煤矿爆破基础知识与爆破作业
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1、爆破安全,鑫飞集团安全技术培训中心 贾明亮,第1章 工程爆破的历史和现状第2章 爆炸和炸药的基本理论第3章 爆破器材第4章 起爆技术第5章 爆破安全技术第6章 爆破事故的预防和处理第7章 煤矿井下爆破第8章 爆破作业安全技术实际操 作考试标准,第1章 工程爆破的历史和现状,1.1工程爆破的历史和现状1.1.1工业炸药的历史和现状 早在公元808年以前,我国炼丹家发明了用硫磺、硝石和木炭3种组分配置的黑火药。黑火药在矿业上的应用约在1613年,标志着工业革命的开始。其作为独一无二的炸药,延续了两百多年,指导1865年瑞典化学家阿尔弗雷德 诺贝尔发明了以消化甘油为主要组分的达纳迈特炸药以及1867
2、年安尔森和诺宾发明了硝酸铵和各种燃料支撑的混合炸药之后,工业炸药才步入了多品种的时代,并奠定了硝铵类炸药与硝甘类炸药相互竞争发展的基础。,1.1工程爆破的历史和现状1.1.1工业炸药的历史和现状 新中国成立前我国仅有两座硝铵炸药工厂,也是日本帝国主义为掠夺我国矿业资源而开办的。新中国成立后,随着国民经济的迅速发展,我国的炸药工业也有了很大的发展,建立了一批生产硝铵炸药和硝甘炸药的炸药工厂,基本满足了国民经济发展的需要。随后工业炸药进入了一个新的发展时期,其主要标志是铵油炸药和浆状炸药等含水炸药的相继发明和推广应用。其后又研制了铵沥蜡炸药和铵松蜡炸药。,1.1工程爆破的历史和现状1.1.1工业炸
3、药的历史和现状 我国从1959年开始研制浆状炸药,20世纪60年代中期在矿山爆破作业中获得应用,其代表性品种是4号浆状炸药,70年代初期,随着胶凝剂(田菁胶、槐豆胶)和交联技术获得重要突破,我国浆状炸药品种不断增加。我国从20世纪70年代后期开始研制乳化炸药,不仅采用了连续化自动化生产工艺技术、设备生产岩石型、煤矿许用型乳化炸药,而且独创了国外没有的粉状乳化炸药,同时在设备上也有了很大的改进,比如露天煤矿乳化炸药混装车、地下小直径乳化炸药装药车等等。,1.1工程爆破的历史和现状1.1.1工业炸药的历史和现状 新中国成立初期我国只能生产导火索、火雷管和瞬发雷管,经过科研人员的努力,很快就能生产和
4、应用毫秒延期电雷管和秒延期电雷管。70年代末期,我国自行研制、生产了塑料导爆管及其配套的非电毫秒延期雷管,并在工程爆破中获得了广发的应用。80年代中期,我国根据电磁感应原理研制、生产了磁电雷管,这种雷管在油、气井爆破作业中获得了应用。21世纪初,30段等间隔(25ms)毫秒延期电雷管研制成功并投入使用,出口到周边国家。我国从2008年1月1日起停止生产导火索、火雷管和铵梯炸药,6月30日起停止使用,标志着我国爆破器材在科学发展观的指导下,进入了一个依靠技术进步,提升民爆产品质量的发展新阶段。,1.1工程爆破的历史和现状1.1.2爆破技术的历史和现状 新中国成立以后,我国才有了自己的爆破队伍,从
5、我国第一个5年计划开始,随着建设的迫切需要,我国逐步具备了独立从事大规模爆破设计与施工的能力。典型案例1956年我国甘肃省白银露天矿建设的剥离硐室爆破,炸药用量15640t,爆破方量907.7*104m,是我国首次万吨级硐室大爆破。条形药包硐室爆破技术、中深孔爆破技术、地下矿山浅孔、中深孔、大直径深孔爆破技术、岩巷全断面一次爆破、毫秒延期爆破、光面爆破等等技术在生产、生活中得到了广发的应用。,1.1工程爆破的历史和现状1.1.2爆破技术的历史和现状 随着爆破环境和条件越来越复杂,对爆破安全的要求也越来越高,我国在爆破安全技术的研究方面进行了大量的工作,积累了丰富的经验。20世纪70年代末国际计
