牙轮钻机牙轮钻机于20世纪50年代开始在美国露天矿山使用，自20世纪70年代起，我国开始引进和研制。牙轮钻机具有穿孔作业率高、作业成本低，机械化程度高、适用于在各种硬度的矿岩中穿孔的优点，已成为当今世界各国露天矿最先进的穿孔设备。目前，美国、加拿大和俄罗斯等国的金属露天矿山中牙轮钻机的比重已占80％以上，我国大型露天矿山都已大量使用牙轮钻机。牙轮钻机的钻孔直径一般为250～510mm，孔深可达50m，常用的是14～22m，倾角60°～90°，以90°为主。美国是生产牙轮钻机最多的国家，主要型号45-R、47-R、60-R以及CD-130和M-4型等。国内生产的牙轮钻机主要有HYZ-250、KY-250、KY-310、YZ-55和YZ-35等型号。⑴牙轮钻机的工作原理牙轮钻机穿孔原理主要是通过钻机的回转和推压机构使钻杆带动钻头连续转动，同时对钻头施加轴向压力，以回转动压和强大的静压形式使与钻头接触的岩石粉碎破坏。在钻进的同时，通过钻杆与钻头中的风孔向孔底注入压缩空气，利用压缩空气将孔底的粉碎岩渣吹出孔外，从而形成炮孔。⑵牙轮钻机的钻具牙轮钻机的钻具包括钻杆、稳杆器、减震器和牙轮钻头四部分，如图所示。这是典型的牙轮钻头的外形及其结构。钻杆的作用是把钻压和扭矩传递给钻头。钻杆的长度有不同的规格。采用普通钻架时，每根钻杆的长度为9.2、9.9m。采用高顶钻架时，考虑到底部磨损较快，仍用短钻杆，钻孔过程中上下两钻杆交替与钻头连接，以达到两根钻杆均匀磨损。稳杆器的作用是减轻钻杆和钻头在钻进时的摆动，防止炮孔偏斜，延长钻头的使用寿命。钻头是破碎岩石的主要工作部件，其作用：在推进和回转机构的作用下，以压碎及部分削剪方式破碎岩石。牙轮钻头由牙爪、牙轮、轴承等部件组成。⑶发展趋势近十年来，牙轮钻机得到迅速发展，它不仅在各国矿山逐步推广使用，而且技术水平也显著提高。当前，国内、外牙轮钻机的发展趋势是：加大钻孔直径，孔径由目前常用的250～310mm发展到380mm、450mm、510mm加大轴压力、回转功率和钻机重量，实行强化钻进采用高钻架长钻杆，减少钻机的辅助作业时间采取措施，提高牙轮钻头的使用寿命潜孔钻机潜孔钻机是我国目前中小型露天矿山广泛使用的穿孔设备。钻孔直径一般为100～250mm，孔深30m以内，有特殊要求时，最小孔径可达70mm。与牙轮钻机相比，潜孔钻机具有以下特点：价格便宜，工作噪音小，钻孔速度较快；由于钻进时轴压小，钻杆不易弯曲，穿孔方位的精度较高。当孔径大于200mm时，与牙轮钻机相比，穿孔速度慢，动力消耗多30～40%，作业成本高。潜孔钻机的工作方式属于风动冲击-回旋式凿岩。在穿孔过程中，风动冲击器跟随钻头一起潜入孔内，由活塞运动所产生的冲击功直接传至钻头破碎岩石，并借助钻杆上部的回转机构，风动冲击-回旋式凿岩。由于冲击器和钻头随钻孔延深而潜入孔底，故能充分利用冲击功，提高穿孔效率。穿孔设备的选择国内外矿山穿孔的主体设备是牙轮钻机，钻孔直径向着大孔径方向发展（250～310mm→380mm、450mm、510mm）。通常按露天矿的规模大小选择适宜的穿孔设备。一般认为，特大型、大型露天矿，宜采用钻孔直径≥310mm的牙轮钻机；中型露天矿，可采用钻机直径150～250mm的牙轮钻机或潜孔钻机；小型露天矿，则应采用钻孔直径≤150mm的潜孔钻机或牙轮钻机。爆破工作我们知道，目前岩石爆破技术在土木工程（如，道路路堑和边坡的修筑，建构筑物的拆除，等等）、采矿工程（如，井巷掘进，矿岩的松碎，等等）、水利水电（如，水下炸礁，疏通河道，等等）、国防军事等众多领域中广泛应用。我国每年大约有9亿吨以上的矿石产量、平均13亿吨的煤炭产量都是采用爆破作为岩石开挖的手段而获得的。因此，有专家预计，在未来一定时期内，爆破技术仍将是岩石开挖的主要手段。由于我们没有系统学习有关爆破工程的知识，因此，在讲授露天矿山爆破工作之前，我们需要补充一下相关的内容。这部分内容包括：炸药及其爆炸的基本知识炸药分类与起爆方法岩石爆破作用原理炸药及其爆炸的基本知识首先来介绍一下“炸药及其爆炸的基本知识”。爆炸是人们日常生活中经常见到的现象。例如自行车爆胎、锅炉胀裂、燃放鞭炮、矿井瓦斯爆炸、原子弹爆炸等都属于爆炸现象。那么，什么是爆炸呢？一般认为，物质发生急剧的物理或化学变化，放出大量的能量，并对周围介质做机械功（亦即，炸药的内能转化为机械压缩能，使原来的物质或其变化产物以及周围介质产生运动），同时可能伴随有声、光、热效应的现象，称为爆炸。爆炸现象具有以下三个特征：能量转化高速进行——炸药的内能转化为机械压缩能的时间不足1ms爆炸物周围的介质受到瞬间形成的强大压力的作用周围介质产生强烈压缩、变形以至破坏。爆破现象按照爆炸发生的原因不同，自然界各种爆炸现象可归纳以下三大类。 ⑴物理爆炸简单地说，物理爆炸是由物理原因造成的，即爆炸前后物质的化学成份没有发生改变，只是物态发生了变化。例如，当蒸汽锅炉内压力过大，超过了锅炉所能承受的抗压强度，使锅炉突然破裂，并发出巨大的声响，就是典型的物理爆炸。 ⑵核爆炸是由于某些物质的原子发生核裂变（U235的裂变）或核聚变（氘、氚、锂的聚变）而引起的爆炸。核爆炸所释放的能量，可以达到普通炸药爆炸能量的几百万倍，具有强烈的爆破作用。目前，在岩土工程中，核爆炸的应用范围和条件仍十分有限，基本未得到有效的应用。⑶化学爆炸化学爆炸是由于化学变化造成的爆炸。炸药爆炸、井下瓦斯或煤尘与空气混合物的爆炸，等等，都属于化学爆炸。与物理爆炸不同，化学爆炸后有新的物质生成。例如，硝酸铵炸药爆炸后生成水蒸汽、氧气和氮气，并放出大量的热量。炸药爆炸应具备的条件炸药主要是由碳（C）、氢（H）、氮（N）、氧（O）四种元素组成的化合物或混合物。在平常条件下，炸药是一种比较安定的物质，并不像有些人认为的那么可怕，除起爆药外，炸药的活化能值是相当大的，也就是说，要想让炸药发生爆炸，需要施加较大的外部能量。但是，当局部炸药分子被活化达到足够数目时，就化失去稳定性，引起炸药爆炸。也就是说，炸药爆炸是一个化学反应过程，但炸药的化学反应并不都是爆炸，必须具备一定条件的化学反应才是爆炸。炸药爆炸必须具备三个条件：放热反应、生成大量气体和高速反应。这三者缺一不可，反过来，也只有具有这三个反应条件的物质才能称为炸药。炸药爆炸应具备的条件——放热反应首先了解一下炸药爆炸应具备的第一个条件：炸药的化学反应必须是放热反应。炸药爆炸的实质，就是炸药中的化学能在瞬间转化为对外界做功的过程。放热是炸药爆炸的能源，爆炸反应只有在炸药自身提供能量的条件下才能自动进行。