矿山爆破及矿用炸药

爆破技术最主要的两大应用：采矿业和战争，和平年代主要用于采矿爆破是采矿的主要工艺，决定了采矿的主要技术经济指标，所以矿山特别重视爆破技术爆破不仅用于采矿，可以广泛地应用于各类岩土工程、拆除爆破、加工和材料等领域。岩石的矿物成分和组织特征岩石是一种或多种矿物组成的集合体，岩石的组织特征是指岩石的结构和构造。岩石的结构指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小和形状以及彼此间的组合方式岩石的构造指岩石中矿物集合体之间或矿物集合体与岩石其它组成部分之间的排列方式以及充填方式，如片理关或层状构造一、岩石的物理性质岩石的孔隙度、密度、容重岩石的孔隙度η是指岩石中的各种孔隙的总体积对岩石的总体积之比；岩石的密度ρ是指构成岩石的物质集合相的质量对该物质集合相所具有体积之比岩石的容重γ是指原岩重量G对包括孔隙在内的原岩体积之比3300/;)()(/;;%mtVGcmgVVMVV含孔隙重量岩石的碎胀性岩石的碎胀性指岩石破碎后因碎片间孔隙增多而总体积增大的性质，用脆胀系数表示岩石的波阻抗岩石的波阻抗指岩石的密度同纵波在岩石中传播速度的乘积VVK1vm二、岩石的力学性质岩石的强度性质抗压强度抗剪强度抗拉强度抗拉强度最小，抗压强度最大都是静载条件下测出的，凿岩爆破都是动载，所以只能做参考岩石的变形性质主要是弹性变形：金属矿山的岩石主要表现为弹性塑性岩石最好可以不用凿岩爆破方式破碎三、岩石的硬度莫氏硬度——比较硬度，无数值关系莫氏硬度将岩石硬度分为10级：硬度矿物鉴定试验1滑石指甲易刻划2石膏指甲可刻划3方解石小刀易刻划4萤石小刀可刻划5磷灰石小刀刻划有痕迹6长石小刀刻划几乎不能刻划7石英小刀不能刻划，可划玻璃8黄玉能刻玻璃9刚玉能刻玻璃10金刚石能刻玻璃四、岩石可钻性岩石的可钻性指在岩石上钻孔的难易程度，直接和凿岩工艺相关东北大学的凿碎法岩石可钻性分级比较实用用4公斤的锤自由落下，冲击40mm的一字形钎头，共480次，算出总冲击功，量出所凿孔的岩石体积，算出凿碎单位体积岩石所消耗的功，称为凿碎比功，即凿碎单位体积岩石所消耗的功。用凿碎比功的大小将岩石的可钻性分为7级20kgm/cm3以下为1级，70kgm/cm3以上为7级，中间每增减10kgm/cm3升降一级。特点是直接指标，不用换算。凿测器示意图五、普氏岩石坚固性分级M.M普罗托基雅可诺夫提出基本观点：岩石的坚固性在各方面的表现是一致的。难凿岩的岩石，也难爆破，运输磨损也大。将岩石的坚固性分为10级，I最坚固，X级最不坚固。将岩石在各类采掘作业中的坚固性表现换算成数值，综合起来用普氏系数f表示，最大的f是20，f值愈大，岩石愈坚固。当时的f值是和当时的生产条件相对应的。现在的生产条件已经和当时不同了，不能再用当时的方法来确定。现在的f值是用岩石的抗压强度值（MPa）除以10，这样就出现了超过20的f值。与普氏当时的含义不完全相同。普氏岩石坚固性分级仍被广泛采用。六、岩石爆破性分级东北大学钮强教授领导完成标准试验条件下，以爆破漏斗体积、大块率、小块率、平均合格率和岩石波阻抗为依据，算出岩石的爆破性指数岩石爆破性指数F。公式不用记，知道含义就行。F38为I级，极易爆；F=38以上—53为II级，易爆；F=53以上—68为III级，中等；F=68以上—81为IV级；难爆；F=81以上为V级，极难爆。岩石爆破性分级没有得到广泛应用。七、岩石的磨蚀性岩石的磨蚀性指岩石对破岩工具的磨损强弱程度。用于衡量岩石对钻头、钻杆、破碎机械、磨矿机械、各种与岩石直接接触的设备的磨损。国内外曾提出过多种衡量岩石磨蚀性的指标，但得到实际应用的很少。东北大学曾进行过大量的研究工作，也提出过衡量岩石磨蚀的指标。