PCB散热技术及发展
摘要：现代功率电子设备功耗越来越大，高度集成后体积越来越小，对散热的要求也越来越高。电子散热关系到电子设备的可靠性和寿命,是影响当今电子工业发展的一个瓶颈。伴随着电子产业高性能、微型化、集成化的三大发展趋势,散热问题越来越突出。尤其是对于热负荷敏感度较高的CPU 而言,热量在芯片处的累积将严重影响其稳定性和使用寿命。本文章介绍了目前常用于功率电子设备的自然冷却、强迫通风冷却、液体冷却、热管技术、微管道散热器、芯片冷却技术等散热技术，阐述了各种散热技术的原理、特点，并介绍了最新的国内外学者的研究成果。
关键字：风冷；水冷；热管技术; 微通道；芯片冷却技术;制冷芯片
Abstract:Modern power electronics the power consumption increases, smaller and smaller height after integration, heat dissipation requirements are increasingly high.Electronic cooling related to the reliability and life of electronic equipment, is affecting the development of today's electronics industry, a bottleneck.With the high performance of the electronics industry, miniaturization, integration of the three major trends, cooling issues become more and more prominent.Especially for CPUs with high heat load sensitivity, the accumulation of heat at the chip will seriously affect its stability and service life. This article describes the currently used in power electronic equipment, natural cooling, forced air cooling, liquid cooling, heat pipe technology, micro-pipe radiators, chip cooling technology and other cooling technology, described a variety of cooling technology principles, features, and introduced The latest domestic and foreign scholars research results.
Key word:Air-cooled; water-cooled; heat pipe technology; microchannel; chip cooling technology
1 引言
PCB产业大致与晶体管的诞生时期相同，并且与半导体产业并驾齐驱的迅速成长。PCB 的构造或者制造工艺取得了许多发展，引领PCB发展的是IC的迅速技术进步和低价格化，尤其是电子设备的巨大市场需求。PCB的首要任务是从IC引出的高密度线路。由于PCB的技术开发适应了逐年进步的IC高集成化，所以PCB正在向着线路的高密度化和降低成本的方向发展。随之展现出了一些其他问题，比如由于现代功率电子设备正在迅速地向高集成度、
高密度组装、高运行速度方向发展，而作为功率电子设备核心的芯片，工作的主频越来越快，消耗的功耗越来越大，发出的热量也越来越多，发热致使影响整个系统的使用寿命。
因此，为了提高功率电子设备的工作性能和可靠性，对电子设备进行合理的热设计。进行热设计的目的就是利用热传递特性，在充分掌握各种设备热失效参数的前提下，通过优化设计热流通道，降低设备与散热环境之间的热阻，并提供一个温度比较低的散热器，以较少的冷却代价把设备内部有害的热量尽可能释放掉，使设备在其所处环境条件下，保持在可靠性要求所规定的温度范围之内。确保设备可靠、安全的工作。电子设备的热设计一般分为3 个层次，即:系统级热设计，板级热设计，封装级热设计。
