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摘要：矿山作为一种有限资源，随着深入的挖掘，需要相关人员在地下进行深孔采矿工作。若应用原有的矿山掘进方式，会受到多种因素的制约，针对现有现象，深孔爆破技术可以进行解决，可以保障矿山掘进的安全性，提升采矿效果。
关键词：复合固体推进剂；露天深孔爆破；石灰石矿山
引言
通过前期对石灰石矿山露天深孔爆破技术的了解和考察，首次将复合固体推进剂余药应用于石灰石矿山爆破工程，基于原有使用炸药的设计方法，结合现场情况，针对复合固体推进剂设计了一套爆破方案，并不断优化爆破参数，爆破结果表明，复合固体推进剂能够很好的满足石灰石矿山露天深孔爆破的要求，解决了长期以来以焚烧方式进行复合固体推进剂余药的销毁工作。
1概述
固体推进剂在军事领域中占有极其重要地位，它用作发动机的动力源可显著提高武器生存能力和作战使用能力。据统计，随着对导弹机动性要求的提高，西方正在使用和研制的火箭和导弹中固体型号约占85%；在我国的二炮部队的武器系列中，推进剂由液体转为固体也成为一种发展趋势。固体型号导弹虽然具有众多优点，但也有一个不可忽视的缺点即储存性能差。现役固体推进剂多为高分子材料，如双基推进剂、复合固体推进剂、复合双基推进剂等，这些推进剂都具有固化成型后老化迅速快和不能长期储存的缺点。以丁羟基推进剂(HTPB)为例，其在存储期间性能指标会发生较大变化，如密度降低、高氯酸铵(AP)等有效成分流失、推进剂表面硬化而内部黏度增高等现象。一旦超出存储期，若继续使用不但会严重影响导弹的战术性能，而且可能会酿成安全事故。因此，过期或报废的固体推进剂必须得到有效、安全、迅速的处理。
2推进剂爆破的试验
2.1复合固体推进剂的状态及性能
本次试验使用了密度、能量较低的聚醚型复合固体推进剂，其密度约为1.65g/cm3，比容约为860L/kg，TNT当量约为1.25，药剂尺寸为30mm×30mm×30mm的颗粒。
2.2矿区环境
试验矿山为山坡露天矿，所开采的石灰石原料经破碎后直接送至水泥厂进行生产。矿山地层露出简单，主要为中澳陶统马家沟组（O2m）碳酸盐岩为主，第四系全新统（Q4）上更新统马兰组（Q3m）及中更新统离石组（Q2l），岩层总体呈微向东南倾斜，倾向125~165°，倾角3~16°，单斜层状产出，产状平缓，间有波状起伏，层位稳定，f=8~12，矿体中见到的仅是一些节理、裂隙。对地层、岩石的完整性破坏不甚明显。
2.3爆破参数的选取
试验的作业平台和挖掘平台高差14~15.5m，每次爆破布置28~32个试验炮孔，孔径均为Φ140mm，布孔参数由原来使用#2岩石粉状乳化炸药（以下简称炸药）爆破的孔距7m，排距4m增大至孔距8m，排距5m，最小抵抗线约为5m，采用三角形布孔，孔深为15.5~17m，每孔装药约147kg，使用导爆管雷管起爆，封孔段长5~6m，使用岩屑填塞。
2.4推进剂爆破的施工工艺
使用复合固体推进剂爆破的基本装药工艺与使用炸药爆破的工艺有所区别，具体表现为：每个炮孔底部先装12.5kg炸药后，在装入复合固体推进剂至装药段的1/3处，下第一个起爆药包，继续装入复合固体推进剂至装药段的2/3处，下第二个起爆药包，再继续装入复合固体推进剂至封孔段，最后使用岩屑封堵炮孔，每个炮孔约装135kg复合固体推进剂，封孔长度5~6m，试验起爆网路采用接力式捆联起爆网路，孔内分别采用第1排8段、第2排9段、第3排10段毫秒延迟导爆管雷管，孔外采用3段毫秒延迟导爆管雷管连接，采用对角线起爆方式，此种连接方式减少了同爆段爆破药量，降低了爆破振动。
