超临界成矿流体地球化学研究及其展望.pdf

2 0 0 3年 1 2月 第 3 2卷第 6期 有色矿 山 No n f e r r o u s M i n e s De c． ， 2 00 3 Vo1 ． 3 2 No． 6 超临界成矿流体地球化学研究及其展望 刘 伟 中国地质大学地球资源学院， 湖北 武汉 4 3 0 0 7 4 [ 关键词】 超临界成矿流体 ； 热液成矿； 展望 [ 摘要】超临界成矿流体研究是矿床学的前沿性领域。本文归纳了对超临界流体的认识， 并在此基础上从近 年来的一些与热液成矿作用有关的超临界成矿流体研究提出该领域可能面临的问题。 [ 中囝分类号】] o 6 1 1 ． I I [ 文献标识码】 A [ 文章编号】1 0 0 2 ． 8 9 5 1 2 0 0 3 0 6 ． 0 0 0 4 ． 0 4 Ge oc he mi c a l s t u d y a n d pr o s p e c t s f o r s u pe r c r i t i c a l o r e - f o r mi ng f l u i d LI U Wr e i F a c u l t y o fE a r t h R e s o u r c e s ，C h i n a Un i v e r c i t y o fG e o s c i e n c e s ，Wu h a n 4 3 0 0 7 4 ，C h i n a Ke y wo r d s s u p e r c r i t i c a l o r e - f o r mi n g fl u i d；h y d r o t h e r ma l o r e d e p o s i t ；p r o s p e c t s Ab s t r a c t S u p e r c r i t i c a l o r e - f o r mi n g fl u i d s t u d y i s t h e f o r wa r d f i e l d o f d e p o s i t s t u d y．Th i s p a p e r p r e s e n t s a s u m ma r y o f a n e w v i e w f o r t h e s t u d y o n s u p e r c r i t i c a l f l u i d S C F ，a n d b a s e d o n t h i s v i e w a n d r e c e n t y e a r s s t u d y o n s u pe r c r i t i c a l o r e - f o r mi n g fl u i d r e l a t i n g t O h y d r o t h e r ma l o r e d e p osi t ，s o me p r o b l e ms f o r t h e s t u d i e s o n t h e S CF i n h y d r o t h e rm a l o r e d e p o s i t a t p r e s e n t a n d f u t u r e a r e p u t f o r wa r d ． 8 0年代以来， 矿物中流体包裹体的研究， 促进 内生矿床研究， 取得突破性进展。流体包裹体研究 不仅提供了大量成矿物理 化学参数， 而且还 是成矿 流体热力学行为的预测途径。近年来一些超临界成 矿流体特性 的发现[ 卜加 ] ， 为矿床学研 究提 出了新课 题， 值得深入研 究。 