1.1系统级热设计
系统级热设计—就是对设备机箱、框架及容器等系统级别的热设计。其主要任务是在保证设备承受外界各种环境、机械应力的前提下，充分保证与外界换热通道的畅通；研究内容是电子设备所处环境的温度对其影响，因为环境温度是板级热分析的重要边界条件，其热设计就是采取各种措施来控制环境温度，使电子设备工作在适宜的环境温度下。在系统级热设计中，可安装风扇进行强制对流，也可以进行液体冷却等措施。
1.2板级热设计
板级热设计—就是对电子模块、散热器、PCB 板的热设计。主要任务是有效地把印制板上的热引导到外部。在考虑热引导的问题上，可以考虑采用高导热率的PCB基材，或利用板上的印制电路线来进行热传导和散热；其中PCB 基材的选择是电子设备封装级设计的重要内容，必须考虑材料的强度、绝缘和导热性能，目前常用的材料有环氧玻璃布、聚酞亚胺等。
1.3封装级热设计
封装级热设计—就是对元器件级别的热设计。其主要内容是减小元器件的发热量，合理的散发元器件的热量，避免热量局部积蓄，降低元器件的温升。在进行元器件安装的时候应该注意元器件的安装方式和布局，根据不同元器件的主要散热方式合理进行元件安装。
采取合理的外部散热措施，显得更加必要和迫切。本文介绍了用于功率电子设备的风冷、水冷、微管道散热器、热管技术等散热技术，阐述了各种散热技术的原理和特点，简要介绍
了最新的国内外学者的研究成果。
2 功率电子常用散热技术
目前功率电子设备常用的散热技术有自然冷却、强迫通风冷却、液体冷却、热管技术、微管道散热器、芯片冷却技术等散热技术。
2.1风冷
风冷主要有自然对流和强迫风冷，利用风冷散热器对电子芯片进行冷却是最简单、最直接、成本最低的散热方式。一般来说，空气冷却或强制风冷技术大多应用在低功耗或中等功耗的器件或电子设备中。目前，采用先进风扇和优化大面积热沉，空气冷却技术的冷却能力可达50w/cm风冷散热器的原理很简单：芯片耗散的热量通过粘结材料传导到金属底座上，再传导到散热片上，通过自然对流或强制对流把热量散发到空气中。如图所示：
对风冷散热器的研究主要集中在它的两大部件上，即：风扇与翅片。冷却电子元器件的气流通常由轴流风扇或贯流风机提供，这种风扇能够使翅片周围的空气形成紊流，增大翅片与周围空气的换热系数。另外，为了有效地进行热传导，使热量尽可能地从一个部件传到另一个部件上，有效地减小散热器与封装之间的接触热阻是必要的，为此在散热器与电子元器件之间填充导热材料以减小热阻。以前填充材料常以硅胶和云母垫片来充当，现在填充材料已经被新型材料所代替[9]。还有采用自循环液体冷却装置，其散热装置热阻也比较小。热管式散热器则充分利用热管中液体的相变换热，极大的提高了导热性能，将热量从密集部位传递开，结合常规的散热器，能较好的解决高功耗器件的散热问题，成为笔记本电脑CPU散热的首选方案。
在常见的金属中，银的导热系数最高，但是它的价格着实不菲。现在常用的散热器材料主要是铝和铜。锅价格便宜，密度小，好加工，导热陛能良好。相比较而言，铜的导热系数比铝的大，许多散热能力超强的散热器均采用纯铜打造。但铜材料价格昂贵、易氧化，加工成本高。目前出现铜铝复合型散热器，即底部为铜，散热片为铝，具有良好的散热性能和经济性。散热面积越大的散热器，其热容量越大。散热器的肋片越多，其散热表面积越大，这样热量可以散发得更快。不同的肋片高度和肋间距决定了对流面的面积，是影响散热器换热效果的重要因素。肋片的布局关系到散热器内气流组织、换热系数以及应用特点。为了提高换热系数，可以采用波纹状肋面制造紊流。
对强迫风冷来讲，选择合适的风扇或鼓风机，加快散热片周围空气的流动，可以改善气流组织，提高对流换热系数，从而改善散热效果。
2.2液冷
它的散热效率高，热传导率为传统风冷方式的20倍以上，且无风冷散热的高噪音，能较好地解决降温和降噪问题。水冷散热装置大致可分为微型水泵、循环管、吸热盒和散热片四个部分。水冷散热的原理非常简单，如图2所示。水冷散热是一个密闭的液体循环装置，通过泵产生的动力，推动密闭系统中的液体循环，将吸热盒吸收的芯片产生的热量，通过液体的循环，带到面积更大的散热装置，进行散热。冷却后的液体再次回流到吸热设备，如此循环往复。
