王振新

(葛洲坝易普力新疆365体育有限公司，新疆乌鲁木齐，830002)

摘要：通过工程试验，总结工程水压爆破技术(水土复合填塞炮孔)的原理及在露天煤矿爆破施工中的应用效果。在露天煤矿爆破施工中应用这项技术，可以提高煤层爆破的大块率，降低单位立方岩石耗药量，降低爆破气体的温度，在一定程度上可以降低煤层爆破失火，降低了粉尘和有害气体的排放量，降低了爆破振速和噪声，有效的控制了爆破飞石。

关键词：工程水压；爆破；煤层；效果

1工程水压爆破的原理

水压爆破是指将药包置于注满水的被爆容器中的设计位置上，以水作为传爆介质传爆爆轰压力使容器破坏，且空气冲击波、飞石及噪声等均可有效控制的爆破方法。利用水的不可压缩性质，能量传播损失小。炸药爆炸瞬间水传播冲击波到容器壁使其产生位移，并产生反射作用形成二次加载，加剧容器壁的破坏，遂使容器均匀解体破碎。此法简便易行，效果良好。

大量工程实践和试验研究证明，不堵塞炮孔的爆破炸药的能量便以“冲炮”形式泄出。而爆轰波传到炮孔不回填部位时，由于空气的可压缩性极大，应力波大部分能量因压缩空气而衰减消失，极大削弱了对炮眼岩壁的破碎。利用炮泥回填堵塞炮孔，可以解决加强膨胀气体的破岩作用的问题。但炮泥也是可压缩的，只不过与空气相比压缩性小，应力波能量损失相对比空气少。如果用水作为应力波的传播介质，水是不可压缩的，吸收的爆炸能力小，就解决了应力波在传播过程中的能量损失问题。但如果全用水堵塞，水对膨胀气体没有约束能力，实验表明，全用水袋堵塞，也会发生“冲炮”现象，起不到提高炸药能量利用率的作用。

而工程水压爆破技术，就是针对岩体爆破动力（爆轰应力波和爆轰气体综合作用），用水和炮泥（沙土）回填炮孔，利用水的不可压缩性和炮泥（沙土）的堵塞作用，减少爆轰应力波在传播过程中的衰减，使爆轰气体的作用时间相对延长，加强破碎岩石的作用。

2工程水压爆破的特点

由于水的物理力学性能同空气不一样，与空气不耦合装药相比，工程水压爆破（水耦合装药）具有以下特点：

(1)基于水的不可压缩性和较高的密度、较大的流动黏度，水中爆轰产物的膨胀速度要慢，在耦合水中激起爆炸冲击波的作用强度高和作用时间长。

(2)在炮孔周围岩石中产生的爆炸应力波强度高，衰减慢，作用时间较长，即有较高的爆炸压力峰值，因此，对岩石造成的破坏作用强。

(3)因为水的不可压缩性和较高的能量传递效率，同时相当于炮泥，水又具有一定的堵塞作用，因此，传递给岩石的爆破能量分布更加均匀、利用率高。

(4)在爆破破碎质量上，它能使破碎块度更加均匀；在爆破安全方面，它能够有效地控制爆破震动、爆破飞石、空气冲击波和爆生有毒气体的强度和数量、降低爆破粉尘。

(5)与耦合装药相比，水耦合装药又能够降低孔壁岩面上的初始冲击压力，利于提高光面爆破，预裂爆破的成型质量。

3  工程水压爆破在露天煤矿煤层爆破的应用

3．1  工程概况

新疆宜化矿业公司五彩湾煤矿位于新疆维吕尔自治区吉木萨尔县北偏西约350°方向，矿区区域范围处于准噶尔盆地腹地偏东位置，海拔690m左右，储量1.07亿吨，设计生产能力150万吨/年。

煤矿品质：煤层平均厚度66.76m，密度1.26/m。属于抗拉、抗剪断能力较低的不稳定-较软-中等坚硬的岩石类，易自然。

针对该煤矿煤层的特点和新疆宜化矿业公司要求我们在爆破过程中，提高爆破煤层爆破大块率以满足销售所需要块煤的需求。葛洲坝易普力新疆365体育有限公司准东分公司决定成立科研小组，在煤层爆破进行一系列的试验，意在减少爆破引起煤层着火情况和确保煤层爆破块度要求的技术和试验。