也就是说，化学反应释放出的热既是对外做功的能源，又是化学反应进一步加速进行的必要条件。没有这个条件，爆炸过程就根本不能发生；没有这个条件，反应也就不能自行延续，因而也不可能出现爆炸过程的反应传播。所以说，化学反应过程是否释放能量，决定了炸药能否产生爆炸；而释放热量的多少又是爆炸作用大小的决定因素之一。例如，硝酸铵在不同条件下发生如下的反应①在较低温度时（低于150℃），产生分解反应，吸热，不爆炸（硝酸和铵气）②在加热到200℃左右时，发生热分解反应，放出热量（氮气、水蒸汽和一氧化氮）③在强烈冲能（如炸药爆炸产生的冲能）作用时，放热反应，可以形成爆炸炸药爆炸应具备的条件——生成大量气体反应过程中有大量气体产物生成，是炸药爆炸反应应具备的另一个条件。炸药在爆炸瞬间（十至几十微秒时间内）就生成大量的气体，这些气体体积约为原炸药所占体积的几百倍到几千倍，而气体又具有良好的压缩性和很大的膨胀系数。在正常情况下，如此大体积的气体被强烈压缩在炸药爆炸前所占据的体积内，从而造成109～1010Pa以上的高压。同时，由于反应的放热性，这样处于高温、高压下的气体产物必然急剧膨胀，将炸药的位能转化为气体运动的动能，对周围介质做功。因此，可以这样理解，产生气体的多少和释放的热量多少决定了炸药爆炸对外做功大小。通常采用比容来衡量炸药爆炸时产生气体量的多少。比容是指单位质量炸药爆炸后生成的气体在标准状态下所占的容积。表×列出了某些炸药的比容。通过这个表，我们可以看出，炸药爆炸前后体积发生了相当大的变化。比容越大，表明炸药爆炸时对外做功的能力越大。表×炸药的比容炸药名称比容(L/Kg)炸药名称比容(L/Kg)黑火药280泰安780梯恩梯695硝化甘油715特屈儿710雷汞300黑索金890硝酸铵980炸药爆炸应具备的条件——高速度反应炸药爆炸应具备的第三个条件是化学反应的高速度。反应过程的高速度是爆炸反应与一般化学反应的重要区别。只有迅速的化学反应，才能使炸药在瞬间释放出大量能量，达到很高的能量密度。石油、煤和几种炸药的放热量和能量密度物质名称单位质量物质的放热量/（103kJ/kg）单位体积炸药或燃料空气混合物的能量密度/（kJ/L）煤32.663.60石油41.873.68黑火药2.932805梯思梯4.196700黑索金5.8610467由表可以看出，虽然炸药的能量储藏量（单位质量物质的放热量）并不比一般燃料大，但由于反应的高速度（炸药爆炸反应时间大约是10-6或10-7量级），使炸药爆炸时能够达到一般化学反应所无法比拟的高能量密度。例如，1kg煤块燃烧可以放出32.66×103kJ的热量，这个热量比1kgTNT炸药爆炸所放出的热量要多几倍，可是煤块的燃烧时间大约需要几分钟到几十分钟才能完成，在这段时间内放出的热量不断以热传导和辐射的形式传送出去，因而，虽然煤的放热量很多，但是单位时间的放热量并不多。同时，还要注意到煤的燃烧是与空气中的氧进行化学反应而完成的，1kg煤的完全反应需要2.67kg的氧，这样多的氧必须由9m3的空气才能提供，因而作为燃料的煤与空气的混合物，单位体积所放出的热量也只有3.60kJ/L，能量密度很低。炸药的爆炸反应则完全相反。炸药的爆炸反应一般都是以（5～8）×103m/s的速度进行（说明，爆炸反应的速度通常用爆速来衡量，爆速是指爆炸过程在炸药中传播的最大的稳定的速度。可以认为在同等条件下，爆速高的炸药，爆炸反应速度高，爆炸的威力也高）。一块10cm见方的炸药爆炸反应完毕也仅需要10μs的时间。由于反应速度极快，虽然总放热量不是太大，但在单位时间的放热量却比一般燃料燃烧时的放热量高出上千万倍。此此同时，由于爆炸反应无需空气中的氧参与，在反应所进行的短暂时间内放出的热量来不及散放出，以致可以认为全部热量都聚集在炸药爆炸前所占据的体积内，这样，单位体积所具有的热量就达到103kJ/L以上，比一般燃料燃烧要高出数千倍。由于化学反应过程的高速度，使炸药内所具有的能量在极短时间内放出，达到极高能量密度，所以炸药爆炸具有巨大的做功功率和强烈的破坏作用。炸药化学反应的基本形式爆炸并不是炸药唯一的化学反应形式。在特定的反应条件下，同种炸药可能有三种不同形式的化学反应：热分解、燃烧、爆炸。这三种反应形式进行的速度不同，产物和热效应不同。⑴热分解热分解是炸药化学反应的最低形式，表现为炸药在常温下缓慢的化学变化，使原物质发生本质的变化。炸药的热分解过程没有明显的声、光效应，通常不易觉察。热分解反应，既可以吸收热量，亦可以放出热量，这取决于炸药的类型和环境温度。通常，炸药热分解一般会带来不良后果。但是，当温度较高时，所有炸药的分解反应都伴随有热量放出。分解反应为放热反应时，如果放出热量不能及时散失，炸药温度就会不断升高，促使反应速度不断加快和放出更多的热量，最终导致炸药的燃烧和爆炸。因此，在炸药的制造、贮存、运输和使用过程中应采取通风等措施，防止由于炸药分解产生的热量积累而导致意外爆炸事故的发生。⑵燃烧燃烧是比热分解更高一级的化学反应形式，往往是由于炸药在热源（例如，受热或火焰）作用下引起的。与一般物质的燃烧不同（一般物质燃烧需要外界提供氧），由于炸药本身含有丰富的氧和燃料，其不需要外界的氧供给就可以燃烧，而且一旦炸药燃烧，靠隔绝空气的灭火方法不起作用，往往还会加速炸药的燃烧。炸药燃烧时对压力比较敏感，压力越大，燃速越高，甚至由燃烧转变为爆炸，所以在密闭条件下燃烧是很危险的。在炸药贮存时，要注意创造不利于燃烧的条件，如，改善通风条件。⑶爆炸爆炸是炸药的最高化学反应形式。与燃烧的区别在于：燃烧靠热传导来传递能量和激发化学反应，爆炸则是靠冲击波传递能量和激发反应区；燃烧受环境影响较大，爆炸则基本上不受环境影响，即炸药一旦爆炸，将自发进行而不受环境影响；爆炸的反应速度、温度和压力都比燃烧高得多。所以，爆炸表现出强烈的破坏作用。但是，爆炸过程中遇到不利因素也可能导致爆炸中断，使爆炸过程转变为燃烧或热分解。炸药化学反应的上述三种基本形式与各自的必要条件相对应，条件发生改变，反应形式也相应地改变，亦即三者之间可以相互转化。例如，在某些条件下，爆炸可以衰减为燃烧，某些工业炸药常常出现这样的转化；反之，缓慢分解也可能转化为燃烧，燃烧也可以转化为爆炸。这些转化的条件与环境、炸药的物理化学性质有关。三种化学反应变化形式之间的转化关系可表示如下：从安全和爆破工程方面考虑，都希望炸药按照预定的反应形式进行化学反应，即使反应形式发生转变，也应在可以控制的范围内，否则会引起预想不到的事故。炸药的起爆与感度炸药是具一定稳定性的物质，要使其发生爆炸，必须施以某种外界作用，供给足够能量。