6、委组织的“七七工程”专门对爆破有害效应进行了大规模的历时7年的系统观测研究,在爆破地震、冲击波、个别飞散物、噪声和要害气体等方面取得了大量宝贵科学依据。1986年以来我国先后制定并颁布实施了爆破安全规程、大爆破安全规程、拆除爆破安全规程等国家标准,中国爆破协会成立以后,又组织专家对这几个标准进行了修订,2003年形成了统一的爆破安全规程(GB6722-2003),后来又进行了修订(GB6722-2014)。,1.2工程爆破的内涵和基本特点1.2.1工程爆破的内涵 目前工程爆破已从传统的岩土爆破渗透到国民经济建设的各个领域。工程爆破作为人类改造自然的有力工具,也具有特定的工程对象和质量、安全、工
7、期及主要技术经济指标等目标要求,项目密切结合工程实际,爆破效果要通过时间评价检验。因此,工程爆破设计和施工要做到技术可行、经济合理和安全可靠。技术可行,是指爆破设计方案所采用的各项技术在施工中是可行的,通过精心设计,能够达到预期的工程目标和各项要求。,1.2工程爆破的内涵和基本特点1.2.1工程爆破的内涵 经济合理,是指不仅能够实现工程项目提出的主要技术和质量指标,而且有可能降低爆破成本,避免因爆破不当引起额外和后期工程项目。安全可靠,是指采取必要的安全防护和监测措施,保证爆破作业与环境安全,把爆破地震、空气冲击波、个别飞散物、有害气体、噪声、粉尘和对生态环境影响等爆破公害限制在允许范围内,保
8、证施工和爆破安全。,1.2工程爆破的内涵和基本特点1.2.2工程爆破的基本特点 1、工程爆破是一种高风险的涉及爆炸物品的特种行业。实践标明,炸药和雷管等爆破器材是工程爆破中必不可少的物资保证,购买、运输、贮存、使用炸药等爆炸物品是爆破工作者必然涉及的事情。尽管工程爆破的设计、钻孔、装药与网络连接等施工环节较多,准备工作比较复杂,但由于炸药爆炸是瞬间完成的,因此一项工程爆破的效果通常是几秒内体现出来的,且不可逆转,故工程爆破是一种涉及爆炸物品的特种作业。2、从业人员必须经过严格的培训考核,实行持证上岗,熟悉并严格遵守政府关于爆炸物品的管理规定和国家标准。这些规定都是从成千上万例事故中总结出来的,
9、是血的教训,爆破工作者必须严格遵守。,1.2工程爆破的内涵和基本特点1.2.2工程爆破的基本特点 3、工程爆破外部环境特定且复杂。工程爆破都是在特定的条件下进行的,其外部环境复杂且要求严格。如高楼拆除通常是在闹事区和交通要道地区,且毗邻建筑物较多,油、气井燃烧爆破通常是在指定井深处进行等等。4、对爆破器材有特定的严格要求。尽管不同工程爆破使用的炸药等爆破器材的品种会有所不同,但是对爆破器材的质量、性能的严格要求却是一致的。如矿山大区毫秒延期爆破时,对雷管的准爆率和延期精度及炸药爆炸性能的可靠性有很高的要求。5、工程爆破施工环节多且复杂。首先要熟悉被爆对象的地质条件、爆破要求,搜集相关资料作出合
10、理的设计、钻孔、装药、连接爆破网络、起爆、警戒、监测爆破有害效应等等。,1.3工程爆破的发展前景 中国工程爆破协会根据国家经济建设的需要,从我国工程爆破行业实际出发,在提出的中国工程爆破行业中长期科学和技术发展规划(2006-2020)里描绘了加快我国工程爆破事业发展的蓝图,明确了工程爆破行业科技发展的指导思想是:企业主导、强化创新、重点突破、跨越发展。长期的研究与应用实践表明,工程爆破正在向科学化、精细化和数字化方向发展。,第2章 爆炸和炸药的基本理论,2.1基本概念2.1.1爆炸及其分类 爆炸是某一物质系统在有限空间和极短时间内,迅速释放大量能量或急骤转化的物理、化学过程。在这种变过过程中
