爆破安全,主讲:卢广银,咱们煤矿行业是一个高危行业，它的作业环境差，经常受到瓦斯、水、火、粉尘、顶板等自然灾害的威胁。因此，安全生产是咱们煤矿的第一重要的问题。中华人民共和国煤炭法明确规定：“煤矿企业必须坚持安全第一、预防为主的安全生产方针。”安全第一是强调安全、突出安全、安全优先，把安全放在一切工作的首位。安全生产人人有责，安全生产没有及格，只有满分。 我国煤炭生产分为机械生产和爆破生产，由于爆破生产煤炭的适应性强，初期投资少，中小矿井多采用爆破法采煤，下面介绍爆破安全方面的知识。,工程爆破在国民经济中有着广泛的用途，解决了许多工程建设中难题。 爆炸是人们日常生活中经常见到的现象。例如车胎放炮、锅炉胀裂、燃放鞭炮、煤矿井井下炸药爆炸、瓦斯爆炸等都是爆炸。 爆炸是物质非常迅速的化学或物理变化过程，在变化过程里迅速地放出巨大的热量并生成大量的气体，高压气体迅速膨胀时对周围介质产生运动做功。,所谓炸药是指在受到一定外界能量作用后，能够发生极为迅速的化学反应，并生成大量热量和气体的物质。炸药的能量非常集中，释放能量时间很短，其能量瞬间释放对周围介质做功过程即为爆炸。 炸药爆炸是一个化学反应过程，但炸药的化学反应并不都是爆炸，必须具备一定条件的化学反应才是爆炸。,第一节 炸药,一、炸药爆炸具备 以下三个条件： 放热反应 生成大量气体 高速度反应 炸药爆炸实质上是炸药中的化学能在瞬间转化为对外界做功的过程，反应释放出的热是做功的能源，也是化学反应进一步加速进行的必要条件。 气体具有良好的压缩性，瞬间生成大量的气体容纳在原有体积内，必然产生很高的压力，高温高压气体为做功提供了必要条件，气体膨胀就是做功。产生气体多少和释放热量多少决定了炸药爆炸做功多少。 尽管炸药化学反应释放出大量能量并产生大量气体，如果没有必要的反应速度，也不能形成爆炸，反应速度标志着做功的功率。,二、炸药的反应形式,爆炸不是炸药唯一的化学反应形式，在特定的反应条件下，同种炸药可能有四种不同形式的化学反应：,热分解 燃烧 爆炸 爆轰 四种反应形式产生不同的物理化学效应。,热分解,热分解是炸药化学反应的最低形式，表现为炸药在常温下缓慢的化学变化，使原物质发生本质的变化。 炸药热分解一般会带来不良后果，炸药因热分解而变质直接影响炸药的使用。在一定条件下，热分解会转变为燃烧甚至爆炸，以致发生意外爆炸事故。所以在炸药的制造、贮存过程中应严格控制环境条件，避免炸药的热分解。,燃烧,燃烧是比热分解更高一级的化学反应形式，往往是由受热或火焰引起的。燃烧是物质的氧化过程，所以一般物质燃烧需要外界提供氧，而炸药本身含有丰富的氧和燃料，不需要外界的氧就可以燃烧，一旦炸药燃烧，靠隔绝空气的灭火方法不起作用，往往还会加速炸药的燃烧。 炸药燃烧时对压力比较敏感，压力越大，燃速越高，甚至由燃烧转变为爆炸，所以在密闭条件下燃烧是很危险的。在炸药贮存时，要注意创造不利于燃烧的条件，如改善通风条件。,爆炸,爆炸是炸药的最高化学反应形式。与燃烧的区别在于燃烧靠热传导传递能量和激发化学反应，爆炸则靠冲击波传递能量和激发反应区；燃烧受环境影响较大，爆炸则基本上不受环境影响。爆炸的反应速度、温度和压力都比燃烧高得多。所以爆炸表现出强烈的破坏作用。爆炸是爆破安全的主要控制对象。爆炸过程中遇到不利因素也可能导致爆炸中断，使爆炸过程转变为燃烧或热分解。,爆轰,爆炸速度增长到稳定爆速的最大值时就转化为爆轰，爆轰是指炸药以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。 爆炸和爆轰并无本质上的区别，只不过是传播速度不同而已。爆轰的传播速度是恒定的，爆炸的传播速度是可变的，就这个意义上讲，也可以认为爆轰是爆炸的一种特殊形式，即稳定的爆炸。,三、炸药的分类,按炸药的用途划分为： 起爆药 猛炸药 发射药 按炸药组成的化学成分划分为： 单质炸药 混合炸药 按使用条件划分为： 准许在地下和露天爆破工程中使用的炸药，包括有沼气和矿尘爆炸危险的作业面。