激发炸药爆炸的过程称为起爆，使炸药发生爆炸反应所需的活化能称为起爆能或初始冲能。炸药一旦爆炸，反应将自动高速进行，而且释放出的能量远超过起爆能。常见的起爆能形式有三类：机械能：如，冲击起爆、摩擦起爆，等；热能：例如，用导火索喷出的火花起爆雷管中的起爆药，利用火花起爆黑火药，炸药受到烘烤、加热或火花作用时，开始热分解，然后燃烧，最后转变为爆炸的过程都是热能作用的结果。爆炸能：炸药爆炸时形成的高温高压状态携带的巨大能量，能够引发附近炸药爆炸，如炸药内部局部爆炸转变为全部爆炸，起爆药引爆主炸药爆炸，雷管引爆炸药都属于爆炸能起爆。炸药在外界作用下，发生爆炸的难易程度称为炸药的敏感度，简称感度。炸药感度的高低是以激起炸药爆炸反应所需的起爆能大小来衡量，起爆所需的起爆能越大，炸药的感度越低。炸药的感度是衡量炸药安全性的最重要指标，感度越高的炸药，使用越不安全。炸药的感度具有以下特征：各种炸药起爆的难易程度相差很大。例如，碘化氮用羽毛微触动就会爆炸，而TNT在一定距离内即使使用枪弹射击也不会爆炸。炸药对不同形式的起爆能具有不同的感度。例如，TNT对机械作用的感度较低，但对电火花的感度则较高；特屈拉辛的机械感度比斯蒂芬酸的高，但火焰感度则相反，等等。炸药的感度高低对于炸药的加工制造、贮存运输及安全使用都十分重要。炸药的感度太高时，不能直接用于工程爆破，只能少量地用于特定的爆破器材（如雷管）中。例如，纯硝化甘油的感度太高，以致被宣布为不能使用的危险品，但当进行钝化处理（通常采用硅藻土、粘土、锯末等多孔物质吸收，以降低其敏感度）以后，才可以用于工程爆破。感度太低的炸药，需要很大的起爆能，增加了起爆的负担，也不适合于工程爆破。研究炸药的感度的目的在于掌握炸药在特定条件下爆炸的可能性，分析影响感度的诸因素，通过采用相应的措施，使炸药的感度满足生产、贮存、运输、使用和经济上的不同要求。为了研究不同形式起爆能起爆炸药的难易程度，将炸药感度区分为：热感度、火焰感度、电火花感度、冲击感度、摩擦感度、射击感度、冲击波感度、爆轰感度等。炸药分类由于炸药的组成、物理性质、化学性质、爆炸性能的不同，炸药的分类方法很多。目前，一般根据炸药的用途、组成和使用条件来分类。⑴按炸药用途分类起爆药：感度特高，外界的轻微作用（如机械作用、热作用等）都可能使其发生爆炸。主要用于制作起爆器材（如，火雷管、电雷管等），用来起爆其他猛炸药。猛炸药：感度较起爆药低，具有相当的稳定性，需要借助起爆药才能使其发生爆轰。由于猛炸药的爆炸做功能力大，破碎岩石和构筑物的能力强，所以是各类爆破工程中最基本的常用炸药类型。发射药：特点是对火焰的感度高，其反应形式为迅速燃烧。发射药能够在没有外界助燃剂参与的条件下进行有规律的燃烧，放出大量的热量和气体，对外界做抛射功。发射药在一定的条件下也可转化为爆燃以至于爆炸。此类炸药适用于军事上的枪炮或火箭推进剂。⑵按炸药组成分类单质炸药：具有单一化学成分，包括单质起爆药和单质猛炸药。单质起爆药常用的有雷汞、叠氮化铅和二硝基重氮酚（目前工业雷管的主要起爆药）等。单质猛炸药是具有强烈爆炸作用的化合物，工业上常用的单质猛炸药有梯恩梯（黄色晶体，军事上大量使用，常用作工业炸药的敏化剂，也可做雷管的加强药和起爆弹）、黑索金（常用作导爆索药芯和雷管的加强药，也用于起爆药包，军事上大量使用）、泰安（爆炸性能和黑索金相近，用途也基本相同）、硝化甘油（无色或微黄色油状液体，不溶于水，可用于水中爆破；机械感度和爆炸感度高，受撞击和震动易发生爆炸，不能单独使用，通常将其吸收在多孔物质(硅藻土、粘土、锯末等)中以降低其敏感度；硝化甘油有毒，应避免与皮肤直接接触）等。混合炸药混合炸药是工业上用量最大，应用范围最广的一种炸药。混合炸药是由两种或两种以上的炸药混合而成。针对各类不同爆破工程对炸药的爆炸性能、安全性能以及物理性能的要求，还可以添加某些改性物质以扩大其适用范围。例如，对煤矿用硝铵炸药，除要求其有毒气体生成量符合规定外，还必须保证其爆炸时不致引起瓦斯与煤尘爆炸，为此在炸药中需加入15～20%的食用盐作消焰剂，以降低炸药的爆温和爆压。混合炸药具有较强的爆炸威力，敏感度较低，有的可用雷管直接起爆，有的则需要更高的起爆能量才能激起爆炸。⑶按使用条件分类炸药按使用条件分为三类：第一类，准许在地下和露天爆破工程中使用的炸药，包括有沼气和矿尘爆炸危险的作业面。第二类，准许在地下和露天爆破工程中使用的炸药，但不包括有沼气和矿尘爆炸危险的作业面。第三类，只准许在露天爆破工程中使用的炸药。第一类属于安全炸药，又叫做煤矿许用炸药。第二类和第三类属于非安全炸药。第一类和第二类炸药每千克炸药爆炸时所产生的有毒气体有一定的要求，不能超过安全规程所允许的量。同时，第一类炸药爆炸时还必须保证不会引起瓦斯或矿尘爆炸。矿用硝铵炸药混合炸药根据不同的要求可以含有以下物质：氧化剂，为爆炸提供足够的氧，如，硝酸铵；敏化剂，提高炸药的感度和威力，如，TNT；可燃剂，提高炸药的爆热，进而增加炸药的威力，如，柴油；防潮剂，增强混合炸药的防水能力，以便用于潮湿有水的爆破环境，如石腊，松香、沥青；疏松剂，可以防止炸药结块，如，木粉。由于制造硝酸铵的原料丰富，所以，国内外都广泛地采用硝酸铵作为工业炸药（混合炸药）的主要原料。硝酸铵（氧化剂）在炸药的爆炸反应中提供氧元素。⑴铵梯类炸药铵梯炸药的主要成分是硝酸铵（80%以上）和TNT（3～20%左右），还有少量的木粉、石腊、沥青等。硝酸铵是氧化剂，同时也是主要的爆炸成分；TNT是还原剂，也是敏化剂；木粉是疏松剂，同时也是可燃剂。为了使混合炸药具有一定的抗水能力，必要时可加入少量石腊、松香、沥青或凡士林等成分，煤矿用铵梯炸药还需加入15～20%食盐作消焰剂，以防瓦斯、煤尘爆炸。铵梯炸药是目前我国应用范围广、用量较大的工业炸药。它具有较高的威力和感度，可以用8#工业雷管起爆，装药密度一般为0.85～1.10g/cm3。铵梯炸药具有原料来源广，加工工艺简单，成本低，安全性好等优点，在各类矿山和工程爆破中获得广泛的应用。主要缺点是吸湿性强，防水性差，吸湿后结块硬化，爆炸性能降低等。一般适用于中硬矿岩中无水工作面的爆破。⑵铵油炸药铵油炸药的主要成分是硝酸铵和柴油。为了防止结块，可以加入少量木粉作疏松剂。硝酸铵是爆炸主要成分，也是氧化剂；柴油的加入可以增加放热量，减少爆炸后的有毒气体，还能与硝酸铵均匀混合，容易渗透到硝酸铵颗粒的内部，保证爆炸反应完全，有利于提高炸药的威力。铵油炸药是一种感度和威力均较低的炸药，少数铵油炸药可以用8#雷管起爆，多数铵油炸药需要由起爆药包（起爆弹）起爆。