露天中深孔爆破技术（1）学习参考资料

一．常用钻孔设备
潜孔钻机通常适用钻凿直径80～250mm的炮孔，孔深一般不大于20m，特殊需要时可钻凿150m的深孔。
潜孔钻的主要优点：
    ① 冲击的凿入能量不经钻杆而直接传递到钻头，能量损伤小；
    ② 冲击器工作中以强吹高压气体方式，排出孔底的岩渣，效果显著，有利于提高凿岩速度；
    ③ 冲击器置于孔底，方向定位好，一般不会出现斜孔或弯孔现象；
    ④ 可在节理、破碎岩体中作业，适用范围广，可打直孔，也可打倾斜孔。
1. 潜孔钻机的分类：
    目前，潜孔钻的分类方法不统一。按作业地点可分为露天和地下型；按 钻孔直径可分为小孔径（80～114mm）、中孔径（127～146mm）和大孔径（>153mm）三种；按工作风压可分为普通型（风压<0.7MPa）和高风压（风压>1.0MPa）高风压型两种。
2. 潜孔钻机的机械结构：
（1）回转供风机构：其作用为冲击凿岩提供动力和钻孔排渣任务。
（2）提升推进机构：在钻孔过程中，使钻具向下推进；当接卸钻杆、更换与检查钻头时，提升钻具。
（3）钻架起落机构：调整钻架的角度，钻架起落范围在0～90°之间。
（4）行走机构：实现钻机的移动。
3. 潜孔钻具：潜孔钻具包括冲击器、钻头和钻杆等。
（1）冲击器：按配气方式不同，冲击器可分为有阀与无阀两类。现在国内 冲击器主要有C、J和W三种型号。主要的规格有：J-80B、J-100B、J-150B、J-170B、QCZ-80、QCZ-150、QCZ-170、QCZ-250、W-150和W-200等。
（2）潜孔钻头：钻头有刃刀和柱齿两类，目前普遍采用柱齿钻头。
表1 国内潜孔钻机技术性能一览表
型  号    钻孔参数    工作气压MPa    推进力kN    耗气量L/s    驱动方式    生产厂家
    直径/㎜    深度/m                   
KQY90    80~130    20    0.5~0.7    45    116    气动－液压    浙江开山股份有限公司
KSZ100    80~130    20    0.5~0.7        200    全气动   
KQD100    80~130    20    0.5~0.7        116    电动   
HQJ100    83~100    20    0.5~0.7    45    100~116    气动－液压    衢州红五环公司
KQN90    95    20    0.5~0.7        150    柴油－液压    宣化采掘机械厂
KQL100B    95    30    0.5~0.7    65    200    气动   
TLQ/G-100A    95    15    0.5~1.2        200    柴油－液压   
QZJ—100B    100    60    0.5~0.7        200    气动   
KQG—100    115    40    0.5~1.2    10    200    电动   
KQG—150    165    17.5    1.05~2.5    12.3    433    电动   
KQS—150    170    25    0.5~0.7    22    333    电动   
KQG165    165    60    1.76        270    电动－液压   
KQ250    250    16    10    30    500    电动－液压   
CLQ15    105~115    20    0.63    10    240        天水风动机械有限公司
KQLG115    90~115    20    0.63~1.2    12    333    气动－液压   
KQLG165    155~165    水平70    0.63~2.0    31    580    气动－液压   
TC101    105~115    20    0.63    13    260    气动－液压   
TC102    105~115    20    0.63~2.0    13    280    气动－液压   
KQL120    90~115    20    0.63        270    气动－液压    沈阳凿岩机股份公司
KQG120    90~120    20    1.0~1.6        300       