1 超临界流体 S C F 的一些认识 自安德鲁斯 1 8 6 9年 发现 临界 点， 范德瓦耳斯 1 8 7 3年 提出理想气体状态方程 以来， 对相变 的研 究已有 1 0 0多年 的历史， 但对临界现象的研 究还 只 有近 2 0多年。超临界流体 S u per e r i t i e a l fl u i d s ， 简称 S C F 是一种温度高于临界温度的流体， 其性 质介于 流体和气体之间， 在临界温度以上， 气液具有相同的 密度， 增压不能使流体液化。近 2 0多年来， 超临界 流体许多特性被揭示， 并 且 已探寻到超临界流体热 力学行 为的预测途径 ， 基本认识如下。 [ 收稿 日期】2 0 0 3 ． 0 5 ． 1 3 [ 基金项 目】国土资源部矿产资源定量预测及勘查评价 开放 实验室资助 项 目。 【 作者简介】刘伟 1 9 6 0一 ， 男， 湖北武汉市人， 中国 地质大学 地球资源学 院副教授 。 1 超临界流体有别 于气液相[ 1 1 ] 超 临界流体 s c F 性质 介于 气液两 相之 间， 易于 随压力 调节。 它不仅具有近似于气体的流动行为， 粘度小， 传质系 数大， 相对密度大， 溶解 度高于气相的特点， 而且还 具有液体的行为。在介 电常 数、 极化率和分子行 为 等方面， 超临界流体均有别于气液两相 。 2 状态方程 E oS 是预测超 临界流体热力学 P TV 行为的重要 途径[ 1 3 , 1 9 , 2 0 ] 。流体 在临界温度 以下范 围的热力学 行为 已得到 了广泛 的研 究。但 是， 对于超 临界条件下的纯组分或多元混合物 ， 虽已 有很多 P T V数据 ， 但大都 限制在 1 GP a和 1 O 0 0 “ C 以下。只有水的少数 P 1 、 v数据 压力可达 2 ． 5 G P a 。 N2 的少数 P TV数据压力可达 2 G P a , 高压下混合物 的数据则更少。寻求理论模型预测超临界流体在广 阔的温压范围内的热力学行为一直是超临界流体相 行为研究的主题 。状态方程是关联流体 的温度、 压 力、 体积和组成 P TX 的数学方程， 根据 热力学 定律， 可通过状 态方 程求出逸度、 热 焓、 熵等 热力学函数。因此， 由状 态方程求解 热力学函数是 研究或预测超临界流体热力学行为的重要途径。下 地壳或地幔流体 ， 由于其实验资料的缺乏， 必须依靠 能够外 延实验数据的状态方程求解热力学函数。虽 然如此， E OS对临界点和临界区的计算却仍然存在 维普资讯 第 6 期 刘伟 超临界成矿流体地球化学研究及其展望 5 局限 性 】 。 利 用 分 子 动 力 学 MD 和 蒙 特 卡 罗 MC 的计算机模拟技术研究超临界流体的密度、 极 性 、 溶解度、 相平衡 、 溶剂相互作用等问题， 结果也不 理想， 寻求逼近 自然或非 自然过程 的模型方程和计 算方法将是未来预测 S C F热力学行为的重要保 h T e 4 1 。 3 过渡状 态原理和 溶剂效应是超临界 流体反 应动力学分析的基本原理[ 1 1 -- 1 5 ] 。超临界流体 在反 应过程中不象液体体积基本不变， 也不同于气体 密 度 比气体大得多 ， 它 的性质 随压力变 化可调性 大， 因此， 传统的动力学方程 中忽略压力影响的假设难 以适应。如何将压力或其 它 S C F的性质 引入 动力 学方程， 是 当今超临界流体动力学分析的一大难题。 过渡状态原理和溶剂效 应是 S C F反应动力学 的分 析基础 A my n T e j a ， 私人通讯， 2 0 0 0年 。前者是一 种基元反应原理 ， 它可将超 临界 反应速 率常数与压 力、 体积等因素关联 ； 后者是指超临界反应速率常数 与溶剂溶解度呈线性关系， 利用溶剂溶解度参数表 征溶剂效应。 2 热液矿床中 S C F特性的研究 目前该领域尚处于理论探索和超临界现象发现 阶段， 取得的一些认识 归纳如下。 