2.5爆破效果
按照爆破方案连接好起爆网路，撤离现场人员，对周围500m进行警戒，按照爆破规程相关要求起爆。在矿区共进行了12次复合固体推进剂的爆破试验，使用复合固体推进剂49.16t，爆破方量23.4万m3，炸药单耗由原有使用炸药爆破的0.3kg/m3降低至0.21kg/m3，爆破过程有明显的抛掷现象，爆后爆堆松散、稳定，与地面呈30~45°夹角，无危险边坡，无拒爆情况，大块率＜2%，爆区出现明显沉降，与待爆区域成功分离，后排作用范围均大于2.5m。所有试验若无特殊说明均按照上述基本工艺进行施工，每次试验在前一次试验基础上有所改动，试验通过增大起爆能量、增加起爆点数量、提高外部约束力等方法逐步解决了爆后推进剂燃烧问题。
3基于R3固体推进剂的新技术与新方法
在固体推进剂研究发展过程中，一方面要求固体推进剂性能好、特征信号低、钝感；另一方面要求产品稳定，具有R3的特性，重现性好。含能热塑性弹性体(TPE)由于具有热塑性和热固性弹性体的优点：力学性能良好、加工性能优良、环保、回收与再利用操作方便，为固体推进剂的进一步发展提供了良好的实现途径。R3固体推进剂即指这种主要以TPE和含能TPE聚合物为黏合剂的新型绿色固体推进剂。TPE是一种由塑料段和橡胶段交替组成的具有优良物理力学性能的多嵌段聚合物，橡胶段是高弹性链段，热塑性弹性体的弹性由橡胶段决定，塑料段凭借链段间的作用形成物理交联点，这种物理交联点随温度的变化是可逆的，这些新型固体推进剂不仅适合采用以双螺旋杆挤出成型技术(TSE)为核心的低成本连续化学工艺来制造，而且有利于生产过程中边角料和未来大量报废的TPE发动机的回收和再利用。其再生方法：将TPE推进剂熔于低黏度液体(如轻油)中，熔化温度必须比推进剂配方热分解温度低，然后快速滤出固体物料(AP、HMX、Al)等进行回收，溶于溶剂中的TPE黏合剂经过蒸发除去溶剂后，再进行循环使用。TPE型固体推进剂的研究已取得很大进展，如国外报道的LOVA(低易损性发射药)型推进剂就是以TPE聚合物为黏合剂。20世纪90年代末，美国海军水面作战中心和ATKThiokol公司成功研制出以CL-20和RDX为填料的TPE推进剂，并在之后进行了Φ105mm全尺寸发动机实验，ATKThiokol公司还多次向军方演示了该推进剂的R3特性。国内的陈富泰等人也研究了以硝酸增塑的热塑性聚氨酯弹性体推进剂，由含能TPE黏合剂组成的推进剂被认为是一种具有R3特性的“绿色”火箭推进剂，已成为当前推进技术领域研究的重点。
结语
使用复合固体推进剂作为作功介质进行石灰石矿山露天深孔爆破的工程化应用，降低了炸药的单耗，减少了钻孔施工量，降低了生产成本；改变了推进剂长期以来以焚烧为主的推进剂销毁方式，将含能材料二次利用，大大提高了资源的利用率，减少了焚烧后气体对大气的污染，为复合固体推进剂的民用化提供了一条新途径。目前处理和利用报废固体推进剂的方法很多，但在具体实际应用中使用哪种方法，还需结合所处理推进剂的性质、种类及处理量的大小等各种因素考虑确定，发展环境友好型材料及R3设计理念的绿色固体推进剂也为固体推进剂的回收与再利用技术提供了新的思路和方法。
参考文献
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