由于铵油炸药的原料来源广、成本低、加工容易、安全性好，尤其是采用机械化混装车装药时，它的优点更加突出，是目前金属矿山（主要是露天矿）应用最广的炸药。铵油炸药和铵梯炸药一样，有吸湿结块的缺点，使其应用范围受到限制。铵油炸药还有易燃的缺点。表矿用硝铵炸药分类炸药类型炸药组成性能特点适用范围优点缺点铵梯类硝酸铵+TNT+木粉+石腊+沥青（+食盐）较高的威力和感度；原料来源广，加工工艺简单，成本低，安全性好吸湿性强，防水性差吸湿后结块硬化中硬矿岩无水工作面铵油类硝酸铵+柴油+木粉感度和威力均较低；原料来源广，成本低，加工容易，安全性好；吸湿结块易燃广泛用于金属矿山铵松腊类硝酸铵+松香+石腊+木粉（+柴油）爆炸性能和铵梯炸药差不多有较好的防水性能不宜含瓦斯或矿尘环境有毒有害气体含量高使用范围受限浆状炸药硝酸铵饱和水溶液+单质猛炸药+金属粉+可燃物高威力防水炸药；一定的流动性感度较低，制造使用安全不宜含瓦斯或矿尘环境安定性和防冻性差坚硬岩石爆破水胶炸药硝酸铵水溶液+甲基胺硝酸盐+粘胶剂+铝粉/沥青密度和爆炸性能可调节；高威力；防水；感度较高，理化性能较好制造成本较高有毒有害气体含量高含水且坚硬岩石，深孔乳化炸药硝酸铵饱和水溶液+燃料油+乳化剂+稳定剂+敏化剂猛度、爆速和感度较高；抗水性能；原料来源广，工艺简单，安全威力较低稳定性较差⑶铵松腊炸药铵松腊炸药的主要成分是硝酸铵（90%以上）、松香、石腊、木粉，有时还添加少量柴油。硝酸铵是氧化剂和炸药成分；石腊是还原剂，又是憎水性防潮剂；松香粉未粘附在硝酸铵颗粒的表面起憎水作用，还可防止结块，和石腊一起增强了炸药的防水防潮性能。铵松腊炸药的爆炸性能和铵梯炸药差不多。有较好的防水性能，可以用在潮湿的爆破环境。但由于松香和石蜡的燃点低，故铵松蜡炸药不宜用于有瓦斯或矿尘爆炸危险的地下矿山爆破，同时爆炸所产生的有毒有害气体量比较高。在井下同等条件下，有毒气体的生成量为2#岩石炸药的1.4倍左右。因此，铵松蜡炸药的使用范围受到限制。⑷浆状炸药浆状炸药的氧化剂主要采用硝酸铵（占65～85%）饱和水溶液。制成的硝酸铵饱和水溶液不再吸收水分，从而提高了浆状炸药的抗水能力。由于水在浆状炸药中起钝感作用，起爆感度降低。为了使浆状炸药能顺利起爆，故加入适量的敏化剂以提高感度。浆状炸药的敏化剂有单质猛炸药（如TNT、硝化甘油，含量一般为6～20%）、金属粉（如铝粉、镁粉，含量一般为2～15%）、可燃物（如，柴油、煤粉）。浆状炸药是一种高威力防水炸药，具有良好的防水性能，适用于水孔爆破；密度大，为1.4～1.5g/cm3，又有一定的流动性，能充满整个炮孔直径，炸药的爆破作用增强，适用于坚硬岩石爆破；制造使用安全。浆状炸药的感度较低，不能用雷管直接起爆，必需用起爆药包方能起爆；理化安定性和防冻性能均较差；不能用于有瓦斯和煤尘爆炸危险的工作面。⑸水胶炸药一般说来，水胶炸药与浆状炸药没有严格的界限，它也是由氧化剂、水、胶凝剂和敏化剂等组成的。二者的主要区别在于使用不同的敏化剂。水胶炸药由水、粘胶剂、氧化剂、可燃剂、敏化剂和固体添加物组成。氧化剂主要是硝酸铵和硝酸钠（重量百分比为50～75%）水溶液，同时也是爆炸成分；可燃剂通常用甲基胺硝酸盐CH3NH2HNO3（25～45%），也是一种爆炸成分，可以用雷管起爆，所以也是敏化剂；粘胶剂国外多采用古尔胶，国内常用槐豆胶或田菁胶等。作用是使各组分彼此粘为胶体，使胶体中的微气泡既不逸出，又不集结增大，保持水胶炸药良好的爆炸性能和防水性能。为了提高爆热，还可加入适量的铝粉或高熔点沥青。水胶炸药是一种密度和爆炸性能均可调节的高威力防水炸药，感度较高，可以用8#雷管起爆，理化性能较好，使用安全，可用于各种爆破条件下，但制造成本较高，爆后生成的有害气体量比2#岩石炸药多。水胶炸药可用于井下小直径（35mm）炮眼爆破，尤其适于井下有水而且坚硬岩石中的深孔爆破。非安全型水胶炸药用于无瓦斯岩层爆破工作面，安全型水胶炸药用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的爆破工作面。⑹乳化炸药乳化炸药也称乳胶炸药，是在水胶炸药的基础上发展起来的一种新型抗水炸药。它跟浆状炸药和水胶炸药不同，属于油包水型结构，而后两者属于水包油型结构。乳化炸药由氧化剂水溶液、燃料油、乳化剂、稳定剂、敏化发泡剂、高热剂等成分组成。氧化剂水溶液通常采用硝酸铵和硝酸钠的饱和水溶液（80～95%）。加入硝酸钠的目的主要是降低“析晶”点。燃料油选用合适的石油产品和石腊或凡士林的混合物使其有一定的粘度，构成油包水型的连续相（外相）。燃料油与氧化剂配成零氧平衡，可提供较多的爆炸能。乳化炸药同浆状炸药、水胶炸药一样，同属含水炸药，所以为保证起爆感度必须采用较理想的敏化剂。乳化炸药的敏化剂常采用猛炸药、金属粉、发泡剂或空心微球，用以提高含水炸药的敏感度。乳化炸药的密度可调范围较宽，可在0.8～1.45g/cm3之间变化，增强了适用范围。乳化炸药的猛度、爆速和感度均较高，可以用8#雷管起爆。具有良好的抗水性能（比浆状炸药或水胶炸药更强），适用于各种条件下爆破。原料来源广，制造工艺简单，生产、使用安全。乳化炸药的缺点是威力较低，必要时需与高威力炸药一起使用。它的稳定性也需进一步提高，延长贮存期。起爆方法我们前面说过，炸药具有一定的稳定性。工程爆破中，为使炸药起爆，必须由外界给炸药局部施加一定的能量。根据施加能量的方法不同，起爆方法大致分为下列两类：⑴非电起爆法：采用非电能量来起爆工业炸药。如火雷管起爆法，导爆索起爆法和导爆管起爆法⑵电起爆法：采用电能量来起爆工业炸药。如，电雷管起爆方法在工程爆破中的起爆方法应根据环境条件、爆破规模、经济技术效果、是否安全可靠以及工人掌握起爆操作技术的熟练程度来确定。例如，在有瓦斯爆炸危险的环境中禁止采用非电起爆法。火雷管起爆法火雷管起爆法是利用点燃导火索产生的火焰，引爆火雷管，然后再激发药包爆炸。这种起爆系统由火雷管、导火索（传递燃烧火焰）及点火材料组成。一般用于爆破规模较小的采矿场浅孔爆破和巷道掘进爆破。在大中型矿山有时用火雷管起爆导爆索、导爆管或用于二次爆破时起爆药包。其优点是，操作简单方便、成本低。缺点是，需要在爆破工作面点火，安全性差；导火索燃烧时有火花喷出并产生大量有毒气体；不能在有瓦斯等可燃物的环境中使用；不能准确地控制起爆时间。导爆索起爆法该系统由导爆索、雷管、继爆管（延期器件）和点火材料组成。导爆索起爆法是利用绑在导爆索一端的雷管爆炸，起爆导爆索，然后由导爆索传爆，将绑在导爆索另一端的起爆药包引爆。导爆索可以用来直接起爆炸药和导爆管等，但它本身需要雷管来起爆。