1 超临界流体溶解度 的增强 是热液成矿过程 中稀流 体最重 要的 临界发散 现象[ 1 , 2 1 】 。超 临界 流 体溶解度是指超临界溶剂密度增大时能够从共存的 液相或 固相中溶解大量溶质。溶剂的密度变化方式 多样， 其中恒温下增压或恒压下降温是两种主要方 式。超 临界流体溶解度 a x／ a p n或 a x ／ a p 在 临界 点 附 近 具 有 强 烈 发 散 性 ， a z ／ a P a x ／ a p n与偏摩尔体积和偏摩尔焓之 间存 在下列 关系 一 V， a x ／ a p n 高 ～v2 a x ／ a ／ , 2 1 a x ／ a T 冈 - Hs -H 2 一 Hs H2 a x ／ a 2 p T 2 式中 、 胁 分 别表 示纯溶 质 的摩 尔体 积 与摩 尔 焓； 、 H2 分别表示超临界流体相中溶质的偏摩尔 体积和偏摩尔焓。 a x ／ a , 2 T 是渗透 电极化率 ， 2 是溶质的化学热 ， z是摩 尔分 数， G 是 Gi b b s自由 能 。 於崇文院士 1 9 9 9年 指出[ ， 在热液成矿过程 中， 超临界流体是重要 的溶剂和反应介质。它们作 为稀混合物在临界点附近的行为对于成矿起着重要 的作用。在稀流体中最重要的临界发散现象是超临 界溶解度的增强。 2 超 临界成矿流体具有高溶解性和高扩散性。 在成矿作用过程中， 当超 临界流体与矿源层相互 作 用 时有 可 能 高 效 萃 取 成 矿 元 素 形 成 成 矿 流 体。 L o u c k s 1 9 9 9 发 现在超临界流体 中， 金 的溶 解度 比 估计值高出许多。最高可达 1 1 8 01 0 [ 1 o 】 。邱瑞 照 1 9 9 7 发现与花岗岩成矿有关的超临界流体作用 可使熔体密度降低， 组分热扩散 迁移能力增强 ， 矿物 重力结晶分异更易进行， 熔体内网络结构发生畸变， 高次配位体离子组成的络阴离子团易占据聚合物 间 隙， 有利于 Nb 、 T a 、 S n等成矿元素趋于富集[ 2 -- 3 】 。 3 超临界流体有利于成矿元素以有机络合物 形式发生迁移并影 响流体的 酸碱度和 氧化还 原条 件。一般认为成矿元素在成矿流体中的迁移是 以无 机阴离子或络阴离子形式发生 迁移， 但近年来的一 些研究发现金属元素可以有 机化合 物形 式迁移【 5 J 。 二氧化碳普遍存 在于 地质流体 中， 而利用超临界流 体技术可以将超临界二氧化碳通过加氢反应形成醇 类、 羧 酸 类 等 化 合 物， 如 甲醇、乙醇 、 甲 酸、乙酸 等[ 1 2 5 】 。曾贻善 等 1 9 9 8 的研 究表 明 流 体包裹 体中甲酸含量较乙酸为高， 含羧酸包裹体形成温度 在 3 5 0 ～4 1 0 ℃， 低分子量羧酸在成矿元素的迁移过 程中可能起了重要的作用， 热液条件下的成岩成矿 元素迁移形式 与羧酸 有关[ 引。地学 家因此对 地球 内部有机醇酸类化合物特 性给予关注 【 1 ． 6 ’ 7 】 。研 究 表明地球内部有机化合物不仅可以与成矿元素形成 络合物迁移， 而且与这些化合物有关的反应还可能 影响流体的酸碱度和 氧化还原条件【 巧， 埔】 。在热液 条件下羧酸可以使成岩成矿元素以稳定的络合物形 式发生迁移， 按酸 或按酸盐 一碳酸 或碳酸盐 平 衡条件的改变将有可能影响成矿溶液的 p H值， 有 机酸的脱酸反应涉及 C 0 2 、 c I - h等气体， 直接影响成 矿体系的氧化一还原条件[ 5 J 。在超临界水体 系中， 由于水的介 电常数很 小和 Na C 1 的离解度 降低， 水 分子易与金属离子聚集。金属元素在超 临界成矿流 体中的地球化学行为研究方兴未艾【 卜 。 ． 4 超 临界 含碳 化合 物流体 与金属 成矿 有关。 