吸热盒和散热片设计上多采用铜、铝或铜铝复合结构。在吸热盒的设计中，流体与吸热盒之间的吸热盒壁应尽量薄，在吸热盒平行于加热片的剖面上，冷却液与吸热盒问隔壁面积之比应尽量大，加大传热面积。为了减小吸热盒与芯片间的接触热阻，一方面尽量提高吸热盒底面表面光洁庞另一方面在接触面之间涂以导热硅脂，安放吸热盒时逐渐与芯片接触，避免接触面之间留存空气。选择冷却液时，必须对冷却液的热传递能力、冰点和黏度、沸点和分解温度、绝缘性能、腐蚀性、可燃性、毒性、费用等加以考虑。常用冷却液有水、乙二醇溶液、盐水、硅油等。
2.3热管技术
热管是以相变来强化换热的技术,它利用封闭在真空管内的工作物质,反复进行沸腾或凝结来传送热量。典型的热管依次可划分为蒸发段、绝热段和冷凝段三部分。管内装入的液体称为工作液,是热量传递的介质。首先,蒸发段的工作液从外部吸收热量后沸腾成为气相,在气压差的驱使力作用下进入冷凝段,遇到较冷的管壁便凝结为液体并释放热量;接着,通过热管中心处设置的吸液芯,利用它与工作液的表面张力所产生的毛吸力再将工作液送回到蒸发。。反复进行上述过程,从而不断将蒸发段的热量传送到冷凝段,再通过散热片传递出去。由于热管是通过相变潜热来传递热量,其导热性能很高,甚至是相同尺寸铜管的几十倍以上,因此适合在狭小空间中高热量的排放,在笔记本电脑中已经得到应用。
2.4微管道散热技术
微通道热沉的概念最早由Tuckerman 和Peace于1981 年提出的,它是由具有高导热系数的材料构成。根据Riddle 等的研究:流量一定时,矩形通道中流体总的热传导系数与通
道水力直径成反比。随着通道直径的减小,换热系数相应增加,同时系统的散热面积与体积比也显著增加。因此尽管体积不断减小,散热能力反而得到极大的提高。
微管道由于具有很高的传热系数，可利用其设计电子芯片内部冷却用的水冷式散热器。Tuekerman和Pease首次将微管道刻蚀在VLSI(Very Large scaleIntegration)硅芯片的背部并在其顶部装上盖板，冷却液则密封在微管道内，并以此来构造一种新型的微管道散热器。他们的实验表明，当水的流量为10cm3/s，水的温升为71℃时，冷却热流可高达790W/cm2。。这一冷却能力大大超过了目前已知的常规冷却手段所能达到的水平，因而在芯片冷却应用上，作为高效紧凑型换热器或冷却装置极具优势。
2.5制冷芯片
制冷芯片是由Borealis 公司开发出的产品,它是基于热离子换能效应而实现的。热离子换能效应早在1900 年即被发现,即当两种不同的导体接触时,一种导体作为冷端释放电子,另一种导体作为热端接受电子。这样,通过高低能电子的交换从而实现热能的传递。然而该项技术并未在20 世纪70 年代立刻得到实现,其原因有如下: ①器件只有在两个板间的距离极小时(1～10 μm) 才可能发生热离子换能效应(见图5 左) ,而当时的半导体微加工工艺尚无法满足这一要求; ②即便材料能发生电子发射,所要求的势垒也很高,只有当热端达到2 000 ℃时才可能发生,而许多金属在达到这一温度之前早已溶化,并且极高的工作温度对系统的耗能量要求巨大,不可能有实用的价值。而制冷芯片在传统热电离子发射的基础上,采用了量子力学隧穿效应的理论,即将两块电极板的间距控制在纳米量级(1～10nm) ,从而有效降低需要克服的势垒,在常温下实现两个大表面之间的电子隧穿(见图5 右) ,加之近年来微加工工艺的极大进步,人们就能很好地解决上述的两个难题。
根据Borealis 公司主页上提供的Cool Chip 的信息可知,制冷芯片在室温下的理论散热通量为5kW/ cm2 ,加之其体积小、轻便、有效且成本低廉,所以应用范围十分广泛。此外,它可以实现薄膜式的固体冷却,从而能很好地避免芯片上的局部热点。制冷芯片还能够相互串联组成阵列的形式,具有可组合性,可以适合任何形状外表的散热,并提供更强大的制冷能力。理论上, 1 in2 ( 6。45 cm2 ) 大小的CoolChip 装置已经足够供一台冰箱使用,2 in 大小的Cool Chip 等同于一台为起居室散热的空调,而5 in大小的产品就能够为整间房子制冷了,因此, PC 制冷只是Cool Chip 显示自己略显身手的地方。但是要注意将热端的热量及时散发出去,需要额外使用被动散热,否则就会导致热端温度过高而烧坏制冷元件。
