改善爆破質(zhì)量途徑之探討
穿爆工作是礦山生產(chǎn)的第一道工序，爆破質(zhì)量的好壞，將直接影響著礦山生產(chǎn)的各項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的完成和本單位的經(jīng)濟效益，為此，大家都在致力于爆破工作的研究和實踐。我們也一樣，經(jīng)多年的努力，已摸索出一整套適合于我礦的爆破技術(shù)，使我們的爆破效果得到了極大地改善，并長期穩(wěn)定地保持在一個較好的水平上，平均爆破大塊產(chǎn)出率長期保持在２％以下，給爆破之后的其它工序創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境和條件，使礦山生產(chǎn)一直處于高效穩(wěn)產(chǎn)的生產(chǎn)局面，同時為本公司創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟效益。下面僅就我個人工作多年來對爆破工作的認識，并在多年實踐的基礎(chǔ)上，談?wù)勎覀€人對改善爆破質(zhì)量的認識。
一、爆破質(zhì)量之剖析
從宏觀上講爆破工作與巖性、炸藥種類、各參數(shù)的合理選擇、生產(chǎn)設(shè)備等幾個大的方面有關(guān)；而從微觀上來講據(jù)采礦界眾多的研究表明，影響爆破質(zhì)量的因素有上百項，在一定的區(qū)域和時期內(nèi)，某些因素是相對穩(wěn)定的，如生產(chǎn)設(shè)備、某一區(qū)域內(nèi)的巖性、炸藥種類等等，而某些因素又是相對不穩(wěn)定的。由于種種原因的限制，在目前日常的爆破設(shè)計過程中，設(shè)計人員能夠考慮到的因素僅僅只有5～10項，本身設(shè)計人員也由于各自的條件不一樣，這里也包括設(shè)計人員各自的知識水平和實踐經(jīng)驗等因素的限制，而不可能做到面面具到；那么如何從這上百項的因素中找出這么十余項主要因素，找得正確予否，其效果將是十分明顯的。在我的實踐過程中，我認為在一定的區(qū)域內(nèi)段高、設(shè)備、炸藥是一定值，那么在宏觀上我們就可以根據(jù)巖性、地質(zhì)構(gòu)造、采場布置、生產(chǎn)設(shè)備、工藝要求、炸藥種類等方面來確定其它參數(shù)的。由于當(dāng)穿孔設(shè)備一經(jīng)確定后孔徑、炸藥、段高、巖性為一定值時Wmin（最小抵抗線）是孔徑D的函數(shù)，而經(jīng)大量的實踐所證明，其它孔網(wǎng)參數(shù)又都是Wmin的函數(shù)，它們之間的內(nèi)在聯(lián)系這在本人的《爆破設(shè)計之探討》一文中已作了較為詳細地論述過，在這里就不再累敘。這樣我們只需在這眾多的爆破因素中確認了其中幾項目要的因素，我們就可以通過它們之間的內(nèi)在關(guān)系來準確地確定其它的爆破因素。據(jù)我個人的經(jīng)驗，我認為要較為熟練地掌握爆破技術(shù)必須對下面的幾大要素：巖石的巖性、穿孔設(shè)備的選擇、炸藥的種類與各種炸藥的性能以及選擇合理的孔網(wǎng)參數(shù)。而在這些方面，當(dāng)條件一但確定后有些參數(shù)就成了定值，如孔徑、區(qū)域巖性、炸藥、最終我們只需根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造、巖性和m系數(shù)就可以確定各孔網(wǎng)參數(shù)了。
為了能夠正確合理地確定孔網(wǎng)各參數(shù)以取得較好的技術(shù)經(jīng)濟效益，我認為應(yīng)從下面幾個大的方面去深加研究和探索：
1、 應(yīng)深入了解和掌握礦區(qū)內(nèi)不同巖層的巖石性質(zhì)；
2、 要較為全面地掌握和理解巖石和巖體的爆破機理；
3、 如何合理地在爆區(qū)內(nèi)布置炸藥，使其能較為均勻地分布；
4、 如何能較為合理地確定既能確保安全又能為后部炮孔創(chuàng)造良好的自由空間的Wmin與適宜的堵塞長度；
