论爆破工程技术的应用及发展

赵军超　李培博　曹赛　都阳　张娟

摘 要：火药由中国发明，西方首次将火药用于爆破工程中。由于火药的实际应用，火药以及工程技术的研究也得到了大量的关注。中国的爆破工程技术起步较晚，但是发展却十分迅速，工程爆破也成为了中国国民经济成分中的一份子。通过阐述工程爆破技术的发展并结合实际需要，提出未来的爆破工程研究的发展方向。

关键词：爆破技术；爆破工程发展；爆破发展方向

爆破技术是利用炸药爆炸能量，使爆破对象发生变形、破碎、移动和炮制，达到预定目的的技术。利用爆破能量，可以破碎任何兼顾的戒指或改变介质的形状，所以爆破技术广泛应用于铁路、公路、矿山、水利、水电、建筑等工程的土石方开挖，以及航道的疏浚、建（构）筑物的爆破拆除、机电工程的爆炸加工、石油地质部门的勘探掘进和油气井爆破等，爆破技术在军事工程中的同样得到了广泛应用。

1爆破工程技术发展应用

早在公元7世纪，我们的祖先就首先发明了火药。1627 年，匈牙利将黑火药用于采掘工程，從而开拓了工程爆破的历史。1831 年导爆索出现，1867 年瑞典人诺贝尔发明了火雷管，同年又制成硝化甘油炸药，并由瑞典化学家德理森和诺尔宾首次研制成功硝铵炸药，到此工程爆破的安全性才有了一定的保障。20 世纪 50 年代中期，世界工业炸药进入了以廉价硝酸铵为主体的硝铵类炸药新时期，同时带动了工业电雷管等起爆器材和工程爆破技术的快速发展。近几年，中国工程爆破协会与外界的交流频繁，推动了我国工程爆破技术与国际的交流，也使我国工程爆破技术迈向了新台阶。

我国工程爆破的发展历程与经济建设的发展有着密切的联系。

新中国成立后，工程爆破技术在我国农田水利建设、矿山采掘、铁路（公路）、修筑等国民经济基础建设中立下了汗马功劳。特别是改革开放以来，中国的经济发展进入腾飞阶段，各种基础设施的建设带动了工程爆破事业的蓬勃发展。一方面大型水利电力以及城市和厂矿改扩建项目相继开工；另一方面许多工程爆破课题被列入国家“九五”、“十五”、“十一五”、“十二五”和“十三五”攻关项目及国家自然科学基金项目，通过这些项目的实施使我国的工程爆破技术得到全面迅速而有序的发展，并取得了一系列可喜成果。进入本世纪后，我国工程爆破面临的任务将更为艰巨。根据我国的“十三五”发展纲要，我国要想实现持续稳定的经济发展，必须实现爆破技术研究的高精发展，让爆破工程技术不仅服务于国门，同时能够走出去，服务于“两带一路”经济共荣圈的发展需要。

2爆破工程技术的新进展

2.1爆破机理研究活跃，数学模型得到实际运用

人们开始应用分形、损伤等数理建模方法，对岩体的天然结构进行全面、真实地描述；结台卫星定位系统，对炮孔进行准确定位，并利用钻机工作参数获取岩体性质数据；新型矿用炸药，为人们调节爆破破岩的能量输入提供了可能；高精度电子雷管，使人们能够精确地控制爆破时序；爆破破碎块度分布光学量测、分析技术，为人们对爆破破碎效果的定量、全面评定提供了手段；大容量、高速度计算机可以满足爆破破碎复杂系统的模拟要求。

2.2爆破工程技术趋于精细化

数码电子雷管、新型系列炸药和遥控起爆等为爆破技术精细化提供了有利的条件。近年来，利用数码电子雷管和新型乳化炸药的优点，在爆破作业环境复杂的地下矿山实现了爆破技术精细化，获得了良好的爆破效果和显著的技术经济效益。

2.3软岩与高温矿岩爆破技术得到发展

低密度、低爆速和低威力炸药为改善软岩爆破效果提供了工具。Orica推出的Novalite系列炸药的密度范围为0.3～1.1 g/，爆速为2～4.5 km/s，且爆轰稳定。这样就可以针对软弱矿岩的实际情况，选用不同密度和爆速的炸药，既可以使装填药柱保持达到上部，减少上部大块，还可以避免炮孔底部药量过于集中产生过远的抛掷。

2.4爆破规模和爆破设计实现系统优化

爆破规模由采场几何形状、年产矿石量、爆破技术和装备水平等综合确定的。国外爆破规模普遍较大，不同矿山的爆破设计程序尽管有所差异。通常根据爆区地质平面图、现场孔位标志、炮孔和爆堆的品位标志以及矿岩性质、地质构造、爆区形状和炸药类型等进行爆破，设计优化孔网、装药量等参数。美国奥斯汀炸药公司爆破服务队承担为矿山进行装药爆破任务，他们编制的计算机程序可以根据地形地质情况、爆破参数、装药结构、要求的爆破块度和爆破有害效应等项内容，用以确定出不同的爆破方案供用户选择。