KQL150    150~175    17.5    0.63        290       
CTQ500    90~100    20    0.63        150       
HCR-C180    65~90    20    0.63    0.5    150    柴油－液压    沈凿－古河
HCR-C300    75~125    20        32        柴油－液压   
CLQ80A    80~120    30    0.63~0.7    10    280    气动－液压    宣化英格索兰公司
CM—220    105~115        0.7~1.2    10    330    气动－液压   
CM—351    165        1.05~2.46    13.6    350    气动－液压   
CM120    80~130        0.63    10    280    气动－液压   
二．中深孔爆破常用起爆方法
1.电力起爆法
1）电雷管灼热原理和主要参数
电雷管中引火药（剂）发火的热源是桥丝通电后所放出的热量。通电电流和通电时间一定，若雷管R不同，就会使成组电雷管爆破网路中雷管早爆和拒爆。因此，为防止拒爆，在同一网路中电雷管应为同厂同批同型号产品。康铜桥丝电雷管电阻差，不得超过0.3Ω，镍铬桥丝电雷管电阻差值不超过0.8Ω。
最低准爆电流： 给电雷管通以恒定直流电，能将桥丝加热至点燃引火药的最低电流强度。国产电雷管最低准爆电流不大于0.7安培。
成组电雷管爆破时，流经每个电雷管电流为：一般爆破：交流电不小于2.5A，直流电不小于2A；大爆破：交流电不小于4A，直流电不小于2.5A。
高安全电流：在一定时间（5分钟），给电雷管通以恒定直流电，而不会引燃引火药的最大电流。国产电雷管最高安全电流为：康铜丝0.3A，镍铬丝0.25A。为更安全起见，爆破安全规程规定爆破场地杂散电流不大于30mA，量测电雷管的仪器，其输出电流不超过30mA。
2）电爆网路的联结形式
电爆网路有串联、并联、混联三种形式：
3）电爆网路各组成部分
（1）导线：电爆网路中的导线必须是绝缘良好的胶皮线，铜芯、铝芯不限，但要满足起爆电流和电阻的需要。
（2）电源：电起爆的电源有放炮器、干电池、蓄电池、移动式发电机、照明电力线、电力动力线。
目前最常用的是电容式放炮器。它利用大容量瞬间放电来提供起爆冲能，其特点是重量轻而容量大。国产电容式放炮器型号较多，但工作原理基本相同，只是某些电路稍有改变而已。


表2  专用起爆器的性能与规格
型号    起爆能力/发    输出峰值/V    最大电阻/Ω    充电时间/s    电流持续时间/ms    质量/㎏    大小/㎜    生产厂家
MFB-50/100    50/100    960    170    ﹤6    3~6        135×92×75    抚顺煤炭研究所
MFB-200    200    1800    620    ﹤6            165×105×102   
NFJ-100    100    900    320    ﹤12    3~6    3    180×105×165    营口市无线电二厂
J20F-300-B    100/200    900    300    7~20    ﹤6    1.25    148×82×115   
QLDF-1000-C    300/1000    500/600    400/800    15/40        5    230×140×190   
GNDF-4000    4000/2000    3600    600    10~30    50    11    385×195×360   
GM-2000    4000    2000        ﹤80        8    360×165×184    湘西矿山电子仪器厂

（3）爆破专用电表：用来测量电爆网路和电雷管电阻，决不能采用普通电桥、欧姆表和万用表。因为此类电表的输出电流太大，常常引起早爆事故。
2．塑料导爆管起爆法
导爆管起爆法本身不能直接起爆工业炸药，而只能起爆炮孔中的雷管，再由雷管引爆炸药。
1）导爆管起爆系统的组成
导爆管起爆系统由三部分组成：击发元件、传爆元件（连接元件）和未端工作元件。击发元件的作用是激发导爆管，使它产生爆炸，常用的如雷管、击发枪火帽、电引火头和电击发笔等。
2）塑料导爆管爆破网路
导爆管网路是在串联和并联基础上的混联。实践证明，导爆管起爆系统用于隧道爆破以并联网路较好，露天中深孔以并串并联为宜。