多数热液矿床流体包裹体成分分析结果显示含碳化 维普资讯 6 有色矿 山 2 0 0 3年 第 3 2卷 合物除二氧化碳外， 还有一氧化碳、 甲烷及其它低碳 烃类化合物等。超 临界流体 实验证 实 成矿流体 中 存在的含碳化合物在一定条件下可以互相转化， 如 一 氧化碳与 二氧化碳通 过氧化还 原反 应的相互 转 化， 二氧化碳加氢可转化为烷烃类及 醇酸类 有机化 合物等， 而且超 临界含碳化合物流体 的临界 温度和 压力较超临界水体 系要低许多 表 1 ， 超 临界含 碳 化合物流体可以更宽的温压范围存在于地球深部地 质过程中， 因此 ， 含碳化合物的超临界成矿流体受到 关注。与此相 关 的地 球 内部 的超 临界碳化 学研 究 指含碳化合物在地球 内部的相互转化规律 以及这 些流体与深部地质作用的关系等 可能是探索成矿 流体特性 的重要途径 【 4 】 。 衰 1 一些液体物质的超临界参数[ 1 3 ] 5 成矿元素巨量堆 积可能与超临界水体系临 界点附近温压变化引起的流体体 系失衡有关。超临 界流体 技 术 研 究 临 界 点 附近 1 T／ 1 ． 1 ； 1 P／ 2 的温压变化。一 些实验证 实， 在超 临 界点附近。 当温度或 压力稍微变化时， 物质 的密度 、 粘度、 扩散系数和极性等物性 由接近 于气态向接近 于液态发生连 续变化[ 2 o 】 。金属 成矿经历 了漫 长的 地质作用过程 在成矿过程中， 富含成矿元素的流体 从一个稳定迁移状态经过 临界 点转向沉淀富集状态 可能具有普遍规律。流体包裹体研究表明在许多已 发现 的矿床中， 其成矿流体 的临界 点与超 临界水体 系流体的临界点具有耦合性。不同物相组成， 不同 地球化学体系的超 临界流体 ， 其 临界温度和 临界 压 力不尽相同。高盐度流体体 系临界点温度较高， 如 3 5 wt ％Na C I 溶液的临界 温度 大于 1 0 0 0 ℃， 而超 临 ． ● ]■酮■■r 界水体系临界点附近温压变化可以使流体体系失去 平衡并改变成矿元素迁移方式， 发 生大规模金属 沉 淀与富集， 超大型热液多金属矿床 的成矿可能 与此 有关 ， 6 ， 。 6 作为超临界成矿流体 样品的流体包裹体在 热动力条件下具有超临界相变特性 。流体包裹体是 原始成矿溶液的样品。成矿流体的来源、 成矿物理 化学条件、 成矿物质 的迁移 沉淀机制 等问题 有赖于 流体包裹体的研究。长期 以来， 在热液矿床研究中。 要么是发现沸腾流 体包裹体 群， 要 么是发现几种 不 同性质的流体包裹体， 并依此推断矿床成因。 其立论 前提假设为均匀捕 获， 作为原始成矿溶液样 品的流 体包裹体 在热动力条 件下 以发 生均一 化相变 为特 征。近年来的一些研 究表 明。 下地壳及深部流体均 处于超临界状态 即温度和 压力在水 的临界温度和 临界压力之上 ， 因此， 超 临界 成矿流体 及其流体包 裹体研 究倍受关注。有关超临界地质流体的研 究侧 重于地壳深部超临界流体和地幔超临界流体两个方 面， 与热液矿床成矿有关 的超 临界流体 现象 不断有 新的发现[ 2 ～ 5 ， 8 ～ 0 l 。 笔者在江西银山多金属矿床成矿流体地球化学 研究 中 曾发 现 超 临 界条 件 下 被 捕 获 的 流 体 包 裹 体L 8 J ， 其特 点为 流体 包裹体研 究样 品采 自江 西 银山多金属矿床的九区 C uSA u 矿段。石英 中 的超临界流体包裹体[ 1 】 在镜 下多呈不规则形。 大 小 在 5 ～1 5 m， 常温状态下， 气相呈黑色， 液相无色透 明。 充填度 0 ． 