3爆破技术的发展方向

3.1建立高效安全与系统和谐的“科研——生产——配送——爆破作业一体化”民用炸药爆破技术新体系

总体而言，爆破技术的发展推动了爆破器材的迅速发展；而爆破器材的迅速发展又推动了爆破和爆破工艺的巨大进步。两者之间是不可分割的整体，建立高效安全与系统和谐的“科研——生产——配送——爆破作业一体化”民用炸药爆破技术新体系，即由炸药供应商对爆破作业实现一条龙服务。现场混装炸药地面连续化制备技术及装药车的发展为建立“科研——生产——配送——爆破作业一体化”的民用炸药爆破技术新体系奠定了技术基础，民爆行业的整合以及集团化发展为建立“科研——生产——配送——爆破作业一体化”民用炸药爆破技术新体系提供了条件。实现民用炸药的生产、运输和爆破装药一条龙技术和服务体系，在不久的将来，将成为我国工业炸药的主要生产方式和形式。

3.2加快爆破技术与工艺研究创新的步伐，重点研究复杂环境下爆破施工技术与工艺

根据国民经济建设发展的需要，露天高台阶爆破、复杂条件下石方精确爆破技术、复杂地质条件下的高边坡快速开挖爆破技术、级配石料的控制爆破开采技术、软基爆破处理技术以及高原冻土爆破关键技术有待创新。要在开展提高和控制爆破能量利用技术研究的基础上，深人研究上述技术的爆破作用机理、爆破参数选择、安全控制标准、施工工艺与装备等露天矿山高台阶爆破施工技术，为采用索斗铲——自行式破碎机——带式输送机的连续运输工艺创造条件，建立露天矿山全新的高效低成本开采技术系统，从而实现高台阶（陡帮）露天矿山开采技术的跨越式发展。针对电气化铁路复线施工、公路改扩建工程、城镇地区场平爆破开挖等复杂条件下的大量石方开挖，进一步研究复杂地质环境条件下的精确控制爆破技术、城区爆破振动控制技术、复杂地形地质条件下的高边坡快速开挖爆破技术。

进一步研究地下矿山开采和采空区处理控制爆破技术。包括地下矿山深孔爆破技术，提高钻孔、装药、填塞机械化与自动化；研究大量崩落爆破的技术条件分析及优化；研究瓦斯煤尘条件下爆破安全控制技术；研究深水工程爆破和海底隧道爆破施工和安全技术等。

3.3提高工程爆破的自动化和数字化水平，重点研究爆破施工信息化技术

CAD技术的发展和应用水平已成为衡量一个国家科学技术现代化和工业生产技术现代化水平的一个标志。国外先进国家对于大型复杂爆破广泛采用计算机模拟，摆脱了爆破设计依靠经验和半经验的做法。加拿大R·法夫罗教授在岩石断裂力学的基础上研制的Blaspa软件，是包含数以万计方程式的数学模型，在北美50多个矿山得到应用。英国AIS公司开发的Davevtronic GPS爆破软件包可以实现爆破设计完全自动化。通过输人岩石的参数和炮孔深度、炮孔距离、炮孔数量以及台阶高度，自动模拟出爆破结果，并可根据要求的爆破效果自动给出最佳的爆破方案，通过GBS和GLONASS卫星定位技术和精确的炮孔与机载监控信息有机配合将钻孔布置直到起爆等一系列作业紧密联系在一起，实现爆破设计和爆破作业自动化。

因此，我们应该以研究开发露天高台阶、抛掷爆破新技术为突破口，研究完善爆炸与爆破过程的物理力学模型和数学模型，爆破效果和爆破效应的计算机模拟数学模型，运用计算机软硬件技术进行爆破模拟，逐步改变我国现有爆破工程的设计和安全评估大都基于经验或半经验法的状况。

3.4重视改善爆破安全和环境污染问题，研究爆破作业安全与周围环境保护的控制技术

爆破安全技术包括爆破施工作业中的安全问题和爆破对环境安全影响两大部分前者主要涉及爆破器材性能、使用条件、检测方法和起爆技术安全性问题；后者主要涉及安全准则、控制标准、爆破作用机理、爆破参数设计与方法有关的技术问题。爆破安全技术的创新与发展必须从上述两方面开展研究，采取措施消除各种不安全的因素并重点研究爆破作业安全与周围环境保护的控制技术。在研究爆破地震波的產生机制和传播规律的基础上，提出爆破震动安全评定的破坏标准、爆破空气冲击波与噪声的频谱特性及其传播规律；建立反映持续时间及频率影响的爆破空气冲击波与噪声控制标准，特别是在有煤尘、硫尘、硫化物粉尘的矿井中进行爆破作业的情况下；开展爆破测试技术的研究，降低工程爆破作业的有害效应；重视爆破有害效应的监测工作，研制新的爆破震动、空气冲击波、噪声、水中冲击波等测试仪器，提高监测水平；建立各类爆破作业的安全监测细则和技术标准，保证爆破工程的环境安全。

3.5民用爆破器材向多品种、系列化方向发展，满足各类工程爆破的需要

爆破器材总的发展方向是：大力推广应用乳化炸药、粉状乳化炸药、改性铵油炸药、铵油炸药、重铵油炸药；基于不同矿岩特性和爆破技术特点的需求，大力研究应用低感度、系列化的现场混装含水炸药、环保型高性能散装粉状炸药以及煤矿函需的高安全炸药，彻底改变目前炸药品种单一的局面，形成炸药威力由低到高，密度由小到大的安全性好、系列化工业炸药新体系。在起爆技术方面，进一步完善电雷管起爆系统，发展塑料导爆管非电起爆系统，研制开发数码电子雷管起爆系统和低能导爆索非电起爆系统，跟踪遥控起爆技术，形成电与非电相互配套的安全起爆系统，提高起爆技术的可靠性和安全性。

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（作者单位：河南理工大学安全科学与工程学院）