孔外微差爆破除了比孔内微差爆破节省起爆器材费用之外，最大特点是只用一种段别的毫秒雷管就可实现等间隔微差爆破，右图为用2段毫秒雷管（延期25ms）实现的爆破网路。
（3）塑料导爆管的应用范围和特点
该起爆法应用范围较为广泛，除了在有沼气和矿尘爆炸危险环境中不能采用外，几乎可在各种条件下应用。
优点：A 操作技术简单，易掌握，起爆准备工作量较小；
B 不受外来电的影响，安全性高（除非雷电直接击中它）；
        C 成本低，能使成组炮孔或药室同时起爆，且同时起爆炮孔数目不限，并能实现各种方式的微差起爆。
缺点：A 起爆前无法用仪表来检查起爆网路联接的质量；
          B 不能用于有沼气或矿尘爆炸危险的地点；
          C 爆区太长或延期段数大多时，空气冲击波或地震波可能会破坏网路；
          D 高寒地区塑料管硬化会恶化导爆管传爆性能。
三．露天台阶中深孔爆破
露天台阶爆破是在露天矿场的台阶（也称梯段）上进行的，每个台阶至少有倾斜和水平的两个自由面。在水平面上进行爆破施工作业，爆破岩石朝着倾斜自由面的方向崩落，然后形成新的倾斜台阶坡面。炮孔及坡面剖面图如图所示。W底是底盘抵抗线，即药包中心到坡底部的距离，是爆破阻力最大的地方。h为炮孔超深，又叫超钻。其作用是用来克服台阶底盘岩石的夹制作用，使爆破后不留残根，而形成平整的底盘。超深选取过大，将造成钻孔和炸药的浪费，增大对下一个台阶顶盘的破坏，使下台阶钻机穿孔时易塌孔；并且会增大爆破地震波的强度；超深不足将产生根底或抬高底盘的标高，而影响装运工作。
所谓中深孔是指孔径大于50毫米孔深超过5米的钻孔。一般在台阶上或事先平整的场地上进行，要求要全面改善爆破质量，改善爆破技术经济指标，降低开采的总成本。
1．钻孔形式与布孔方式：
深孔爆破钻孔形式一般分为垂直孔和倾斜孔二种,从爆破效果来看，斜孔优于垂直孔，主要是斜孔的抵抗线均一；但钻凿斜孔的技术操作比较复杂，孔的长度相应比垂直孔长，而且装药过程中易发生堵孔，所以在大型露天矿山开采中，广泛采用垂直孔。
多排孔布置中深孔排列的形式有多种，归纳起来主要有两大类，即三角形和矩形布孔。布孔排列形式虽然比较简单，但按不同的起爆顺序对炮孔进行组合，可以得多种形式。
2．露天台阶中深孔爆破参数
（1）孔径
露天深孔爆破的孔径主要取决于钻机类型、台阶高度和岩石性质。当采用潜孔钻机时，孔径通常为100～200毫米，牙轮钻或钢绳冲击钻时，孔径为250～310毫米。一般钻机选型后，炮孔直径也就固定下来；孔径越大，越有利于炸药的稳定传爆和达到理想爆轰，利于充分释放炸药能量从而提高延米爆破量。
（2）孔深
孔深由台阶高度和超深确定。台阶高度主要考虑为钻孔、爆破和铲装创造安全和高效率的作业条件，一般由铲装设备选型和矿岩开挖技术来确定。多采用10～12米台阶，也有采用15～20米高台阶。
超深是指钻孔超出台阶底盘标高的那一段孔深，其作用是用来克服台阶底盘岩石的夹制作用，使爆破后不留残根，而形成平整的底盘。超深选取过大，将造成钻孔和炸药的浪费，增大对下一个台阶顶盘的破坏，使下台阶钻机穿孔时易塌孔；并且会增大爆破地震波的强度；超深不足将产生根底或抬高底盘的标高，而影响装运工作。
当岩石松软，层理发达时可取小值。如台阶底盘处有水平裂隙或软夹层等地质结构，则甚至不用超深或取负值。
（3）底盘抵抗线
底盘抵抗线是指从台阶坡底线到第一排孔中心轴线的水平距离。它是一个重要的爆破参数，过大的底盘抵抗线会造成根底多、大块率高、后冲作用大；过小则不仅浪费炸药、增大钻孔工作量，而且易产生飞石危害。底盘抵抗线的大小同炸药威力、岩石可爆性、岩石破碎块度要求以及钻孔直径、台阶高度和坡面角等因素有关。诸多因素难以用一个简单的数学表达式来代表。可以参考类似矿山来选取，然后工作中不断调整完善。
（4）孔距与排距
炮孔密集系数m一般大于1.0，随着大孔距爆破技术的推广应用，m可扩大到3～8。
排距是指多排孔爆破时，相邻两排孔之间的距离。目前，广泛采用宽孔距小抵抗线的密集孔爆破。
（5）堵塞长度
堵塞长度关系到堵塞工作量的大小、炸药能量利用率和空气冲击波的危害程度。合理的堵塞长度应能防止爆炸气体产物过早地冲出孔外，使破碎更加充分。经验表明，堵塞长度同孔径有关，是孔径的12～32倍，视岩石和炸药性质而定。
堵塞物料多为就地取材，以钻孔时排出的岩碴砂做堵塞物料。
（6）每孔装药量
按体积计算公式计算。
    3．微差爆破
    微差爆破又称毫秒爆破。它是以毫秒级的时间间隔，在炮孔孔间或炮孔排间按一定顺序起爆的一种起爆方法。由于前后起爆的相邻药包爆炸时间间隔极短，致使各药包造成的能量场相互发生影响而产生良好的爆破效果。首先它可以爆破地震效应；其次，还可以改善破碎质量、降低炸药单耗、减少后冲、爆堆比较集中等优点。因此，它已经成为露天矿采剥作业的一种主要方法。