5 ， 通过显微测温确定流体组份体 系 近似为 H2 Oc 0 2 一Na C I 体系’， 升温至 4 5 0 ℃， 流体 相变 界 线 模 糊， 继 续 升温 至 5 8 0 ℃ 接 近 L i n k a m THMS 6 0 0冷热 台极限 ， 仍可见模糊 的相 界线。降 温后不能快速恢复常温所 见的相 界线， 温度降至 室 温 1 0分钟后， 相界 线变 得清 晰。据 T． J ． S h e p h e r d 1 9 8 5 的判据 ， 该类 流体包 裹体具有超临界条件下 被捕 获的流体特性， 属 于超 临界条件下被捕获的流 体包裹体。结合 以往 的研 究， 发现被捕获的超临界 流体包裹体 均发育 在本 区主要 成矿 阶段 的脉石英 中。在这些脉石英 中， 曾发 现大量的富液包裹体和 含 C o， 多相包裹体， 而这 些流体包裹体在显微测温 时相变清晰， 并且多均一至液相。从流体包裹体类 型组合看， 超临界流体包 裹体并未与富液包裹体 或 含 C O2 的多相包裹体共存于 同一 主矿物之 中， 而是 在某一脉石英中以随机分布和热动力条件下相变模 糊为特征， 据此推测银 山火 山一次火 山热液型多金 维普资讯 第 6期 刘 伟 超临界成矿流体地球化学研究及其展望 7 属矿床的成矿可能与超临界流体作用有关， 其超临 界流体成矿地质事件尚未查 明， 值得研 究。 3 深入研究超临界成矿流体展望 超临界成 矿流体属于超 临界流体 S C F 领域 中 的一个方面， 对其性质的认识 目前仍处于探索 阶段。 美国 1 3届热物理性 质大会、 1 9 9 7年 日本第 四届 国 际 S C F会议、 1 9 9 9年加拿大 1 3届 国际水蒸气会议 1 3 t h l C P WS 和 2 0 0 0年美 国第 5届 S C F会议所报 道的成果均说明传统 的反应动力学形式 已不适 用， 建立超临界流体反应动力学方程成为重要的科学 目 标。现有研 究中一些动力学关联式适应 范围有限， 对超临界条件下的反应机理缺乏深层次认识。 导致 大部分异常现象无法解释 ， 定理描述显得十分困难 。 超临界成矿流体来源、 超临界成矿流体在热液 矿床中的时空分布与定位、 超临界成矿流体溶解度 等问题是认识热液成矿作用的新课题。於崇文院士 1 9 9 9 年指 出⋯ 超临界溶解度 的渐近短 程临界反 应 a s y mp t o t i c s h o r t ． r a n g e c ri t i c e f f e c t s 和 临界 过程 涨落对超 临界流体 的热力学与传输性质的非渐近长 程临界效应 n o n a s y mp t o t i c l o n g ． r a n g e c r i t i c e f f e c t s 相结合对成矿作用将产生极其重要的影响。超I 临界 地质流体的萃取、 层析 、 分离作用将使成矿元素高度 浓集和成矿元素共生组合高度多样化， 并 使成矿作 用的多阶段演化和 空间上的分带性发展， 导致 多矿 种和大矿量 的大型矿床和矿集区的形成 。大型矿床 或成矿区带处于 混沌 边缘， 超临界地质流体 参与地 质成矿作用是判断地质一成矿系统是否处于混沌边 缘的准则之 一[ 5 l 。超 临界 地质流 体参 与成矿 可能 是热液矿床成矿的一个普遍规律， 但 什么性 质的超 临界地质流体能够导致矿 床 体 的形成， 值 得深入 研究。 ， 内生金属矿床 的成矿多与深部流体作用有关 。 目前对地球内部温压条件的估算结果显示下地壳及 深部流体均处于超临界状态， 作为成 矿流体样 品的 流体包裹体研究被认为是了解地球深部流体最直接 的技术途径。许多内生金属矿床流体包裹体研究资 料表明， 地球深 部流体成分 以 H2 O和 c o 2为主， 并 含有少量的 C O、 H2 、 F、 C I 、 H2 S等挥 发成份 及一些 常量、 微量元素和硅酸盐熔融体， 但因目前 的实验数 据处理和识别受条件限制， 如体系的复杂性、 相关相 图的缺乏以及实验条件 的不完善 等， 立足实验基础 上的地球深部超临流体作用过程的模拟技术 尚不成 熟 。