由于在爆破作业中，从装药、堵塞到连线等施工程序上都没有雷管，而是在一切准备就绪，实施爆破之前才接上起爆雷管，其施工的安全性要比其他方法好。导爆索起爆系统适用深孔爆破、药室爆破。其优点是：操作技术简单、安全可靠；可灵活选择合理的延期时间，能满足多排大爆破的需要；不受杂散电流、静电等的影响；有一定的耐水能力，可用于水孔中爆破，可以提高炸药包的起爆可靠性。缺点是，起爆前不能用仪表检查起爆网路的质量；导爆索起爆成本较高；不适宜城市控制爆破。导爆管起爆法导爆管起爆系统由三部分组成：起爆元件（雷管）、传爆元件和末端工作元件。起爆元件的作用是击发导爆管；传爆元件的作用是使弱爆轰波连续传递下去，由导爆管和连接元件组成；工作元件是由引入炮孔或药室中的导爆管及其末端组装的雷管（瞬发的或延发的）组成，用来最终引爆炮孔或药室中的装药。导爆管是用高压聚乙烯制成的透明塑料软管，外径3.0mm，内径1.5mm。管内壁喷涂一层极薄的传爆炸药，是以黑索金或奥克托金和敏化剂、少量硬脂酸等为主要成分的粉状混合炸药，药量为16～20mg/m。导爆管和导爆索一样，起着传递爆轰波的作用，不过它传递的爆轰波是一种低爆速的弱爆轰波，不能直接起爆工业炸药，而只能起爆雷管，再由雷管引爆炸药。当导爆管受外界冲击能作用时，在管内产生冲击波。由于冲击波的管道效应，导爆管内壁上的猛炸药产生很快的化学反应，反应释放出的能量补充冲击波过程中的能量损失，使冲击波以大约1800～2000m/s的速度稳定传播。冲击波传到雷管使雷管爆炸。导爆管有一定的机械强度，用火点燃导爆管不会发生爆炸，在水中不会影响导爆管的传爆性能，导爆管传爆时不会影响自身的管壁，所以用过的导爆管和未用的导爆管没有明显的区别。

导爆管能够在管内传播冲击波，对管外的作用极小，与导爆管外壁接触的雷管或炸药不会受管内传播的冲击波的影响而爆炸。因此在连接导爆管时，直接将导爆管与导爆管捆扎在一起不起作用，必须用专用的连接件或雷管才能将导爆管连接起来，使管内冲击波从一个导爆管传给另一个导爆管。工程爆破往往每次有多个爆区，每个爆区可能有许多爆破点，这就需要在一次爆破中使用大量雷管，而且各爆区和爆破点间按一定的时间顺序起爆，先后起爆的时间差有以秒为单位的秒差起爆，也有以毫秒为单位的微差起爆，这样的时间差是人工难以实现的，只能由延期雷管来控制。可以根据爆破量的大小划分成爆区，每个爆区有多个爆破点，爆破点与爆区之间用连接件连通，最终引出一根起爆导爆管，爆区和爆破点的起爆顺序由所用雷管的段别控制，起爆时只要激发主起爆导爆管即可。起爆顺序的控制可以通过两种方法，一种方法是每个爆破点采用不同段的延期雷管，爆区和总爆破网路的连接全部采用连通管或瞬发雷管连通；另一种方法在每个爆破点均采用瞬发雷管，爆破点间和爆区间采用不同段的延期雷管。两种方法各有优缺点。图4-33为爆破点延期起爆网路连接示意图，图4-34为爆区连接时延期的起爆网连接图。导爆管起爆系统在生产、运输、贮存和使用上比较安全，操作简便，能抗杂散电流、静电、射频电、电力输电的影响，能节省大量的棉纱、有色金属材料，成本较低，它的缺点是，不能用仪表来检测网路联接质量，不能用于有瓦斯、矿尘爆炸危险的地点等。图4-33爆破点延期起爆网1-总起爆雷管；2-导爆管；3-连接块或瞬发雷管；4-爆破点延期雷管

图4-34爆区连通时延期起爆网1-总起爆雷管；2-延期传爆雷管；3-爆破点瞬发雷管；4-导爆管电力起爆法利用电雷管通电后起爆产生的爆炸能引爆炸药的方法称为电力起爆法。电力起爆法是由电雷管、连接导线和起爆电源组成。采用不同类型电雷管，可以达到多个炮孔的同时起爆、秒延期间隔起爆或毫秒延期间隔起爆的效果。电雷管曾经是应用最广的起爆方法，可广泛应用于炮眼、深孔和药室爆破中。它的优点是：——以课件为主可实现远距离操作，大大提高了起爆的安全感；可同时起爆大量药包，有利于增大爆破量；可准确控制起爆时间和延期时间，有利于改善爆破效果；

起爆前可用仪表检查电雷管和起爆网路的质量，从而保证起爆网路的正确性和起爆的可靠性。它的缺点是：准备工作复杂，作业时间长；电爆网路设计和计算繁琐，要求操作者具有一定的电工知识；必需具备起爆的电源；易受静电和杂散电流的影响而发生早爆事故。起爆方法的选择在工程爆破中究竟选用哪种起爆方法好，应根据环境条件、爆破规模、经济技术效果、是否安全可靠以及工人掌握起爆操作技术的熟练程度来确定。例如，在有瓦斯爆炸危险的环境中进行爆破，应采用电起爆而禁止采用非电起爆；对大规模爆破，如硐室爆破、深孔爆破和一次起爆数量较多的炮眼爆破，应采用电雷管、导爆管和导爆索起爆。岩石爆破作用原理岩石爆破作用原理主要是揭示炸药在岩石中爆炸造成岩石破碎的规律。首先来了解一下岩石爆破的内部作用与外部作用。药包的爆破作用可分为两类。一般地，装药中心距自由面的垂直距离称为最小抵抗线。若其最小抵抗线超过某一临界值（称为临界抵抗线）（或者说，当药包在岩体中的埋置深度很大时），则药包爆炸后，在自由面上不会看到爆破的迹象，也就是说，爆破作用只发生在岩体内部，未能达到自由面，这种情况下的爆破作用叫做爆破的内部作用，相当于药包在无限介质中的爆破。当药包在岩体中埋深很浅，即药包埋深小于临界抵抗线，爆破作用能达到自由面时，这种情况的爆破叫做爆破的外部作用，即相当于药包在半无限介质中的爆破作用。岩石爆破的内部作用当药包在无限介质中爆炸时，它在岩石中激发出的冲击波，其强度随着传播距离的增加而迅速衰减，因此它对岩石施加的作用也随之发生变化。如果将爆破后的岩石沿着药包中心剖开，则可以看出，岩石的破坏特征也将随着离药包距离的增大而变化，如图所示。按照岩石的破坏特征，大致可将其分为四个区域：原来的装药空腔、压碎区、破碎区和弹性震动区。压碎区当密封在岩体中的药包爆炸时，爆轰压力在数微秒内就迅速地上升到几万其至几十万个大气压，并在此瞬间急剧冲击药包周围的岩石，在岩石中激发出冲击波，其强度远远超过了岩石的动抗压强度。此时，大多数在冲击荷载作用下呈现明显脆性的坚硬岩石被压碎；对于可压缩性比较大的软岩，如塑性岩石、土壤和页岩等，则被压缩成压缩空洞，并且在空洞表层形成坚实的压实层。因此，压碎区又叫压缩区，如图所示。由于压碎区是处于坚固岩体的约束条件下，大多数岩石的动抗压强度都很大，冲击波的大部分能量业已消耗于岩石的塑性变形、粉碎和加热等方面，致使冲击波的能量急速下降，其波阵面的压力很快就下降到不足以压碎岩石的程度。所以，压碎区的半径很小，一般约为药包半径的几倍。炸药爆炸后产生的高温高压气体，使炮孔周围的岩石粉碎，冲击被以每秒3000～5000米的速度向外传播形成切向受拉，从炮孔向外产生径向裂隙，最初的径向裂隙是在1～2毫秒内完成，如图。