5、 如何才能更為充分發(fā)揮爆破威力和合理地利用爆炸功；
6、 選擇適宜的微差間隔時間。
二、爆破效果之分析
下面僅就我個人對爆破知識的認識和多年來從事爆破工作的實踐經(jīng)驗來談?wù)勎覍Ω纳票瀑|(zhì)量的分析，在分析之前我們還是按照慣例對爆破名詞作如下定義：當(dāng)m < 1時我們定義其為小孔距爆破，而當(dāng)m > 1時我們定義其為大孔距爆破。
1、在這里我們先由巖石的各向異性性談起，由于巖石的形成是一個十分緩慢的過程，在其形成過程中受到諸多因素的影響，其在各個方位上的形成成因是不相同的，因此上這些都說明了巖石在其各個方向上的力學(xué)性質(zhì)是不相同的，通過人們對其的大量的試驗表明，巖石在各個方向上的力學(xué)性質(zhì)存在著較為明顯的差異，這也就是在整個采礦界大家都公認的巖石的各向異性性，從總的情況來看，在巖層中存在這樣一種趨勢，即垂直于巖層走向方向上的力學(xué)性質(zhì)明顯強于平行于巖層走向方向上的力學(xué)性質(zhì)和其它方向上的力學(xué)性質(zhì)，我認為認識到這一點是非常重要的，另外礦層的走向和礦體的走向是兩個不同的概念，除了礦體是單一礦層時礦體走向和礦層走向是一致外，在大多數(shù)的多層礦體礦床中礦體走向剛好與礦層走向相差九十度，這一點可千萬不能混淆；而且礦巖的抗壓強度遠遠高于礦巖的抗拉強度，拉應(yīng)力比壓應(yīng)力更容易破碎巖石；
2、從巖石的爆破機理方面的分析我們得知，當(dāng)相鄰兩炮孔同時起爆時在兩炮孔之間的中心連線上形成拉應(yīng)力集中的特性，掌握了這一點這對我們?nèi)绾未_定較為適宜的孔網(wǎng)參數(shù)是非常有用的；
3、如何合理地布置炸藥，使炸藥的分布更加均勻這對改善爆破質(zhì)量方面是十分明顯的，炸藥分布得越均勻礦巖的爆破效果就越好，這可以從峒室爆破與深孔爆破的爆破效果分析上得到正確的驗證；
4、選擇合適的Wmin這對改善爆破效果也是十分重要的，Wmin選擇過小容易造成沖孔和大量的飛石，將直接引發(fā)人身和設(shè)備的安全問題，Wmin選擇過大又會直接影響到整個爆區(qū)的爆破效果，容易造成硬埂，殘留根底等問題，給下一道工序的鏟裝工作造成極大的困難，造成生產(chǎn)設(shè)備的生挖硬啃，帶來生產(chǎn)設(shè)備的極大損傷，所以說較為合理的Wmin值應(yīng)能做到使礦巖得到可靠的位移，為后排炮孔的爆破創(chuàng)造足夠的自由空間或補償空間，又不能產(chǎn)生大量的飛石和過遠的鋪灑引發(fā)安全等問題，又能使整個爆堆有一個較為理想的高度，以利于鏟裝設(shè)備的鏟裝工作；
5、炮孔的堵塞長度也是一項較為重要的因素，堵塞長度過大雖可減少爆破時所產(chǎn)生的飛石，但由于炮孔上部無藥區(qū)過大，炮孔上部得不到充分的破碎，勢必造成爆堆上部和表面的大塊增加，惡化爆破效果；堵塞長度過小則容易產(chǎn)生沖炮，使爆轟氣體過旱逸出，大大降低了炸藥對巖石的破壞作用和做功時間，且由于其泄放出的巨大的沖擊波也會對周圍的環(huán)境與對人身和設(shè)備造成較大的破壞作用，影響鄰里關(guān)系，而且也容易造成不良的爆破效果，影響整個單位的生產(chǎn)效益和經(jīng)濟效益；
6、我們是通過利用炸藥爆炸時釋放的巨大力量來破壞巖石，使之產(chǎn)生破碎來達到為我們的生產(chǎn)服務(wù)的目的，所以如何才能充分利用爆炸功這一點將是我們共同關(guān)心的關(guān)鍵問題；
7、在過去齊發(fā)爆破的年代，爆破效果能象今天這樣能得到如此大的改善是不可能的，這都應(yīng)歸結(jié)于微差概念的形成和微差雷管的問世，但是由于地區(qū)性的差異和區(qū)域地質(zhì)的不同，在爆破過程中的微差時間不可能是一層不變的，所以說選擇合適的微差時間也是改善爆破效果的關(guān)鍵因素之一；