（又称煤矿许用炸药或安全炸药） 准许在地下和露天爆破工程中使用的炸药，但不包括有沼气和矿尘爆炸危险的作业面。（非安全炸药） 只准许在露天爆破工程中使用的炸药。（非安全炸药）,四、煤矿许用（安全）炸药,煤矿许用炸药准许在一切地下工程爆破中使用。共分为五个型号，其中1、2级用于低瓦斯，3号用于高瓦斯，4级适用于煤与瓦斯突出，5级用于溜煤眼或石门揭煤爆破。,1、煤矿许用炸药的品种、分级及适用条件,煤矿许用炸药的品种 （1）煤矿铵锑炸药 （2）被筒炸药 （3）当量炸药 （4）离子交换炸药 （5）煤矿水胶炸药和煤矿乳化炸药,（1）、铵梯类炸药,铵梯炸药的组成和作用 铵梯炸药的主要成分是硝酸铵（80%以上）和TNT（320%左右），还有少量的木粉、石腊、沥青等。 硝酸铵是氧化剂，同时也是主要的爆炸成分；TNT是还原剂，也是敏化剂；木粉是疏松剂，同时也是可燃剂。为了使混合炸药具有一定的抗水能力，必要时可加入少量石腊、松香、沥青或凡士林等成分，煤矿用铵梯炸药还加入1520%食盐作消焰剂，防瓦斯、煤尘爆炸。这类炸药是国内外工业上用了近两个世纪的传统炸药，目前仍属基本品种。 煤矿铵梯炸药分为1、2、3号，号越小威力越大，号越大安全性越好。目前在放工中多用2、3号，2号用于低瓦斯，3号用于高瓦斯。,铵梯炸药的种类,根据适用范围可分为煤矿许用、岩石和露天铵梯炸药。 煤矿许用铵梯炸药是在炸药中加入一定量的消焰剂，主要有五个品种级别，适用于煤矿井下有瓦斯煤尘爆炸的地方。 如规程规定（一）低瓦斯矿井的岩石掘进工作面必须使用安全等级不低于一级的煤矿许用炸药。 （二）低瓦斯矿井的煤层采掘工作面、半煤岩掘进工作面必须使用安全等级不低于二级的煤矿许用炸药。 （三）高瓦斯矿井、低瓦斯矿井的高瓦斯区域，必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用炸药。有煤（岩）与瓦斯突出危险的工作面，必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用含水炸药 岩石炸药主在用于井下无瓦斯煤尘爆炸危险的岩石爆破。露天炸药不能在煤矿井下使用。 炸药一般制成药卷，直径有27、32、35、38，重100、150、200g。药卷一端为平顶，另一端向内凹入，称聚能能穴，爆炸能量在聚能穴所指方向比较集中，有利于传爆。,（2）、被筒炸药 用煤矿铵梯炸药做药芯，其外再包裹一层用消焰剂做成的“安全被筒”这样的复合炸药称被筒炸药。,（3）煤矿水胶炸药 用硝酸铵的水溶液，采用化学交联技术使其呈凝胶状态的饱和水溶液。水胶炸药是含水炸药，在20的溶液中浸泡4小时仍能用雷管起爆。分为3种，号越小威力越大，号越大安全性越高。,（4）离子交换炸药,是我国现有煤矿安全炸药中安全度最高的。它会自动调节消焰剂的有效数量和作用。避免引爆瓦斯。 因为硝酸钠和氯化铵混合物在通常情况下，比较稳定，不发生化学反应，但在爆炸时，在高温的作用下，发生反应生成氯化钠和硝酸铵，氯化钠弥漫在爆炸点周围，起消焰作用。,（5）乳化炸药,乳化炸药由氧化剂水溶液、燃料油、乳化剂、稳定剂、敏化发泡剂、高热剂等成分组成。 乳化炸药的猛度、爆速和感度均较高，可以用8#雷管起爆。具有良好的抗水性能（比浆状炸药或水胶炸药更强），适用于各种条件下爆破。煤矿乳化炸药分为5级，2号用于高瓦斯，3号适用于煤与瓦斯突出，4号用于煤与瓦斯突出更危险的矿井。,第二节、雷管、起爆器材,工程上大量使用的炸药敏感度都比较低，必须用爆炸能来引爆，感度稍高的工业炸药可以用雷管的爆炸能来引爆，雷管是人为地将热能转变为爆炸的器件。感度低的工业炸药需要用起爆药包引爆，起爆药包用雷管引爆。 作用原理是:雷管在火焰冲能或电能、冲击波能、机械冲能的刺激下，雷管中的起爆药立即发生爆炸，从而引起雷管中的猛炸药装药爆炸，以此输出爆炸冲能引爆爆炸装药。,一、雷管的分类,1-管壳，用金属、纸或塑料制成圆管状，使雷管联成一体； 2-加强帽，中心带小孔的金属罩，用0.2mm厚的铜片冲制而成； 3-主起爆药，具有良好的火焰感度； 4-副起爆药（加强药），爆炸威力更大，爆速更高； 5-导火索插口； 6-聚能穴，使起爆时能量集中，形成射流。