爆生气体膨胀造成岩石质点的径向位移，由于药包距自由面（岩石与空气的分界面）的距离在各个方向上不一样，质点位移所受到的阻力就不同，自由面垂线方向阻力最小，岩石质点位移速度最高。正是由于相邻岩石质点移动速度不同，造成了岩石中的切应力，一旦切应力大于岩石的抗切强度，岩石即发生剪切破坏。破裂区当冲击波通过压碎区以后，继续向外层岩石中传播。同时，由于冲击波传播范围的扩大而导致单位面积上的能流密度降低，冲击波变成一种弱的压缩波（即压缩应力波），其强度已低于岩石的动抗压强度，所以不能直接压缩岩石。但是，它可使压碎区外层的岩石遭到强烈的横向压缩，使岩石的质点产生径向位移，导致外围岩石层中产生径向扩张和切向拉伸应变，如图6-2所示。如果这种切向拉伸应变超过了岩石的动抗拉强度，那么外围的岩石层中就会产生径向裂隙。这种裂隙以（0.15～0.4）倍压缩应力波的传播速度向前延伸。当切向拉伸应力小于岩石的动抗拉强度时，裂隙便停止向前发展。另外，在冲击波扩大药室时，压力下降了的爆轰气体也同时作用在药室四周的岩石上，在药室四周的岩石中形成一个准静应力场。在应力波造成径向裂隙的期间或以后，爆轰气体开始膨胀并挤入这些径向裂隙中，引起裂隙的扩张，同时在裂隙尖端上，由于气体压力引起的应力集中，导致径向裂隙向前延伸。这些原来由应力波引起的尔后又被爆轰气体扩大和延伸了的径向裂隙是按照内密外稀这样一个规律分布的，即邻近压碎区这面的裂隙较密，而远离压碎区那面的裂隙较稀。当压缩应力波通过破裂区时，岩石受到强烈的压缩，储蓄了一部分弹性变形能，应力波通过后，岩石中的应力释放，便会产生与压缩应力波作用方向相反的向心拉伸应力，使岩石质点产生反向的径向移动，当径向拉伸应力超过岩石的动抗拉强度时，在岩石中还会出现环向裂隙。径向裂隙与环向裂隙的相互交错，将该区中的岩石割裂成块，此区域称为破裂区（或破坏区）。岩石的爆破主要依靠的就是破裂区。弹性震动区破裂区以外的岩体中，由于应力波引起的应力状态和爆轰气体压力建立起的准静应力场均不足以使岩石破坏，只能引起岩石质点作弹性振动，直到弹性振动波的能量被岩石完全吸收为止。这个区域叫弹性震动区或地震区。爆破的外部作用当将集中药包埋置在靠近地表的岩石中时，药包爆破后除了产生内部的破坏作用以外，还会在地表产生外部破坏作用，造成地表附近的岩石破坏，形成爆破漏斗。爆破漏斗是受应力波和爆生气体共同作用的结果，其一般过程如下：与爆破的内部作用类似，装药在爆炸后同样形成压碎区、破裂区。所不同的是，当应力波向外传播到达自由面产生反射拉应力波，该拉应力大于岩石的抗拉强度时，地表面的岩石被拉断形成片落区（片落漏斗）。在径向裂隙的控制下，破裂区一直扩展到地表面，或者破裂区和片落区相连接形成连续性破坏。与此同时，大量的爆生气体继续膨胀，将最小抵抗线方向的岩石表面鼓起、破碎、抛掷，最终形成倒锥形的凹坑，称为爆破漏斗。爆破漏斗的基本形式爆破漏斗是一般工程爆破最普遍、最基本的形式。根据爆破作用指数n值（爆破漏斗半径r和最小抵抗线w的比值）的大小，爆破漏斗有如下四种基本形式（如图6-6所示）。松动瀑破漏斗减弱抛掷爆破（加强松动）漏斗标准抛掷爆破漏斗加强抛掷爆破漏斗露天矿爆破工作今天，我们来谈谈“露天矿的爆破工作”。在露天矿建设和生产期间，爆破作业是主要生产环节之一。露天矿爆破的目的，就是通过爆破作业，将整体矿岩进行破碎及松动，形成一定形状的爆堆，为后续的采装作业提供工作条件。在露天开采的总生产费用中，爆破作业费用大约占15%~20%。因此，爆破质量的优劣，不仅直接影响到后续采装和运输作业的效率，而且还直接影响着矿山开采的成本。露天矿爆破分类通常将露天矿爆破方法分为图中几种方法：……。二次爆破，教材上又称为是“裸露药包爆破”。图中黑色部分表示炸药，灰色部分表示堵塞炮孔用的充填物，又称为炮泥。炮泥堵塞炮孔可以达到以下目的：保证炸药充分反应，使之放出最大热量和减少有毒气体生成量；降低爆生气体逸出自由面的温度和压力，提高炸药的热效率，使用更多的热量转变为机械功。提高爆破安全性，阻止灼热固体颗粒（例如，雷管壳碎片等）从炮孔内飞出伤人。⑴深孔爆破深孔的炮孔规格通常是指：孔深≥8m，孔径≥150mm；深孔爆破是露天矿台阶正常采掘爆破最常用的方法，通常用于正常剥离和采矿台阶的爆破以及临近边帮的控制爆破。其特点是：爆破量大：一次爆破量可达100×104t以上，世界上最大的达300×104t，国内最大的达70×104t；装药量大：一次炸药量达几十吨，甚至上百吨。穿孔机械化程度高，施工速度快，劳动强度小；炸药单耗低（爆破单位体积（重量）矿岩平均所需的炸药量）。缺点是：准备工作复杂；作业场地要求平整、宽大（以便于牙轮钻机或潜孔钻机作业）；我们后面还将重点讲解露天矿的深孔爆破。⑵药壶爆破（药室爆破）药壶爆破是利用集中药包爆破的一种特殊形式。该方法首先在已穿凿的深孔孔底用药壶法进行扩孔，通常需经几次扩壶才能达到设计体积，然后再装炸药进行爆破。其实质是将普通炮孔爆破法中的长柱形药包变成近似圆球形药包，使得爆炸时所产生的能量更加集中，从而有利于克服台阶底板的阻力。药壶爆破使用的集中药包与普通浅眼和深孔爆破使用的长柱形药包相比，药壶爆破的钻孔工作量小，每孔装药量较多，能一次爆破较多的矿岩量，因而提高了爆破效率。例如，在露天矿台阶爆破中，垂直炮孔与台阶坡面之间的水平距离，随孔深的增加而加大，至台阶底部时水平距离最大，此距离通常称为底盘抵抗线。炮孔装药量应随着抵抗线的增大而逐步增加，普通炮孔的直径是上下一致的，单位长度上的装药量基本上不能改变。在这种条件下，采用药壶爆破，增加炮孔底部装药量，能改善爆破效果。⑶浅眼爆破浅孔的炮孔规格通常是指：孔深≤5m，孔径≤50mm。主要用于大、中型露天矿的二次爆破（如，处理不合格大块）和辅助爆破（如，开掘出入沟、处理台阶根底、修路，等），也可用于小型露天矿山的生产爆破作业。常用的设备为风动凿岩机。采用浅眼爆破处理不合格大块的具体作法是：用风动凿岩机在大块上钻取一个或数个浅孔，炮孔布置原则是使炸药位于大块岩石的中心，炮孔深度略超过大块厚度的一半。⑷裸露药包爆破裸露药包爆破是将药包直接放在大块或根底上进行爆破。裸露药包爆破的实质是利用炸药的猛度，对被爆物体的局部（即，炸药所接触的表面附近）产生压缩、粉碎或击穿作用。然而，炸药爆轰时的气体产物大部分逸散到大气中损失掉，炸药的爆力作用不能被充分利用。这种爆破方法简单、省力，但炸药消耗量大，石块飞得远，不宜多采用。主要用于不合格大块的二次破碎、清除大块孤石等个别无法钻孔的情况，并要求爆破地点周围没有重要设备或设施。