11、,通常伴有强烈的放热、发光和声响等效应。通常可以将其归纳为三大类:物理爆炸、化学爆炸、核爆炸。1、物理爆炸。发生爆炸时,仅仅是物质形态发生变化,而物质的化学成分和性质没有改变的爆炸现象。例如锅炉爆炸、汽车或自行车轮胎爆炸。,2.1基本概念2.1.1爆炸及其分类 2、化学爆炸。发生爆炸时,不仅物质的形态发生变化,而且物质的化学成分和性质也发生变化。例如炸药、瓦斯、煤尘的爆炸,鞭炮燃放等。3、核爆炸。由原子核裂变或聚变的连续反应释放处巨大能量而引起的爆炸,如原子弹、氢弹爆炸等。,2.1基本概念2.1.2炸药爆炸的条件 1、变化过程释放大量的热。2、变化过程必须是高速的。3、变化过程应能生产大量的气
12、体产物。上述三点是炸药爆炸的基本条件,也是炸药爆炸不同于一般化学反应的三个重要特征。,2.1基本概念2.1.3炸药化学变化的基本形式 由于炸药化学反应的激发条件、炸药性质和其他因素的不同,炸药的化学变化过程可能以不同的速度进行传播,同时在性质上也具有很大的区别,按照其传播性质和速度的不同,可将炸药化学变化的基本形式分为四种:1、热分解(影响炸药的贮存)。2、燃烧。3、爆炸。4、爆轰(炸药以最大而稳定的爆速进行传爆的过程)。以上四种基本形式在性质上虽然由不同之处,但它们之间却有着非常密切的联系,在一定条件下可以相互转化。,2.2炸药的起爆和感度2.2.1炸药的起爆和起爆能 炸药是一种相对稳定的平
13、衡系统,要使其发生爆炸变化必须要由外界施加一定的能量。通常将外界施加给炸药某一局部而引起炸药爆炸的能量称之为起爆能,而引起炸药发生爆炸的过程称之为起爆。引起炸药爆炸的原因可以归纳为两个方面-内因和外因。内因:炸药爆炸是由于炸药分子结构的不同所引起的,比如吸收外界作用能力比较强,分子结构比较脆弱的炸药就容易起爆。外因:由于外部作用的形式不同,通常有三种形式:热能、机械能、爆炸能(雷管)。,2.2炸药的起爆和感度2.2.2炸药感度 炸药在外界能量作用下发生爆炸反应的难易程度称之为感度。炸药感度与所需的起爆能成反比,就是说炸药爆炸所需的起爆能越小,该炸药的感度越高。按照外部作用形式,炸药感度有热感度
14、、机械感度和爆轰感度之分。,2.3炸药的氧平衡 从元素组成来说,炸药通常由碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)四中元素组成。其中碳、氢是可燃元素,氧是助燃元素,炸药是一种载氧体。炸药的爆炸过程实质上就是可燃元素与助燃元素发生极其迅速和猛烈的氧化还原反应的过程。氧平衡就是横梁炸药中所含的氧与将可燃元素完全氧化所需要的氧两者是否平衡的问题。完全氧化就是碳原子完全氧化成二氧化碳,氢原子完全氧化成水。炸药的氧平衡可以分为零氧平衡、正氧平衡和负氧平衡三种。实践表明,只要当炸药中的碳和氢都被氧化成二氧化碳和水,其放热量才最大。,2.3炸药的氧平衡 零氧平衡一般接近于这种情况。负氧平衡的炸药,爆炸物中会有
15、一氧化碳和氢气,甚至会出现固体碳,而正氧平衡的爆炸产物则会出现一氧化氮、二氧化氮等气体,这两种情况都不利于发挥炸药的最大威力,同时会生产有毒有害气体。,2.4炸药的爆炸性能 1、爆速:爆轰波在炸药药柱中的传播速度。它是衡量炸药性能的重要指标之一。2、炸药的做功能力:它是相对衡量炸药威力的重要指标之一。3、猛度:是指炸药爆炸瞬间,爆轰波和爆炸气体产物直接对与之接触的固体介质局部产生破碎的能力。猛度的大小取决于爆速,爆速越高,猛度越大,岩石被粉碎的越厉害。4、殉爆:一个药包爆炸后,引起与它不相接触的邻近药包爆炸的现象。一定程度上反应了炸药对冲击波的感度。在工程作业中,殉爆距离对于确定分段装药、盲炮