  （1）微差爆破作用原理
    由于相邻炮孔起爆的间隔时间很短，在爆破过程中存在着复杂性的相互作用。其主要作用原理是先爆孔为相邻的后爆孔增加新的自由面，应力波的相互迭加作用和岩块之间的碰撞作用，使被爆岩体获得良好的破碎，并相应提高了炸药能量利用率。
（2）微差间隔时间的确定
    确定合理的微差间隔时间，对改善爆破效果与降低地震效应具有重要作用。确定间隔时间时主要考虑岩石性质、布孔参数、岩体破碎和运动特征等因素。间隔时间过长则可能造成先爆孔破坏后爆孔的起爆网路；过短则后爆孔可能因先爆孔未形成新自由面而影响爆破质量。由于对微差爆破机理尚无定论，所以间隔时间的选取一般按经验公式确定。
四．中深孔爆破安全技术
1．外来电流的危害与预防
外来电流：一切与专用起爆电流无关、意外进入电爆网络（电雷管）的电流。
当外来电流超过电雷管的最大安全电流时，就可能引起电雷管早爆。
1）雷电：带电云体（雷云）释放巨量静电荷的自然现象。当与地面距离很近 时，产生雷电。对爆破作业产生下列危害：
（1）直接雷击：雷云与地面间放电时，释放能量平均约2×108～2×1010J，瞬间感应电压高达2×104V.cm-1；其温度高达3×104℃，完全可以引爆邻近的电力或非电起爆网络，甚至直接引爆炸药。
（2）静电感应：在雷云电场作用下，导线已感应大量电荷。放电后电场瞬间消失，导线带的电荷来不及流散，由此产生导线对大地的感应电压102～103kV，可瞬间击穿电线，引爆电雷管。
（3）电磁感应：雷云放电时，电流幅值陡然增大，在其周围会产生变化极大的电磁场，处于该场内的电爆网络导线就会感应出强大的电动势，使场内金属环端头间隙出现火花放电；也可使构成闭合回路的金属导线产生感应电流，如回路内导线接触不良，就会导致局部发热而引爆雷管。
    在上述三种危害中，后两种出现频率较高。
    预防雷电危害的措施：
    ① 掌握爆区气象规律，了解雷电多发时间段。尽可能避开在雷雨时节施工。当必须实施爆破作业时，应尽量选用非电起爆方法。
    ② 爆破施工期间，暂时切断一切通往爆区的铁轨、金属管道等导体。
    ③ 进行露天爆破作业时，发现雷电征兆（爆区内雷警仪）应停止作业，全体作业人员立即撤离到安全区域。
    ④在露天爆区、炸药加工厂或炸药堆放场周围设置封闭的避雷针群，可以构筑类似屏蔽作用的避雷保护区。
2) 静电：
(1) 人体静电：人体与穿着的衣物（特别是化纤衣料）之间接触、摩擦而产生静电。据测定：穿着塑料底鞋的人在绝缘地面行走时静电压可达数千伏；而穿化纤衣料的静电压更高达数十千伏。人体就是一个活动的导电体，很容易因静电感应导致火花放电而诱发意外爆炸。国内已多次出现此类早爆事故。
(2) 粉体静电：采用压风装填粉、粒状炸药时，输药管内的炸药颗粒具有分散、悬浮的粉体特点。因其分散，颗粒的表面积比同类等重的药卷的大很多，增加了颗粒与管壁间的接触机会，更容易摩擦产生静电；因其悬浮，颗粒通过空气与岩体绝缘，静电难于泄漏易于积累，从而产生电压很高的粉体静电，构成“早爆”威胁。
预防静电的原则：促使不产生或少产生静电，已产生的静电及时引导外泻。
预防静电的措施：
1）进行爆破器材加工、爆破作业时，工作人员不应穿化纤材料的服装；
2）增大压气装药场所的空气相对湿度，可采用在地面、岩壁洒水的方法；
3）采用半导电材料的输药管，为便于炮孔内的静电，管体电阻不得大于5×105Ω；
4）装药设备系统接地良好，接地电阻不大于1×105Ω。靠胶轮移动大的金属装药器应设专用接地线；为提高接地效果，接地处可喷水湿润；
5）向炮孔装药时，禁止非电套管，以防止阻碍孔内炸药颗粒所带电荷泻入大地；
6）采用抗静电的低感度电雷管代替普通电雷管；
7）采用非电起爆方法代替电起爆。
3) 感应电：
（1）交变感应电：电力设施（发电厂、变电站等）附近存在交变电磁场，在其作用范围内的电爆网络可看成闭合环路线圈而产生交变感应电。
（2）射频感应电：射频源（广播电台、电视发射台、中继站、雷达发射台等)附近空间，在其作用范围的电爆网络可看成天线接受电磁能量而产生感应电。
广播电台的中波段（0.535～1.605MHz），发射机功率大，频率低，衰减慢，故对电爆网络上的射频感应较强，最应重视。
移动通信设备发射功率虽然不大，但可直接进入爆破现场产生影响。据测定，功率0.1W的无线电报话机在据电雷管2.2m以外才是安全的。
预防感应电导致电雷管早爆的措施：
调查爆区附近外部电源（电力设施和射频发射源）情况，掌握其位置、功率等。电雷管爆区与高压线的距离应符合《爆破安全规程》规定。