从相关学科 已有的超临界流体技术应用中吸取 经验， 开展该领域的科研 ， 将有利于揭示超临界流体 在深部地质过程 中的作用。 此外， 超临界 流体反应究竟可在哪些物系 中发 生， 超临界流体的介电常数、 扩散系数、 溶剂效应、 分 子几何构型等 因素对超临界流体反应有何影响等问 题均值得深入研究【 2 。 [ 参考文献 】 [ 1 ] 於崇文． 大型矿床和成矿区 带 在混沌边缘 [ J ] ． 地学 前缘， 1 9 9 6 ， 6 2 ． [ 2 ] 邱瑞照， 杜绍华， 彭松泊． 超临界流体在花岗岩成岩成 矿过程中的作用以香花岭花 岗岩蛩馄钽矿床为例 [ J ] ． 矿物岩石地球化学通报， 1 9 9 7 。 1 6 4 2 3 9 2 4 2 ． [ 3 ] 邱瑞照， 彭松柏， 杜绍华． 香花岭花岗岩型馄钽矿床的 成因兼论超 临界流体在成岩成矿过程 中的作用 [ J ] ． 湖南地质， 1 9 9 7 ， 1 6 2 9 2 9 7 ． [ 4 ] 施立达． 论矿物中的临界包裹体及超临界流体的成矿 地质作用[ J ] ． 地质与勘探， 1 9 8 7 ， 2 3 1 2 3 43 8 ． [ 5 ] 曾贻善， 刘家齐． 矿物流体包裹体中的低分子量羟酸 [ C ] ． 北京大学国际地质科学学术研讨会论文集． 北京 地 震出版社 ， 1 9 9 8 ． 7 8 67 9 1 ． [ 6 ] 张荣华， 胡书敏． 地球内部的极靖条件研 究的新进展 [ C ] ． 中国地质学会． “ 九五” 全国地质重要成果论文集， 2 0 o 0 ． 1 2 3 1 2 7 ． [ 7 ] 张荣华， 胡书敏 ．地球深部成矿物质进入地壳的化学 动力学过程[ c] ． 中国地质学会编． “ 九五” 全国地质重 要成果论文集， 2 0 0 0 ． 4 1 64 2 0 ． [ 8 ] L i uWe i ．F l u i d i n c l u s i o n s e v i d e n c ef o r t h e p h y s i c o c h e mi c a l c o n d i t i o n o f C u P h Z n A u A g s u l f i d e d e p o t i o n i n t h e Y i n s h a n p o l y me t a U i e d e p o s ／ t [ M] ，J i a I1 g ，P ． R． Ch i n a ，I nt h e b o o k o f 1 3 t h I CP W S , To r o n t o ，CANA- DA， 1 9 9 9． [ 9 ] Z h a n gD e h u i a n dL i uWe i ． R e s e a r c ho nfl u i di n cl u s io n s o f t h e Y i n s h a n p o l y r n e t a U i c d e p o s i t [ J] ．J i a n g x i ，C h i 】n a ， C h i n e s e J o u r n a l of G e o c h e mi s t r y ，1 9 9 9 ， 1 8 2 ． [ 1 0 ] R o b e r t R L o u c k s ，J o h n A ma v r o g a me s ．