16、处理和合理的孔网参数等具有指导意义。,2.4炸药的爆炸性能 5、沟槽效应:也叫管道效应、间隙效应,就是当药卷与炮孔壁间存在有月牙空间时,爆炸药柱所出现的自抑制-能量逐渐衰减直至拒(熄)爆的现象。6、聚能效应:药包的特定形态可以使爆炸的能力在空间重新分配,大大增大了对某一方向的局部破坏作用,这种底部具有锥孔(也叫聚能穴)的药包爆炸时对目标的破坏能力显著增强的现象。,第3章 爆破器材,3.1工业炸药3.1.1工业炸药的特点与分类 1、爆炸性能好,有足够的爆炸威力以满足各种工程爆破对象的作业要求。2、具有较低的机械感度和适当的起爆感度,既能保证生产、贮存、运输和使用的安全,又能保证有效地被起爆。3、
17、炸药组分配比为零氧平衡或接近零氧平衡,以保证爆炸产生较少的有毒气体。,3.1工业炸药3.1.1工业炸药的特点与分类 4、具有较高的热安定性、物理化学相容性和适当的稳定贮存期。5、使用方便,易于装药,炸药生产、使用过程中不会给人体和环境带来较大危害或污染。6、原料来源广发,价格便宜,加工工艺简单,生产操作安全可靠,无污染。,3.1工业炸药3.1.1工业炸药的特点与分类 A按炸药的应用范围和成分分类 a起爆药;b猛炸药;c发射药;d烟火剂 B按工业炸药的使用条件分类 a第一类炸药:准许在一切地下和露天煤矿工程中使用的炸药,包括有瓦斯和矿尘爆炸的危险的矿山,又称安全炸药或煤矿许用炸药。b第二类炸药:
18、一般可在地下或露天煤矿工程中使用,但不能用于有瓦斯或煤尘爆炸危险的地方。c第三类炸药:专用于露天作业场所工程爆破的重要。,3.1工业炸药3.1.1工业炸药的特点与分类 C按炸药的主要化学成分分类 a硝胺类炸药:以硝酸铵为主要成分,加入适量的可燃剂、敏化剂及其他添加剂的混合炸药均属此类。b硝化甘油类炸药:以硝化甘油为主要爆炸成分,加入硝酸钾、硝酸铵做氧化剂,硝化棉做吸收剂,木粉为疏松剂,多种组分混合而成的混合炸药。c芳香族硝基化合物类炸药:凡是含有苯及其同化物,如甲苯、二甲苯的硝基化合物以及苯胺、苯酚和萘的硝基化合物的炸药都属于此类,如TNT。,3.1工业炸药3.1.1工业炸药的特点与分类 D按
19、炸药的物理状态分类 a粉状炸药;b粒状炸药;c乳化炸药;d胶质炸药 E按联合国危险物品运输规定分类 为了安全地运输危险物品,联合国危险物品运输专家委员会将危险物品定义并分类,对于危险物品的包装方法、表征、捆扎、标识都做了规定,并以公告的形式予以公布。危险物品分为9个类别,火炸药等爆炸物品属于第一类别,根据不同火炸药及装置所具有的特性不同而细分为6各类别。,3.1工业炸药3.1.1工业炸药的特点与分类,3.1工业炸药3.1.1工业炸药的特点与分类,3.1工业炸药3.1.1工业炸药的特点与分类,3.1工业炸药3.1.1工业炸药的特点与分类,3.1工业炸药3.1.2煤矿许用炸药 1、煤矿许用炸药的特
20、点:(1)爆炸后不致引起矿井大气的局部高温,在保证做功的条件下,对其能量有一定的限制,其爆热、爆温、爆压和爆速都要求低一些,使瓦斯、煤尘的发货率大大降低。(2)炸药应有较高的起爆敏感度和较好的传爆能力,以保证其爆炸的完全性和传爆的稳定性,炸药爆炸过程中爆轰不至于转化为爆燃。良好的传爆能力还可使爆炸产物中未反应的炽热固体颗粒和爆炸瓦斯的量大大减少,从而提高安全性能。,3.1工业炸药3.1.2煤矿许用炸药 1、煤矿许用炸药的特点:(3)有毒气体的生成量应符合国家标准。炸药的氧平衡应接近于零,以确保其爆炸后生成较少的有毒气体。(4)组分中不能含有金属粉末,以防爆炸后生成炽热固体颗粒。为使炸药具有上述