3．2爆破试验

(1)主要爆破参数。孔深H：根据台阶高度及业主方要求，孔深有9．5m、6．Om、15m三种主要参数，无超深(见图1)。

孔径d：采用现有的CM-351钻机，孔径d=115mm。

最小抵抗线w：w=3．Om。

单位炸药消耗量q：根据长期生产实践，q=0．1kg/m³。

孔距排距：a=8．Om，b=5．Om。采用梅花形布孔方式(见图2)。

单孔装药量Q：Q=qabH=31．2～46．8kg。

堵塞长度L：L=H-Q/Q_m=2．4～3．5m。

(2)水瓶的加工。水瓶为长20cm、直径6．Ocm的聚乙烯塑料瓶，瓶中充满水后，将瓶盖拧紧。水瓶放置、运输时有轻微变形，不影响装填及最后的爆破效果。

(3)炮孔的装药结构如图3所示。炮孔的装药结构依次为炸药、水瓶、砂土。装药量根据煤层条件按常规爆破的钻爆设计计算。水瓶、砂土的装填比例根据各孔装药后的剩余空间，现场试验确定。砂土的装填长度不宜太短，以免发生冲炮现象。

(4)起爆网络。孔内下导爆索，地表采用高精度雷管-导爆索起爆网络，如图4所示。

(5)实验数据采集。

1)筛分法。每次试验炮爆破后，随时抽收长×宽×高=20m×5m×10m断面爆渣，经挖掘机装车后过磅，然后经筛分系统进行筛分，将各类粒径的煤块分别称重后计算出块煤率，填写试验报告后存档。

2)影响法。采用影像设备（数码相机、DV等）记录爆破过程及爆后效果，为试验留下直观的原始资料。

3)测量法。使用RDK对取样的爆堆方量进行测量，以校核断面法相关数据的准确性。利用便携式红外线测温仪测量每次爆破实验煤层爆破前地表温度，孔底温度和爆破后地表温度、裂隙温度，并记录。

4)目测法。通过对试验炮的爆后质量跟踪，对爆堆表层的块煤情况进行形象描述。

(6)爆破效果分析。经过大量实验，分析爆破效果，爆破后煤层大块率有较明显增加，块度较均匀，易于挖装。孔深15．0m爆破区域，块度基本达到矿方要求，块度均匀。孔深9．5m爆破区域表面块度明显增加。实验数据表明，采用工程水压爆破技术对提高爆破后块煤率(大块和中块)有明显效果。爆破后温度变化：孔深9．5m爆破区域爆破前孔内平均温度为4℃，爆破后为7℃；孔深6．0m爆破区域爆破前孔内平均温度为10℃，爆破后为24℃。数据基本证明，采用工程水压爆破技术，爆破后对降低孔内温度有一定效果(见图5)。（略）

4  工程水压爆破在露天煤矿煤层爆破应用的成果

4．1  实验结果

(1)在煤层爆破中，工程水压爆破实现不耦合装药减少了粉碎圈的范围，减少了细煤粒的产生，可以提高块煤率。

(2)工程水压爆破有效的提高了炸药能量利用率，爆后煤渣的块度更加均匀，从而降低炸药单耗，减少了炸药用量。

(3)利用废弃的塑料瓶装水，作业工程简单、环保、操作方便，工作人员容易掌握。如果露天煤矿大规模使用，可以进行订制，在煤层中应用可取代空气间隔器。

(4)最佳水间隔长度及位置还需通过爆破实验不断优化。

4．2 技术经济效果

(1)节省炸药，提高炸药利用率。

(2)煤层爆破可提高大块率，且块度均匀。

(3)煤层爆破可减少爆破后着火现象。

(4)爆堆抛散距离缩短，露天爆破煤层（岩石）原地松弛。

(5)粉尘含量大幅度降低。露天深孔爆破出现常规深孔爆破的硝烟灰尘腾空升起的现象明显减少。

(6)减少爆破危害。降低爆破振动速度，工程爆破水压无飞石、噪音、明显减少。

5  结束语

综上所述，工程水压爆破与以往常规工程爆破相比，具有提高炸药能量利用率、提高施工效率、提高经济效益和保护环境的显著优点，符合可持续发展的战略方针。工程水压爆破技术在实践中取得了良好的爆破效果，具有创新性和实用性。采取炮孔充填水，并用砂土回填堵塞，提高了炸药能量利用率，改善了爆破对环境的影响，具有可操作性，工程水压爆破技术必将对工程爆破的发展作出重要贡献。

参考文献

〔1〕王玉杰．365体育．〔M〕武汉：武汉理工大学出版社，2007．

〔2〕史雅语，顾毅成．工程爆破实践〔M〕．合肥：中国科学技术大学出版社，2002．

〔3〕霍永基．工程爆破文集〔M〕．武汉：中国地质大学出版社，1993．

摘自《中国爆破新进展》