裸露药包的放置方法：通常将药饼放置在要爆破的岩石顶部中央位置，起爆药包放在药包中央，最后用覆盖材料将药饼覆盖起来，并稍加压实。覆盖材料最好使用湿土或含水细砂，切不要使用干砂或石块（主要起密封的作用）。为了不使覆盖材料与炸药相混合，最好用牛皮纸或炸药包装纸盖在药包上，再压上覆盖物，这样可以提高爆破效果。如果遇到的孤石有部分或大部分的体积埋入土中时，采用裸露爆破往往由于爆炸应力波被土壤吸收，而达不到预期的爆破效果。在这种情况下，可采用半裸露药包爆破孤石，即在孤石靠近地面的空隙上放置裸露药包，如图6-9所示。⑸硐室爆破（也称大爆破）硐室爆破是以专用的硐室或井巷作为装药空间的一种爆破方法。其特点是装药空间大，装药量大，一次爆破量也大，所以又将硐室爆破称为“大爆破“。但是，硐室爆破效果差，大块多，二次爆破量大。主要用于基建剥离或扩建时期，以及用于其他方法难以处理的孤立山头，生产中很少采用。例1：集中药包群的硐室爆破实例地处山东省济南市内部的某山区，需从平均深度23m（最高点29.164m）、长82.4rn的山体中开凿出底宽10m的边坡稳定的公路路基，总方量约6.5万m3。山体自西南至东北的缓倾斜地层，倾角在10°～15°之间，普氏系数约为6，密度2500kg/m3，层理节理较丰富，未见有断层。根据硐室掘进情况，未见有含水层。地表南北约成30°～52°的斜坡，对抛掷爆破较为有利。针对工程地质和水文地质情况，要从山体中开凿出上述公路路基，采用一个集中药包根本无法实现，而在设备少的情况下采用条形装药需开凿两条硐室，工程量大，工期长。在尽可能减少大爆破后的石方运输量的前提下，采用整个路段布置7个相对集中药包利用药包群分段起爆，共同作用完成对整个山体抛掷和破碎工作，抛掷方间为西南和东北两方内的山沟。为减少硐室掘进长度，加快施工速度，采取一条导硐两端施工，拐直角弯抿进药室，加大药室断面的方法，增加装药星以满足抛掷和破碎要求。药包都置图详见图8-6、图8-7所示。露天矿深孔爆破方式露天矿深孔爆破的主要方式有垂直深孔、倾斜深孔和扩孔爆破。垂直深孔爆破穿孔、爆破施工简单，各矿山常用。倾斜深孔爆破炸药能量沿台阶高度分布均匀，但施工麻烦，易堵孔，需要特定钻孔设备。扩孔爆破是指扩大炮孔底部直径，可以多装药，克服底盘抵抗线，炮孔利用率高。多排孔微差爆破参数确定随着挖掘机斗容和露天矿生产能力的急剧增大，要求每次的爆破量也越来越多。为此，国内外的露天开采中广泛使用多排孔微差爆破、多排孔微差挤压爆破等爆破方法。目前许多矿山每次爆破5～10排炮孔，孔数多达200～300个，每次爆破矿岩量30～50万吨。多排孔微差爆破是指排数在三排以上的微差爆破。这种爆破方法一次爆破量大，具有减震、控制爆破方向、充分利用炸药能力和改善爆破质量等优点，是目前国内外露天矿开采广泛采用的台阶生产爆破方式。多排孔微差爆破，必须正确地选择适宜的延迟时间间隔和起爆顺序，以及合理地确定孔网参数、装药结构和单位炸药消耗量。因为上述将影响爆破作用的时间、空间和能源的利用。多排孔微差爆破主要爆破参数的选择和确定方法如下。⑴孔径d其值由钻机钻头直径所确定，一般为250～310mm。如果矿山规模小，可用选用150～200mm的孔径。通常，随着孔径d值减少，每米孔的爆破量减少。现代采矿的发展趋势为大孔径爆破，采用大型装载与破碎设备，以提高矿山的开采强度与生产效率，节省生产成本。⑵底盘抵抗线Wd底盘抵抗线Wd——指台阶平盘水平上药柱中心至台阶坡底线的距离。最小抵抗线W——指台阶平盘水平上药柱中心至台阶坡面的最小距离。底盘抵抗线是影响台阶爆破质量的一个重要参数。其值设置过小，则造成被爆破的岩体过于粉碎，同时产生的爆堆前冲也很大；设置过大时，爆破后容易形成根底与大块。在台阶爆破的优化设计中，存在一最佳底盘抵抗线。所谓最佳底盘抵抗线，即是相对于某一具体的爆破条件，能取得最大爆破量与最佳爆破块度时的底盘抵抗线。从这种意义上来讲，预爆岩体的力学性质、岩体中节理与裂隙的发育状况对最佳底盘抵抗线都有一定的影响。在实际的爆破设计中，设计炮孔的底盘抵抗线通常根据经验选取的。为避免出现“根底”，爆破设计时选用Wd，而不用W。爆破设计时的一般经验是：（m）（1.2.3）或垂直孔（m）（1.2.4）为了保证钻机穿孔作业的安全，第一排炮孔的孔位距台阶边沿应留有一定的距离，称其为沿边距，因此，第一排孔的底盘抵抗线取值应满足以下的约束条件：（m）（1.2.5）（m）（补充公式）式中H——台阶高度，m；α——台阶坡面角，度；c——钻孔中心至台阶坡顶线的安全距离，一般为2～3m；β——钻孔的倾角，角，垂直孔的β值为90°。⑶排间距b与孔间距a除了前排孔底盘抵抗线外，行距和孔距是影响药包在岩体空间分布的决定性因素。排间距b是指平行于台阶坡顶线相邻炮孔之间的垂直距离。多排孔布置均采用等行距排列。孔间距a是指同排相邻炮孔中心之间的距离。（m）（1.2.6）近年来，在矿山深孔爆破中，多采用大孔距、小抵抗线的爆破技术，即在保持每个钻孔担负面积a×b不变的前提下，减小b而增大a，使m达到3～8，这样能明显地改善爆破质量。当采用大孔距爆破时（m）（1.2.7）（m）（1.2.8）式中Q——炮孔的装药量，kg；H——台阶高度，m；q——单位矿岩的炸药消耗量，kg/m3；——最重要的爆破技术经济指标Wx——抵抗线，m。前排孔，Wx=Wd；后排孔，Wx=b。由于后排孔的起爆都处于挤压状态，岩体中部破碎质量的恶化，因此，后排孔的单位炸药消耗量比最前排炮孔增加10～20％。⑷炮孔邻近系数（也称密集系数）炮孔邻近系数是孔距与抵抗线的距离之比值，其影响群药包在岩体空间爆炸时的相互作用。（1.2.9）增大炮孔邻近系数m可提高爆破质量，一般m=0.9～1.5。大孔距爆破时，m值可达4～8。当m值小于0.6时，将大大恶化破碎质量，爆破后经常出现“留墙”的现象。⑸炮孔超深h指炮孔的孔底至台阶水平的垂直距离，也就是说，炮孔超过台阶底盘水平的深度。超深的目的是在于降低装药的中心，有利于克服台阶底盘的阻力，使爆出的底盘比较平整，防止产生“根底”。过小的超深会产生“根底”；过大的超深不但降低了延米爆破量，同时还将增加爆破震动强度和底盘的破坏，破坏下一个台阶的平盘，影响下一个循环的作业。因此，应合理地确定超深值的大小。超深的计算公式：（m）（1.2.10）或（m）（1.2.11）国内的露天矿，一般h=1.5～2.5m。⑹炮孔填塞长度l炮孔填塞长度是指孔内药柱顶面至孔口不装药的距离。炮孔填塞（通常采用惰性材料填塞，如粘土等）用来延长爆破气体在岩体内的作用时间，减弱碎石飞散，提高炸药能量利用率。