,火雷管结构,雷管是爆破工程的主要起爆材料。可分为火雷管、电雷管和导爆管。 1、火雷管,火雷管,2、导爆管,导爆管是用高压聚乙烯制成的透明塑料软管，外径3.0mm，内径1.5mm。管的内壁喷涂一层极薄的传爆炸药。 导爆管主要用于无瓦斯、矿尘的露天、井下、深水、杂散电流大和一次起爆多数炮孔的微差爆破作业中，或上述条件下的瞬发爆破或秒延期爆破。 在煤矿井下禁止使用导爆管放炮。,3、电雷管,电雷管用电能转化的热使雷管中的炸药起爆。按照电雷管的延时，可以将电雷管分为： 瞬发电雷管 秒延时电雷管 毫秒电雷管,电雷管,煤矿许用瞬发电雷管、煤矿许用毫秒延期电雷管,瞬发电雷管：从通电开始到起爆时间小于13ms的电雷管,瞬发电雷管的结构 a)直插式b)引火头式 1-脚线；2-管壳；3-密封；4-纸垫；5-桥丝； 6-引火头；7-加强帽；8、9-主起爆药；10-副起爆药,毫秒延期电雷管通电以后要经过一段时间才爆炸的电雷管，延期时间以毫秒为单位计量的。,毫秒电雷管的结构 (a) 装配式 (b) 直填式； 1-脚线；2-密封塞；3-桥丝；4-引火头；5-延期药；6-加强帽；7-主起爆药；8-副起爆药；9-管壳,秒延期电雷管：通电以后要经过一段时间才爆炸的电雷管，延期时间以秒为单位计量的。,秒延期电雷管的结构 1-脚线；2-密封塞；3-管壳；4-引火头； 5-副起爆药；6-导火索；7-加强帽；8-主起爆药,二、煤矿许用电雷管,允许在有瓦斯和煤尘爆炸危险的环境中使用的电雷管统称煤矿许用电雷管。煤矿许用电雷管分为瞬发和毫秒延期两种类型. 规程规定:在采掘工作面，必须使用煤矿许用瞬发电雷管或煤矿许用毫秒延期电雷管。使用煤矿许用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不得超过130ms。不同厂家生产的或不同品种的电雷管，不得掺混使用。不得使用导爆管或普通导爆索，严禁使用火雷管。在有瓦斯或有煤尘爆炸危险的采掘工作面，应采用毫秒爆破。,三、发爆器,按雷管的起爆方法不同，常用的起爆方法可分为电力起爆法、非电力起爆法和无线起爆法三类。在煤矿井下使用电力起爆法。起爆用的器材是发爆器。 发爆器有发电机式和电容式两类，目前煤矿井下多用电容式发爆器。,第三节 爆破技术,上讲我们了解了爆破器材的性能，如炸药只有放在合适的位置才能发挥作用。本讲从六个方面介绍爆破技术 一、在爆破作用下的岩石破碎机理 二、装药结构 三、微差爆破 四、光面爆破,自由面和最小抵抗线,如果将一个球形或立方体形炸药包(爆破上称之为集 中药包)埋入岩石中，岩石与空气接触的表面称为自由面。 药包中心到自由面的垂直距离W称为最小抵抗线。,一、在爆破作用下的岩石破碎机理,在采矿工程中广泛采用炸药爆破，称为爆破作用。,爆破作用下的岩石破碎几种情况,1、当W1很大时，自由面对爆破不产生影响，由药包中心向外依次形成粉碎区、裂隙区、震动区，爆破的破坏范围较小。,2、W2逐渐减小，应力波在自由面处反射形成拉伸波， 产生了由自由面向药包一层层剥落的拉伸破坏（拉断区），剥落的拉伸破坏（拉断区了B图）;,3、当W3在小一些，拉断区和裂隙区连接起来，通过爆生 气体的做功，形成爆破漏斗（C、D图）。,（二）、自由面数对爆破效果的影响,如果自由面不止一个，则应力波在各个方向都能形成反射，也都能形成由自由面向药包中心的拉断破坏区。因此增加自由面就可使炸落单位体积岩石的炸药消耗量降低，而且岩石的块度比较小而均匀。 因此，在爆破工程实践中，使几个炮眼首先爆破，为后继炮眼的爆破创造附加的自由面，这种方法称之为掏槽。,二、柱状装药的爆破特点,所装炸药为细长的圆柱形称柱状装药。长条装药可以看作是若干个小的集中药包，最接近眼口的几段，抗线短，具有加强抛掷的作用，接近眼底的几段，由于抵抗线大，可能只具有松动作用，炮眼最底部的药包甚至不能形成爆破漏斗，总的漏斗坑形状，就是这些漏斗的外部轮廓线，大致呈喇叭形