從目前礦山的總體情況部來看，大多數(shù)礦山的開采面方向都是垂直于礦體走向布置的，那么在這種情況下，如果采用小孔距爆破，就會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，從巖石的爆破機理來分析也就是上面第一、二兩點的原因所致，在爆破裂隙尚未到達自由面時兩炮孔之間的中心連線就已貫通，爆破巖體在爆轟氣體產(chǎn)物的推動作用下，礦巖就會被整體推出，而且小孔距爆破還存在著應(yīng)力降低區(qū)，在這個區(qū)域內(nèi)礦巖受炸藥的爆轟作用不大，甚至不受力，大大降低了炸藥對礦巖的破壞作用，加之兩炮孔間的裂隙已貫通，就造成了爆轟氣體產(chǎn)物過早逸出也大大降低了爆轟氣體產(chǎn)物對礦巖的破壞作用，不利于巖石的破碎，則爆破效果必然欠佳。相反如以同樣的起爆方式，大孔距爆破由于充分利用了上述一、二、三條的特性，如果裂隙達到自由面能與兩炮孔之間的貫通剛好達到同步，則爆轟氣體產(chǎn)物必然促進裂隙的進一步發(fā)展，同時也起到推動礦巖移動的作用，使礦巖得以充分破碎。這也就是大孔距爆破往往能改善爆破效果的主要原因。那么應(yīng)取多大的m值才算是合適呢？這就需要根據(jù)不同巖性的差異性和各地區(qū)不同的情況來分析和考慮了，所以說m值是一個變數(shù)。如果開采面的推進方向平行于礦體走向，則m值也應(yīng)隨之而減小。由此我們可以得出如下結(jié)論：垂直于礦體走向的開采面，排間起爆之m值大于斜線起爆之m值大于平行于礦體走向開采面之m 值，這與實際情況是吻合的。
過去在討論巖石的爆破機理時有一條公認的結(jié)論，即，認為在爆轟壓縮波傳播到自由面反射后變?yōu)槔觳?，從而引起從自由面到起爆藥包的由外向?nèi)的巖石破碎并將其作為礦巖破壞的主要形式，在這里我個人有不同的意見，我認為這種破壞是存在的，但是其作用不可能太大，其在工作面上引起的片裂，只可能產(chǎn)生極小范圍的破碎，因為如果這條結(jié)論是正確的話，那么小孔距爆破就不會那么十分明顯地惡化爆破效果，因為小孔距爆破的應(yīng)力疊加作用較大孔距爆破強烈。
根據(jù)巖石種類，爆轟波以3000 ～ 6000 m / s的速度從炮孔中向外傳播，認識到這一點是非常重要的，此在礦巖中所產(chǎn)生的大多數(shù)裂隙都是從炮孔向外徑向發(fā)射的，因此，很顯然，礦巖中原有的裂隙面在確定爆破形式時是一個十分重要的因素。如果裂隙面的間距較大，那么傳播的應(yīng)力波所引起的而且受爆轟氣體加速的徑向裂隙就會受到抑制，并且會產(chǎn)生不良的破碎，在這種情況下，必須縮小孔間距a和最小低抗線Wmin或在有條件的情況下采用較小直徑的炮孔。如果原有裂隙面的間距較小，那么，礦巖破碎就比較容易并且可以采用較大直徑的炮孔。很顯然，當(dāng)原有裂隙面被充分分割時，用松動爆破就基本上能將大部分礦巖破碎。這已被許多成功的爆破所證實。在實際工作中，如果是多排孔微差爆破，我們就會清楚地看到這一點。如在裝填結(jié)構(gòu)和微差時間合適的情況下，如出現(xiàn)大塊，則大多數(shù)出現(xiàn)在第一排孔的上部，其原因就在于，前排孔爆破后，由于所產(chǎn)生的環(huán)狀徑向裂隙對后排孔方向上的作用也是一樣的，當(dāng)后排孔起爆后，后排孔的徑向裂隙對前排孔對礦巖產(chǎn)生的徑向裂隙進行分割，促進了礦巖的充分破碎。其分割情況見圖一。
圖一 前后裂隙的相互分割，促進了礦巖的破碎
從充分利用爆炸能量方面去考慮，炸藥的分布情況對爆破效果的影響是十分巨大的。如果炸藥分布不均勻，則會形成部分地方炸藥過分集中，而又形成了無藥區(qū)段過大，從而造成了爆破應(yīng)力分布不均勻，在爆破過程中造成部分區(qū)域礦巖過粉碎，而部分區(qū)域又爆不動，礦巖得不到充分的破碎并引起不良的破碎，遺留了硬埂或大片的根底等嚴重制約生產(chǎn)等大的問題，給下面的工序造成極大的困難。比如，峒室爆破，雖然一次可以爆破大量的礦巖，但是由于藥量較為集中地放置在某一部位（藥室）， 從整個爆區(qū)的剖面上來看，藥面分布較小且不均勻，但是其爆破范圍又比較廣泛，從徑向裂隙的發(fā)展來看，距藥室中心越遠的地方裂隙間距也就越大，因此說其對破碎礦巖是十分不利的，這種爆破方法如果在一般日常生產(chǎn)一次爆破量不是很大，而又對礦巖的破碎效果要求比較嚴的工程爆破中，使用此方法是很不利的。