爆破(卷名：矿冶)
blasting
矿山采掘作业的主要工序。早在6～7世纪，中国就已经发明了黑火药。17世纪初，欧洲已用火药进行采矿，诞生了矿山爆破技术。19世纪下半叶相继出现了威力较大的硝化甘油炸药、雷管和凿岩机，形成了近代爆破技术。20世纪30年代开始，在地下开采中使用深孔爆破。50年代起，各国先后采用控制爆破技术。中国矿山在20世纪50年代采用了深孔落矿，一次爆破用药达几十吨，爆落矿岩几十万吨。与此同时在中国矿山的基建工作中开始采用硐室大爆破。爆破用药达万吨。1956年在甘肃白银厂露天铜矿一次爆破就用了9314.7吨炸药，是当时世界采矿爆破规模最大的一次。
爆破作用 若将一个球形药包埋在无限深的均质岩体中爆破，随距药包中心距离不同，药包周围的岩体将承受不同的爆破作用和呈现不同的破碎特征（图1）。直接与药包接触的岩体将受到超高压冲击波的冲击和压缩作用。若岩体具有可塑性，将强烈压缩，形成压缩圈。对于大多数坚硬岩石，可压缩性很小，岩体受到强烈冲击和压缩后将被压碎，形成压碎圈，其半径一般为药包半径的2～3倍。压碎圈以外的岩体，受到衰减后应力波的径向压缩作用而引起切向拉伸，当拉伸应力超过岩体的动抗拉强度时，便在药包周围产生放射状裂隙，爆炸产生的高压气体挤入裂隙中，促使裂隙进一步扩大和延伸；应力波通过后，受压缩的岩体迅速卸载，发生反向的径向运动，产生环状的拉伸裂隙；径向与环状裂隙相互交错，将岩体割裂破碎，形成破裂圈。由于应力波的急剧衰减，破裂圈以外的岩体只能作弹性振动，形成震动圈。
若将药包埋在岩体内一定深度，使爆破破碎作用能达到自由面时，爆破后岩体将被破碎，且部分岩块被抛掷，形成一个漏斗状凹坑，称爆破漏斗(图2)。其构成要素有：最小抵抗线、爆破漏斗半径、爆破作用半径和爆破漏斗深度。被破碎岩体与空气的接触面称自由面。爆破漏斗半径与最小抵抗线之比，称爆破作用指数(n)。n＜0.75时，称松动爆破；0.75＜n＜1时，称减弱抛掷爆破或加强松动爆破；n＝1时，称标准抛掷爆破；n＝1～3时，称加强抛掷爆破。随着n值的增大，炸药消耗量增加，岩块的抛掷率也增大。松动爆破的单位炸药消耗量较小，只使岩体破裂和松动，几乎没有抛掷作用，适用于井巷掘进和采矿。
爆破方法 在金属矿山中，使用浅眼、深孔和硐室三种爆破方法。
浅眼爆破 将炸药装在深度小于 3～5m、直径小于50mm的炮眼内进行爆破。特点是：操作简单，大块产出率较低，灵活方便。适用于井巷掘进、浅眼采矿和二次破碎等。
深孔爆破 将炸药装在深度大于 3～5m、直径大于50mm的炮孔内进行爆破。特点是：每米炮孔崩矿(岩)量大，效率高，成本低，作业条件比较安全，广泛用于采矿和剥离。
硐室爆破 将炸药装在专用的装药巷道或硐室内进行爆破。一次爆破的规模大，能缩短工期，施工所需的机械设备较简单。若与定向抛掷爆破相结合，可大大减少土石方装运工作量。但岩体破碎不均匀，大块率高，爆破引起的震动和破坏较大。主要用于露天矿剥离、修筑尾矿坝、平整场地和形成废石垫层等。爆破产生的大块，常需进行补充爆破破碎，称二次爆破。
中国煤矿井巷掘进中，炮眼深度小于2.0m的，称浅眼爆破，2.0～3.5m的称中深孔爆破，3.5m以上的称深孔爆破。
控制爆破 对岩体破碎过程、裂隙发展方向、岩块抛掷和爆破公害等应进行控制的爆破技术。控制技术主要有下列几种：
微差爆破 以毫秒级的时间间隔，按一定顺序起爆的技术。它可降低爆破地震效应，减少炸药消耗量和改善岩体的破碎质量。微差间隔时间由毫秒延期雷管（见起爆器材）或毫秒延时仪器实现，中国矿山已广泛采用。微差爆破的效果，主要取决于微差间隔时间。这个间隔目前靠实践经验或试验确定。在深孔爆破中，一般控制在15～75ms范围内；在井巷掘进的浅眼爆破中控制在50～150ms范围内。微差爆破的起爆顺序有多种:单排孔爆破采用孔间微差起爆；多排孔爆破采用各类排间微差起爆，炮孔排数一般为3～6排，多的可达10排以上。
挤压爆破 在待爆岩体前方堆有松碎岩块的条件下进行爆破。岩体爆破时，挤压前方松碎岩块使之补充破碎，改善爆破质量。露天采矿时，还可限制岩块抛掷，提高装载效率。中国一些矿山将微差爆破与挤压爆破联合使用，进一步提高了爆破效果。
光面爆破 较精确地按设计轮廓线爆裂岩石，使巷道或开挖面比较平整，围岩不受明显破坏，在岩壁上留有清晰可见的半个炮眼痕迹（图3）。20世纪50年代初，瑞典首先应用光面爆破技术;60年代起，中国矿山广泛应用光面爆破于掘进井巷、硐室和露天矿边坡工程。光面爆破用低威力炸药和不耦合装药结构，合理布置炮孔并同时起爆。不耦合装药结构的药包直径远小于炮眼直径，药包与炮眼壁之间留有一定空隙，以抑制炸药爆炸时爆轰波的峰值压力，避免在药包周围形成压碎圈和过多的径向裂缝。
预裂爆破 原理与光面爆破相似。它是使沿设计开挖轮廓线布置的炮孔首先起爆，沿预裂孔联线形成一定宽度（1～2cm）的贯穿裂缝，把开挖区与保留区岩石分开，以减弱开挖区爆破对保留区岩体的破坏作用和地震效应。预裂爆破主要用于露天矿最终边坡和井巷工程光面岩壁的形成。其效果取决于正确选择孔距、线装药密度和不耦合系数，还要严格控制炮孔偏斜率。
定向抛掷爆破 能将大量岩块按预定方向抛掷到要求位置，并堆积成一定形状。按照最小抵抗线指向原理，利用天然地形的凹面或人工预先挖成的定向坑实现，可节省土石方运输量和缩短施工工期，适用于露天矿剥离。1960年开始，中国曾数次利用定向抛掷爆破技术堆筑尾矿坝，效果良好。
参考书目
《露天大爆破》编写组：《露天大爆破》，第二版，冶金工业出版社，北京，1982。