[科普中国]-毫秒爆破技术

毫秒爆破是爆破工程的一项新技术,第二次世界大战时期德国就进行了研究工作，最初用于露天爆破，目的在于改善爆破效果和减轻地面震动。后来;鉴于它有许多优点，才逐渐推广到煤矿井下爆破中。1956 年就有许多国家在煤矿采掘工作面开始应用毫秒雷管。1958 年我国开始毫秒雷管的研制工作,到1965 年底，研制成功一套1~20 段毫秒雷管,并在我国的隧道开挖、金属矿山采矿及露天大爆破中广为应用,但是，直到1970 年才逐步开始对采煤工作面应用毫秒雷管爆破的问题进行了系统的研究。1973 年，在广泛研究的基础上,毫秒爆破在煤矿掘进工作面得到了推广应用，历年来的《煤矿安全规程》对其总延期时间作了规定,现行《煤矿安全规程)第三百二十条中规定了总延期时间不得超过130 ms。但是,限于当时情况,未能在采煤工作面做深人细致的研究工作，因而1987 年以前未能在采煤工作面得到应用。1

毫秒爆破概念20世纪50年代以来，毫秒爆破技术在各类爆破工程中已得到广泛应用。合理的延迟间隔时间可以使炸药的能量最大限度地用于破碎岩石，并能减少震动、飞石、噪声和空气冲击波等爆破公害。

煤矿爆破广泛应用毫秒爆破技术，减少了抛掷作用和抛掷距离，防止崩倒支架或其他设备，而且爆堆集中，提高了装岩效率；降低了爆破震动作用，有效防止了爆破对围岩或周围建筑造成的破坏；实现了全断面一次爆破，提高了掘进速度。

近年来，对于煤矿毫秒爆破技术的研究主要集中在爆破作用机理分析、合理间隔时间以及毫秒爆破安全性等方面。2

毫秒爆破作用机理综合国内外研究的成果，毫秒爆破破碎岩石的机理可以归纳为以下几个方面：

(1)先起爆的炮眼相当于单孔漏斗爆破，爆炸激起的爆炸应力波在岩体内形成动态应力场，并产生沿漏斗周边的主裂缝，使漏斗内岩石与原岩体分离。

(2)先起爆的炮眼在岩体内已形成某种程度的破坏，形成了一定宽度的裂隙和附加自由面；后起爆的炮眼在新的条件下起爆，其最小抵抗线和爆破作用方向都有所改变，增加了入射压力波和反射拉伸波在自由面方向的岩石破碎作用，减少了岩石的抛掷距离和爆堆宽度，并使运动岩块相互碰撞，利用动能为其破碎创造了条件。

(3)充分利用两个炮眼间隔起爆时产生的应力波相互叠加以加强破碎效果。两炮眼同时爆炸。

由于应力波的相互干涉，在两炮眼中间岩体某区域内将形成均压区(此区域无应力)和应力降低区，爆破的结果会产生大块。但要使相邻的两炮眼间隔一定时间爆炸。则先起爆的炮眼在岩体内激起的应力波与后起爆的炮眼所形成的应力波相叠加，不仅消除了无应力区．而且增强了破碎效果。

(4)当先起爆的炮眼崩起的岩石抛离岩体尚未落下时，后续炮眼起爆爆下的岩石也朝刚形成的补充自由面方向飞散，这样运动的岩块能够发生碰撞，利用动能使其发生二次破碎。同时也减少了岩石的抛掷距离，爆堆比较集中。

(5)由于先后起爆的炮眼是相间布置的，而且相邻炮眼起爆的间隔以毫秒计算，因此产生的地震波能量在时问上、空问上都分散了，使地震波强度大大降低；两组地震波还可以相互干扰，相对削弱了地震波的强度，使地震效应减弱。2

毫秒爆破的合理延期时间从爆破理论可知，岩巷掘进段间合理的延期时间应使得前段装药爆破造成岩石破碎运动，新自由面完全形成、并能被后段装药爆破充分利用。从不同的爆破机理出发，国内外学者得出了不同的合理延期时间。

(1)岩块碰撞。先后起爆的装药，爆后破碎下来的岩块在运动过程中发生碰撞，抛掷距离也得以减弱，爆堆较为集中。法国的J．Dansel在分析毫秒爆破过程的物理实质的基础上，提出延期时间应为25～50 ms；英国学者认为延期时间为12～25 ms较为合适。

(2)应力波叠加。先期起爆装药在岩石中形成的反射拉伸波与后期起爆装药形成的压缩波相叠加，可增大岩石内的拉应力，而且先期装药爆破在岩石中的残余应力也可以增强岩石的破碎作用。美国学者H．While等人的研究指出，适宜的延期时间为5～35 ms。

(3)自由面增多。毫秒爆破时，先期起爆的装药为后继装药创造了_个新自由面，同时也在岩石中造成一定的破坏，产生裂隙。这无疑给后爆装药提供了更多的大小不一、分布不规则的裂隙辅助自由面，从而增强了破岩作用，改善了破碎效果。日本学者日野建议，合理的延期时间应为10～100 ms。

毫秒爆破时，岩石开始运动的时间随条件的变化范围很大。根据煤炭科学研究总院抚顺分院的研究，在泥质页岩巷道中，当只存在一个自由面时，岩石开始运动的时间最小为6 ms，最大为58 ms；当有两个自由面时，最小时间为3 ms，最大为27 ms。因此，目前条件下，能够获得良好爆破效果的合理延期时间，只能通过实验确定。由于我国目前批量生产的毫秒雷管名义延期时间只有25 ms一种。2

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学