但此種方法在一次爆破量要求很大而又對礦巖的破碎效果要求不是很嚴的大爆破中，由于其有對施工工具要求不是很嚴，藥室布置較為靈活，在施工期要求很緊的情況下，如爆破筑壩、劈山造田、移山平地等較大的工程中，又不失為一種較為理想的爆破施工方法。在深孔爆破時，無論我們從那一個方向上來看，任何剖面上的炸藥分布均較峒室爆破均勻得多，因此深孔爆破往往能取得比峒室爆破好得多的爆破效果，從充分利用爆炸功這一點來分析，同樣可以得到藥量分布越均勻，越能充分利用爆炸功的結(jié)論。見圖二。
圖 二 深孔爆破中的炸藥分布比峒室爆破中的炸藥分布要均勻得多
從大量的研究表明，在用炸藥爆破礦巖時，其利用的能量僅達到25% ～ 30%，而如何提高爆炸能量的利用已成為當(dāng)今采礦界共同研究的一大課題。關(guān)于這一點，通過我個人十多年在生產(chǎn)實踐中的研究和探索，我認為無論對球狀藥包還是柱狀藥包如果能夠達到同步起爆，這對充分地利用炸藥能量是很有效的一個途徑。其原由在于，如果整個藥包或藥柱能夠達到同步起爆，在其炮孔或藥室所控制范圍內(nèi)的礦巖受力極為均勻，這有利于礦巖的裂隙的形成和發(fā)展，有助于礦巖的破碎，而且上部的爆轟氣體對下部的爆轟氣體產(chǎn)物有阻止逸出的作用，即，上部藥包爆炸時所產(chǎn)生的爆轟氣體產(chǎn)物對下部藥包的爆炸有自封作用，使其作用力充分引向自由面，并延長了爆轟氣體產(chǎn)物的作用時間，加速了礦巖間的移動和碰撞擠壓作用，從而達到充分破碎礦巖的目的。但是由于我們目前所使用的爆破器材，受制造技術(shù)等諸多方面的影響，尚且不能達到如此高的精度，總存在許多差異性，起爆時間總是存在著誤差，特別是高段雷管誤差就更大了，所以要想在微差時間內(nèi)達到同步是不可能的，為解決這一問題，我們現(xiàn)在只有從盡量縮短時差方面來入手，如在炮孔內(nèi)采用同段雷管多點起爆或利用導(dǎo)爆索的高速傳爆性和起爆性采用軸向起爆等方法來達到這樣的目的，這在我礦多年來的爆破實踐過程中都取得了較好的爆破效果。
以下我們來探討一下鄰近系數(shù)m值與爆破效果的關(guān)系。首先我們作一個假設(shè)，將巖石作為各向同性的均質(zhì)體并將礦巖中的裂隙的發(fā)展看作是等速發(fā)展來考慮，那么按裂隙達到自由面與相鄰兩炮孔間的裂隙的貫通達到同步的要求，此時的a = 2Wmin，即m = 2，而從消除應(yīng)力降低區(qū)的角度來考慮m值應(yīng) > 2。再從爆破幾何學(xué)的觀點來分析，如采用三角形（錯開形）布孔時，要取得良好的爆破效果必然要求炮孔應(yīng)布置成如圖三的平面幾何關(guān)系：
圖三 根據(jù)爆破幾何學(xué)求最佳m值
當(dāng)C點爆轟時，A、B、D三點應(yīng)同時達到最大的拉應(yīng)力值，這樣的爆破效果應(yīng)是最好的，而且能較為充分地利用爆炸能量，此時DB/OA就是我們所求的最佳m值，則有：
A/B＝2BO/AO = 2tg60 = 2 x 1.732 = 3.5
此就應(yīng)為m值的上限值。所以說按此假設(shè)實用的m值應(yīng)為2～3.5?，F(xiàn)在我們又轉(zhuǎn)入到實際中來，根據(jù)第一節(jié)2、3兩條的性質(zhì)，無論從任何方向上來講m >2這一點是何以確定的（即實際的m值應(yīng)大于2），而關(guān)于m值應(yīng)小于3.5這一條結(jié)論，還值得我們仔細地權(quán)商，因為在眾多的爆破實踐過程中實際m值的取值范圍遠遠超出了這個值，這樣也就加大了m值的取值范圍。這就目前所采用的特殊型的超大孔距爆破的實際是相吻合的，即，m值取值達到5～10。
下面我們來剖析幾個例子來說明上述的論述，如圖四的A、B、C：
在分析之前，我們再對小孔距、大孔距和超大孔距做出區(qū)分的定義；當(dāng)b > a時，即m < 1，我們就定義其為小孔距；那么當(dāng)m > 1也即a > b時，我們則定義其為大孔距，在此我們又做人為的規(guī)定，將m >