21、特性,应在煤矿许用炸药组分中添加一定量的消焰剂,消焰剂主要是碱金属卤化物,如食盐、氯化钾、氯化铵或其他类似的物资。它们具有较强的极性和活性,能够有效地破坏或者束缚链反应中的活泼中心-自由基,破坏反应链传递。,3.1工业炸药3.1.2煤矿许用炸药 2、煤矿许用炸药的分级:我国煤矿许用炸药按所含瓦斯安全性分为五级。各个级别许用炸药瓦斯安全性的合格标准如下:一级煤矿许用炸药:可用于低瓦斯矿井;二级煤矿许用炸药:一般可用于高瓦斯矿井;三级煤矿许用炸药:可用于瓦斯与煤尘突出矿井;四级煤矿许用炸药:五级煤矿许用炸药:,3.1工业炸药3.1.2煤矿许用炸药 根据炸药的组成和性质,煤矿许用炸药可分成5类。a粉
22、状硝铵类许用炸药:通常以硝酸铵为氧化剂,梯恩梯为敏化剂等组成的爆炸性混合物,多为粉状。b含水炸药:这类炸药包括许用乳化炸药和许用水胶炸药,多数是二、三级品,少数可达四级煤矿许用炸药的标准。c离子交换炸药:含有硝酸钠和氯化铵的混合物,称为交换盐极品等效化合物。,3.1工业炸药3.1.2煤矿许用炸药 d当量炸药:盐量分布均匀,而且安全性与被筒炸药相当的炸药称为当量炸药。e被筒炸药:用含消焰剂较少、爆轰性能较好的煤矿硝铵炸药作药芯,其外再包裹一个用消焰剂做成的“安全被筒”。,3.2起爆器材3.2.1工业雷管 工程爆破中常用的工业雷管有火雷管、电雷管和导爆管雷管。电雷管又有普通电雷管、磁电雷管、数码电
23、子雷管。普通电雷管又有瞬发电雷管、秒与半秒延期电雷管、毫秒延期电雷管等品种。电子数码电雷管和磁电雷管是新近发展起来的新品种,代表着当今工业雷管的发展方向,应该引起我们的注意。,Add the title,3.2起爆器材3.2.2电雷管,3.2起爆器材3.2.3导爆索,3.2起爆器材3.2.3导爆索,3.2起爆器材3.2.4爆破器材的销毁 经过检验确认炸药已经变质不宜贮存和使用时,应当及时进行销毁,不得继续使用和转让。销毁的方法有:爆炸法、焚烧法、溶解法、化学法。,第4章 起爆技术,在工程爆破中,引爆药包中的工业炸药有两种方法:一是通过雷管的爆炸起爆工业炸药;二是用导爆索爆炸产生的能量引爆工业炸
24、药,而导爆索本身需要先用雷管将其引爆。按雷管的点燃方法不同,起爆方法包括火雷管起爆法、电雷管起爆法、导爆管雷管起爆法。而无线起爆法包括电磁波起爆法和水下声波起爆法,它们利用比较复杂的起爆装置,可以远距离控制和引爆电雷管,但仍属于电雷管起爆法。,火雷管起爆法已经停止使用。导爆管雷管起爆法利用导爆管传递爆轰波点燃雷管,也称导爆管起爆法。电雷管起爆法采用电引火装置点燃雷管,故也称电力起爆法。与雷管起爆法相对应,用导爆索起爆炸药称作导爆索起爆法。与电力起爆法相对应,将导爆管雷管起爆法和导爆索起爆法又统称非电起爆法。绝大多数爆破工程都是通过群药包的共同作用实现的。通过单个药包的起爆组合,向多个起爆药包传
25、递起爆信息和能量的系统统称起爆网络。,第5章 爆破安全技术,5.1爆破振动与塌落振动5.1.1爆破振动的产生及危害 炸药在岩土介质中爆炸时,大部分能量将岩体破碎、移动或抛掷,另一部分能量对周围的介质引起扰动,并以波动形式向外传播。通常认为:在炸药近区(药包半径的10-15倍),传播为冲击波;在中区(药包半径的15-400倍)为应力波;在远区衰减为地震波。地震波是一种弹性波,它包含在介质内部传播的体波和杨地面传播的面波。,5.1爆破振动与塌落振动5.1.1爆破振动的产生及危害 在工程爆破中,利用炸药可达到各种工程目的,如矿山开采、土石方爆破开挖、定向爆破筑坝、修筑铁路路基以及进行建筑物或构筑物爆
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