G o l d s o l u b i l i t y i n s u p e r c r i t i c al h y d r o t h e r ma lb fi n e s 口 删r e d i n J T I - t h e t i c fl u i d i n d u s i o n s [ M] ．S c i ence，1 9 9 9 ， 2 8 4 2 5 2 1 5 921 6 3． [ 1 1 ] 沈忠耀． 超临界流体， 化工百科全书[ M] ． 北京 化学 工 业出版社 ， 1 9 9 1 ． [ 1 2 ] 吴卫生， 马紫峰， 王大璞． 超临界流体技术发展动态 [ J ] ． 化学工程 ， 2 0 0 0 ， 2 8 5 4 5 5 0 ． [ 1 3 ] 郭继志， 哀渭康． 初议超临界条件下的化学反应 [ J ] ． 化工进展 ， 2 0 0 0 ， 1 5 3 8 1 4 ． 下转第 1 7页 维普资讯 第 6期 张运山等 有底柱分段崩落法在胡家峪矿的应用 1 7 爆为主、 导爆索为辅 的非电毫秒复式起爆 网路， 随着 爆破技术的进步， 在生产实践中对爆破认识的深入， 该起爆方式已不能满足爆破技术进步的要求。在岩 石情况较好、 孔径不易变形 的采场， 1 9 9 6年 试验并 推广应用了非 电毫秒雷管起爆 的单 式起爆 网路 ， 一 次 炸 药 单 耗 不 变，二 次 单 耗 由 “ 复 式 起 爆 ”的 0 ． 2 8 k g ／ t 下降为“ 单式起爆” 的 0 ． 2 4 6 k g ／ t 。 2 变孔 口起爆为孔底起爆。从能量角度分析 ， 孔 口起爆时， 孔 口部分密集装药， 所释放 出的爆轰能 量猛烈集中向孔口冲击， 致使孔 口部分介质过分破 碎， 眉线遭受较大 的破坏， 并立即 向孔外逸散， 大部 分释放在空气中， 而导致对介质作功 的能量大打折 扣， 同时产生强大的空气冲击波 ； 而孔底起爆点前方 的堵塞作用， 高能爆轰产物不能立即向孔口 逸散， 故 作用于介质作功 的能量较 多； 从爆 轰气体作用时 间 上分析， 孔口起爆时， 爆轰气体一开始就在敞开空间 膨胀， 故对介质的膨胀压力小且消失快 ； 而孔底起爆 点前方的装药起了堵塞作用， 爆轰气体能在从孔底 起爆到孔 口这 段时 间内处于 密闭 的介质空 间 中膨 胀， 作用时 间长 ； 从 爆炸 应力波 作用分 析孔底起 爆 时， 应力波沿传爆方 向由疏到密向前发展， 在介质中 产生强大的冲击波。据应力波反射原理， 从自由面 反射 回介质的拉伸波强度也相应增大， 而孔 口起爆 时应力波沿传播方 向则是 由密到疏 向前发展， 在介 质中产生的冲击波起始强度较小。这就是孔底起爆 较孔 口起爆爆破效果优越的最主要机理。孔底起爆 爆轰气体对介质的静态膨胀时间长、 爆轰能量利用 率高、 在介质中产生的冲击波强度大， 能使得介质得 到很好 的破碎， 降低大块率的产生。 胡家峪矿传统 的起爆药包设在孔 口， 并在孔 口 进行堵塞， 爆 破效 果一直 不错， 但也 存在 一定的 问 题， 大块产出率高， 二次破碎火工材料高 ， 眉线破坏 严重， 爆破空气冲击波危害较大。扇形 中深孔落矿 有以下特点 每米深孔崩矿量随着孔深 的增 加而加 大， 一次单耗则下降； 能量分布不均 匀， 孔 口部分炸 药单耗过高， 部分能量用于破碎矿岩， 其余的都消耗 在产生冲击波和地震波等无用功上， 并破坏眉线， 造 成了能量不足而产生大块。为 了改变爆 破效果， 本 矿 2 0 0 0年进行 了孔底起爆 的试验研 究， 取 得了成 功， 并推广使用， 明显改善 了爆破效果 ， 提高了出矿 效率， 降低了劳动 强度， 减小 了对 巷道 的的破坏 程 度， 大块率 降至 8 ． 1 4 ％， 二 次单耗 降至 0 ． 1 2 7 k g ／ t ， 一 次单耗略有上升， 出矿成本 降低了 0． 2 7 5 3元／ t 。 