对于象钻头（硬质合金）这类工具来讲，磨蚀性与岩石中石英的含量有直接关系，石英含量愈高，岩石的磨蚀性愈强，但当石英含量太高时，岩石的强度会降低（松散），岩石的磨蚀性反而会降低。冲击式凿岩原理以一字形钻头为例冲击：破碎岩石过程回转：换位排粉：清洗孔底推进：使钻头始终压在孔底其它：操纵机构、润滑二、小型风动凿岩机重量小于30公斤手持式：Y-30，Y-19，Y-20推力由人提供气腿式：YT-24（7655）推力由气腿提供上向式气腿式：YSP-45上向式凿岩式适用于掘进或小型凿岩爆破作业效率较低，人工劳动量大，孔不够深灵活性好，价低，应用最广四、重型凿岩机相对于小型凿岩机而言是重型重量30~90公斤都是导轨式装在凿岩台车上使用YG35，40等，用在掘进YG-80，90；YGZ-外回转。采矿凿深孔用五、潜孔钻机因冲击机构潜入孔底而得名除冲击机构外，其它机构都在孔外潜孔钻机没有小的，都是较大的，孔径一般都大于100毫米YQ-100，120，115，150，200，250等Q表示潜孔钻，有井下和露天之分，高低风压井下是支架式，露天是钻架式，带行走机构应用广泛，不仅用于采矿，还可钻井七、钻头的选择原则硬质合金：W，Co类YG-8，YG-8c系列：后面的数字是Co钴含量YJ-1系列：后面的数字不是Co含量对软岩用硬的，对硬岩用软的Co含量愈高愈软，WC的颗粒愈小，愈硬一、爆炸类型物理爆炸只是物态变化，物质没变，就是物理状态变化过程如锅炉、高压容器、轮胎的爆炸，容器内的气体在爆炸前后仍是同种气体，只是压力和体积变了爆炸前后物质分子式没变。化学爆炸爆炸过程就是化学反应过程如炸药、瓦斯、粉尘爆炸黑火药：2KNO3+S+3C=N2↑+3CO2↑+K2S爆炸后由原物质变成了新物质，物态当然也变爆炸过程中原子没变，只是分子变了爆破工程主要利用炸药爆炸核爆炸某些物质的原子核发生裂变或聚变链锁反应时产生的爆炸原子变化过程爆炸在原子内发生原子弹和氢弹爆炸都属于这类人类对爆炸的认识还远远不够，自然界可能还有威力更大、作用原理更加复杂的爆炸现象如太阳系里、银河系内、宇宙里的爆炸，我们了解甚少。至今为止我们所知的威力最大的动力是爆炸，在宇宙中是否还存在着其它远比爆炸威力更大的动力，有待我们去探索。研究爆炸现象实质上是在研究人类所认识的最大威力的动力。二、炸药爆炸三要素放出大量热量——做功的能量是做功的能源，热量会不断加速反应，提高反应区的温度。生成大量气体——做功的介质气体是膨胀做功的介质，气体具有压缩性，瞬间产生大量气体，聚集在很小的空间内，提供了强大的对外做功能力。高速进行——做功的效率速度快，做功的功率就大，能量密度就高煤燃烧放出的热量比炸药多，但由于反应速度低，不能形成爆炸反应，而且做功的功率低，不能形成爆炸。以上三个条件缺一不可三、炸药的反应形式燃烧反应炸药都是燃料，可以燃烧，避免燃烧以热传导方式传播，速度比爆炸低得多炸药燃烧可能转变为爆炸，也可能转变为热分解炸药燃烧时不需要氧气，自己就含有足够的氧灭火不同于一般燃料热分解反应炸药热分解是有害的热分解时放出热，可能导致燃烧或爆炸可能使炸药变质，贮存问题热分解是必然的，我们所能做到的是控制其速度，尽早使用爆炸反应是爆破所希望达到的一般爆炸反应的速度可达几千米/秒以爆轰波形式传播炸药以最大爆速稳定传爆过程称为爆轰，理想实际上炸药的爆炸反应很少能达到理想状态爆炸可能因不利因素影响而转变为燃烧甚至转变为热传导——糟了爆轰爆轰是指炸药以每秒数千米的最大稳定速度进行的反应过程.特定的炸药在特定的条件下的爆轰速度为常数。a)传播方式不同。燃烧是通过热传导、热辐射和燃烧产物的扩散作用向未反应区传播；爆炸是靠反应区前面的冲击波来激发未反应的炸药（冲击波是波阵面上压强、质点密度和温度突变的压缩波）b)传播速度不同。