填塞长度不足，爆炸能量会从孔口冲出，造成岩块飞散，爆破质量降低；填塞长度过长，不仅浪费钻孔，且在孔口填塞段易产生大块。（m）（1.2.12）（式中比例系数，主要考虑到岩矿性质，使用的材料形状和抵抗线大小的影响。当岩矿坚硬，堵塞材料含水较多，抵抗线较大时，则取较大值。）一般（m）（1.2.13）⑺炸药单耗量q炸药单耗量q是指爆破单位体积（重量）矿岩（1m3或1t）平均所需的炸药量。增大单位炸药消耗量可以改善爆破效果、减少二次破碎工作量、提高采装、粗碎效率。但另一方面，增大单位炸药消耗量会增加爆破费用。所以，单位炸药消耗量的选取，要全面考虑。由于岩石的坚固性以及岩体结构和构造的差异，岩石的可爆性不同，则炸药的单位消耗量也不相同，其值可通过试验确定，或参照有关设计资料进行选用。目前，国内外露天矿有增大炸药单耗量的趋势，改善爆破效果，提高后续采装、破碎等的效率，降低露天开采总体生产成本。⑻每孔装药量Q国内外普遍采用炮孔崩落矿岩所负担的体积来确定每孔装药量，即前排孔（kg）（1.2.14）后排孔（kg）（1.2.15）式中K——齐发爆破时后排孔药量增加系数，一般K=1.1～1.2。⑼微差间隔时间τ指在微差爆破条件下，相邻两段钻孔先后起爆的间隔时间。它是影响爆破的时间因素，在很大程度上决定着微差爆破的效果。微差间隔时间的选取，主要与矿岩性质、最小抵抗线、破碎效果、降震要求以及起爆器材等有关。合理的微差间隔时间应以矿岩破碎效果好，降震效率高为标准。目前关于微差间隔时间的选取仍然以经验为主。在露天矿爆破中，所采用的微差间隔时间大多为25～75ms。在硬岩中取小值，在软岩中取较大值。爆破设计时，上述各参数逐步调整。一般来讲，炸药单耗q、孔径d、超深h和填塞长度l是预先确定的。爆破设计中需要调整的是孔间距a、排间距b和底盘抵抗线Wd。布孔方式与起爆顺序露天矿台阶深孔爆破的布孔方式主要有两种：三角形布孔（交错布置）和方形或矩形布孔（平等布置）。多排微差爆破的起爆顺序分为：排间顺序起爆、斜线起爆、“V”形起爆、中间掏槽起爆等。⑴三角形布孔、排间顺序起爆将平行于台阶坡顶线布置的炮孔按排顺序起爆。其网路连接简单，有利于克服根底，正常采掘爆破时多用此法。如控制爆破震动效应，可将同排孔分成数段。此外，为了减少爆区边界孔在爆破时所受到的夹制性，避免侧冲过大，可将前一排的两侧边孔与后一排的炮孔同段起爆。具体连线方式如图5-4-3。⑵矩形布孔、斜线起爆常在台阶有侧边自由面的条件下采用，炮孔连线与台阶坡顶线的夹角一般为35度左右。在这种形式中，前段爆破能为后段爆破创造较宽的自由面。并且爆破时，岩石能充分碰击破碎，岩堆集中。⑶矩形布孔、V形起爆其特点是排与排之间都有微差，可加强矿岩的碰撞和挤压，减小爆堆宽度，降低地震效应。但易残留根底，使用不普遍。⑷矩形布孔、中间掏槽起爆首先用中间一排孔形成槽沟形的自由面，然后依次起爆两侧各排炮孔。掏槽孔的孔间距一般要缩小20％，超深增加lm，装药量增大20～25％。多用于掘进堑沟。多排孔微差爆破的优点多排孔微差爆破具有以下优点：一次爆破量大，可减少爆破次数和避炮时间，提高采场设备的利用率（提高采装、运输效率约10～15%）；可改善矿岩的破碎质量，其大块率比单排孔爆破少40～50%；提高穿孔设备效率约10～15%，这是由于工作时间利用系数增加和穿孔设备在爆破后冲压作业次数减少之故；但是，多排孔微差爆破要求及时穿凿出足够数量的钻孔，因此必须采用高效率的穿孔设备。其次，这种爆破要求工作平盘较宽，以便容纳相应的宽爆堆。多排孔微差挤压爆破多排孔微差挤压爆破是在台阶工作面前留一定数量的砟（zhǎ，岩石、煤等的碎片）体，并选用合理的微差间隔时间和起爆顺序所进行的一种微差爆破，见图1.2.4。由于砟堆的存在，为挤压创造了条件。在适当增加炸药单耗的情况下，一方面可以显著地增加岩石中的爆炸应力，延长爆炸作用时间，提高炸药能量利用率和改善爆破效果；另一方面能控制爆堆宽度，避免矿岩飞散。碴堆存在是挤压爆破的条件，其作用在于：延长爆破的有效作用时间，改善炸药能的利用率，从而进一步改善爆破质量；使爆破的矿岩与碴堆及其本身产生高速冲击和碰撞，提高矿岩破碎质量；控制爆堆宽度，防止矿岩飞散。多排孔微差挤压爆破时，第一排孔由于紧贴爆堆，会产生较大的透过波损失，而且还要推压爆堆为后续的爆破创造空间。因此，通常必须使第一排孔的炸药量要加大30～40%，即这一排钻孔要加大孔深、缩小抵抗线或孔距，增大装药量或采用高威力炸药。最后一排孔的爆破，涉及到下一循环爆破的碴堆松散系数。为了使这部分碴堆松散，最后一排炮孔也宜增大药量。为此需要：缩小炮孔间距或排距10%；增加装药量30～40%；延长微差间隔时间15～20%。多排孔微差挤压爆破的孔网参数，和多排孔微差爆破的原则相似；主要的差别，是第一排和最后一排钻孔的参数宜小一些。由于挤压爆破要推压前面的压碴，因而它的起爆间隙时间要比普通微差爆破长。如果间隔时间过短，推压作用不够，爆破受到限制。不过，间隔时间过长，推压出来的空间会被破碎的矿岩填满，起不到应有的作用。实践证明，多排孔挤压爆破的微差间隔时间，以比普通微差爆破大30～50%为宜。我国露天矿，常用50～100ms。挤压爆破的排数，应该在四排以上。各排的起爆顺序，除可用前述几种多排孔微差爆破的起爆顺序外，还有一种环形起爆方式。它可使各排崩落的矿岩朝一个方间挤压、位移，有利于应力叠加和补充破碎，爆破效果较好。相对于多排孔微差爆破，多排孔微差挤压爆破优点是：矿岩破碎效果更好。这主要是由于前面的碴堆阻挡，包括第一排在内的各排炮孔都可以增大装药量，并在碴堆的挤压下产生附加破碎作用的结果。爆堆更集中。对于采用铁道运输的矿山，爆堆前可不拆道，从而提高采装、运输设备的效率。多排孔微差挤压爆破的缺点是：炸药消耗量较大；工作平盘要求更宽，以便容纳爆堆；爆堆高度较大，特别是当碴堆厚度大而妨碍爆推向前发展时，有可能影响挖掘机作业的安全。露天矿靠近边坡的控制爆破随着采场水平方向的不断推进与垂直方向上的不断延伸，每一台阶水平最后都要推进到设计的最终边帮位置，通过靠帮或并段方式过渡为露天采场的固定边帮。台阶靠帮时常常采用并段措施以提高露天采场的最终边帮角，使之达到稳定边坡所允许的最大值。当生产台阶向最终边帮过渡时，由于这一过渡生产过程的爆破地点与最终边帮相邻，若采用正常生产爆破的组织与设计方式进行生产，其爆破的地震效应将会给最终边帮稳定性带来很严重的影响。因此，在实际生产中，为了保护边坡的稳定性，除了采取其他的有效措施外，对靠近边坡的爆破作业要采取预裂爆破、光