2 0 0 1 年胡家峪矿的采 矿主要技术 经济指标如 下 采场生产能力 2 4 0 0 t ／ d ； 采矿台效 1 1 6 ． 6 t ／ 台班 ； 中深 孔 台效 2 1 ． 9 m； 采 掘 比 2 1 m／ k t ； 崩 矿量 5 ． 3 3 t ／ m； 一 次 炸 药 单 耗 0 ． 7 0 7 k g ／ t ； 二 次 炸 药 单 耗 0 ． 1 2 7 k g ／ t ；矿 石 贫 化 率1 3 ． 7 ％；矿 石 损 失 率 1 4 ． 3 ％； 出矿成本 1 0 ． 2 4元／ t 。 6 结 束语 有底柱分段崩落法在胡家峪矿经过几十年的实 践、 应用与发展， 效果明显， 越来越被接受， 尤其是孔 底起爆技术的成功运用和岩体主结构面控制爆破技 术的试验成功及其理论 的逐步完 善， 必然会导致矿 岩爆破和采矿工艺和技术发展。矿山企业必须重视 引进和推广各种新技术、 新工艺， 不断推动技术进步 和技术创新， 降低生产成本 ， 把技术有效的转化成经 济效益， 促进经济的增长。 上接 第 7页 [ 1 4 ] 肖建平， 范崇政． 超临界流体技术研究进展[ J ] ． 化学 进展， 2 0 0 1 ， 1 3 2 9 4 1 0 1 ． [ 1 5 ] 阮新， 曾健青， 张镜澄． 在超临界 c o 2流体中的化 学反应[ J ] ． 有机化学， 1 9 9 8 ， 1 8 3 2 8 2 2 8 7 ． [ 1 6 ] 钟明宏， 柯杰， 韩布兴， 闰海科 ． 超临界 c 0 2 溶 质二元系的密度及溶质的偏摩尔体积[ J ] ． 物理化学 学报， 1 9 9 6 ， 1 2 9 6 1 68 2 4 ． [ 1 7 ] 周忠清． 超临界二氧化碳化学 [ J ] ． 上海化工， 1 9 9 6 ， 2 1 3 3 5 0 3 7 ． [ 1 8 ] 董建军 ， 梁春 申， 王家栋 ． 超 临界 二氧化碳萃 取技术 应 ’ 用状况[ J ] ． 上海化工， 1 9 9 9 ， 2 4 1 - 2 2 3 4 ， 【 1 9 ] 孙睿， 胡文宜， 段振豪 ． 超临界流体热力学函数的理 论计算[ J ] ． 地质论评， 2 0 0 0 ， 4 6 2 1 6 71 7 7 ． [ 2 0 ] T e s t e 。J e f f e r s o n W， Mo d e l i n g p h a s e e q u i l i b r i a a n d c h e mi e a l k i n e t i c s i n s u p e r c r i t i e a l w a t e r [ C] ．I n T h e ’ Ab s ． o f 5 t h I n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u m O i l S C Fs ， At l a n t a ，GA，US A，2 0 0 0． [ 2 1 ] C h a r i e sE c k e t ， Ov er 2 5 y e a r s o f e 】 【 p 商e n c e i n s u t i e a l f l u i d s [ M] ．I n T h e b o o k o f s h o r t啾o i 1 s u p e r c r i t i c a l f l u i d ． 5 t h I n t e r n a t i o n a l S ym p o s i um o n S C F， GA，US A，2 0 0 0． [ 2 2 ] 温志坚， 毛景文． 超临界流体的研究进展及其对成矿 地球化学研究的启示[ J ] ．地质论评， 2 0 0 2 ， 4 8 1 1 0 6 1 1 2． 维普资讯