燃烧时反应区的传播速度（燃速）低于未反应炸药中的声速；爆炸过程中反应区的传播速度（爆速）总是高于未反应炸药中的声速燃烧和爆炸的区别四、炸药的分类通常采用两种分类按炸药的构成分类单质炸药，单一物质本身就是炸药，如梯恩梯混合炸药，由两种以上物质混合而成的炸药，如黑火药按炸药的用途分类起爆药：敏感度非常高，在非常小的外能作用下就会引爆，如雷汞，主要用于起爆器材猛炸药：敏感度比起爆药低得多，比较安全，威力比较大，大量用于爆破的主装药，有单质和混合猛炸药，主要的矿用炸药发射药：以爆炸或爆燃的方式反应，用于军事的发射药，也用于矿山某些特殊爆破烟火剂：制造烟花爆竹还有其它分类工业炸药根据适用条件分为防水炸药和非防水炸药按照炸药的物态还可以将炸药分为固体炸药、浆状炸药、液体炸药和气态炸药按照用途还可以分为军用炸药、民用炸药五、起爆药与猛炸药起爆药用于雷管中的起爆药起爆能最先点燃的就是起爆药敏感度最高用量最少常用起爆有三种雷汞：Hg(CNO)2白色或灰白色微细晶体500分解，160—1650爆炸极敏感，潮湿或压制条件下感度降低，拒爆与铝反应生成物更敏感，不能用铝壳，般为铜或纸壳氮化铅：Pb(N3)2白色针状晶体与其它比热感度低，起爆威力大在潮湿环境下与铜反应而更敏感不同用铜壳二硝基重氮酚：C6H2(NO2)N2O(简称DDNP）黄色或黄褐色晶体安定性好，水中也不受影响，750开始分解，170-1750C时爆炸机械感度低，热感度介于两者之间大量使用二、单质猛炸药梯恩梯（TNT）三硝基甲苯C6H2(NO2)3淡黄色晶体，也称黄色炸药几乎不溶于水热安定性好，常温下不分解，1800C才分解遇火燃烧，可转为爆炸机械感度低，混入硬质掺合物感度高爆力300mL,猛度18mm，爆速7000m/s爆热4222kJ/kg猛度和爆力的含义——炸药威力的指标广泛用途军用——黄色炸药工业炸药敏化剂雷管加强药好炸药黑索金C3H6N3(NO2)3环三次甲基铵，简称RDX白色晶体，爆发点燃2300C,几乎不溶于水机械感度比TNT高，爆速8300m/s用于导爆索芯特屈儿好炸药泰安：简称PETN白色晶体，性能与黑索金差不多，用途相同硝化甘油，简称NG无色或浅黄色，油状液体，不溶于水有毒机械感度很高，13.20C冻结，极敏感常用硝化棉或硅藻土吸收以降低感度最好的防水炸药六、炸药的起爆起爆与起爆能起爆条件：打破原体系的平衡，足够的能量起爆能的形式热能起爆：火焰、加热，如起爆火雷管、电雷管内的起爆药。大量事故可能因火而发机械能起爆：撞击、摩擦、针剌，武器用，工业避免爆炸能起爆：用小爆炸起爆大爆炸，雷管起爆炸药各种起爆方式相互配合使用起爆机理热能起爆机理：单位时间内炸药反应放出的能量大于散失到环境中的热量；放热量随温度的变化率超过散热量随温度的变化率冲击起爆机理利用冲击波对炸药的冲击而使之起爆，冲击波产生的方式很多，摩擦、机械振动、高速碰撞、粒子冲击等。爆炸冲能起爆在工程爆破中常利用起爆药的爆炸冲能去引爆次发炸药，例如：用雷管的爆炸使铵油炸药爆炸。起爆药包主药包雷管热起爆能火雷管起爆炸药示意图七、炸药的感度1、感度分类热感度火焰感度：导火索引爆炸药衡量炸药在明火作用下引发爆炸的难易程度导火索距炸药的距离大于或等于某距离时，被测炸药100%不能被引爆，则此距离称为上限距离上限距离反映了被测炸药的安全性当此距离小于或等于某距离时，被测炸药100%被引爆，此距离称为下限距离下限距离反映了该被测炸药对火焰起爆的可靠性爆发点：炸药放在金属容器里加热，5分钟正好爆炸的温度机械感度撞击感度摩擦感度起爆感度极限起爆药量真正爆破应用的感度爆破实践中常用雷管感度，是否用雷管可起爆热感度测定爆发点——用爆发点测定仪火焰感度——用导火索喷火引爆炸药6次全点着的最大距离为上限6次全不着的最小距离为下限2、感度的测定爆发点测定装置1、合金浴锅2、电阻丝3、隔热层4、铜试管5、温度计爆发点炸药在铜试管中正好5分钟爆炸的温度机械感度撞击感度——用落锤仪25次试验，起爆的百分率表示垂直落锤仪1、滑轮