3.结论
(1) 风冷法。在CPU 上安装散热片以扩大散热面积,并在散热片上安装一个小风扇,让空气强迫对流带走热量。这种散热方式的优点是简单实用,且价格低廉。但其缺点在于: ①冷却效率低,最多只能排出CPU 废热的60 % ,因此仅依靠传导和对流的风冷法散热器已经接近了其导热极限; ②随着风扇的功率和转速的增大,产生的噪声也随之增大; ③由于风扇是运动部件,比较容易损坏。
(2) 水冷法。它是用密封性良好的水槽(一般用铝或铝合金制成) 贴在CPU 表面,然后通以水循环系统,将CPU 发出的热量带走。这种方法的散热效率比风冷散热高,但它需要较复杂的水冷却系统,并且使用不便,安装麻烦,而且还有漏水和结露的隐患。
(3) 半导体致冷片法。它是基于帕尔贴效应而实现的,通常采用陶瓷封装的半导体串联方式。其工作原理实际上是热量转移,当接通直流电时,半导体的冷面温度迅速降低,甚至可降至- 10 ℃,而另一面的温度则迅速上升,从而达到降低表面温度的作用。半导体致冷的优点是无需任何制冷剂,寿命长,安装简单,可通过控制电流实现高精度的温度控制。它同样也存在缺点: ①制冷效率低; ②工艺不成熟、价格高; ③容易因冷面温度过低而出现的CPU 结露,从而导致短路的现象。
（4）Cooligy 的产品采用了电力动能泵和微通道散热器,因而拥有许多杰出的性能,诸如散热性能优越(据其官方网页的数据, 散热通量甚至可达1000 W/ cm2 ) ,体积小重量轻,无噪声,性能稳定,可靠性高,寿命长,与芯片的集成性好,成本低等。然而,减小微通道的宽度不仅可以增加散热能力,同时也会引起压力降升高,增加微通道的压力负载及泵的功率。此外,微通道的堵塞问题、低雷诺数下微流体的流动问题都是极需深入探讨的。随着微通道散热器本身的技术进一步完善,这种产品将有更大的发展潜力和市场需求。
（5）Cool Chip（制冷芯片）的冷却性能优于目前几乎所有的散热技术,其应用前景是很乐观的,很可能在许多应用取代现有的各种制冷方式,如广泛地应用到飞机、导弹、火箭引擎、卫星等高科技领域。伴随着Cool Chip 加工技术的不断成熟,不久的将来可以通过工业手段大批量生产,并有可能处于领先地位。
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YF-ED-J4110 可按资料类型定义编号 我国爆破工程行业的发展 趋势实用版 Management Of Personal, Equipment And Product Safety In Daily Work, So The Labor Process Can Be Carried Out Under Material Conditions And Work Order That Meet Safety Requirements. （示范文稿） 二零XX年XX月XX日
我国爆破工程行业的发展趋势实 用版 提示：该安全管理文档适合使用于日常工作中人身安全、设备和产品安全，以及交通运输安全等方面的管理，使劳动过程在符合安全要求的物质条件和工作秩序下进行，防止伤亡事故、设备事故及各种灾害的发生。下载后可以对文件进行定制修改，请根据实际需要调整使用。 1 引言 爆破工程最早起源于千余年前中华大地的 黑火药时代。大约在11～13世纪，黑火药传人 欧洲;在17世纪黑火药开始用于开采矿石，开 启了矿山爆破的新篇章。经过两百多年，全球 工程爆破行业有了令人瞩目的发展，出现了许 多大型工程爆破企业，例如拥有120多年历史 的澳瑞凯集团公司(ORICA)，可以为全球各大矿 产开采商提供爆破服务，同时也生产与采矿相 关的各种化工用品，其业务广泛分布于全球六
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爆破工程行业的发展趋 势 集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-
我国爆破工程行业的发展趋势1引言 爆破工程最早起源于千余年前中华大地的黑火药时代。大约在11～13世纪，黑火药传人欧洲;在17世纪黑火药开始用于开采矿石，开启了矿山爆破的新篇章。经过两百多年，全球工程爆破行业有了令人瞩目的发展，出现了许多大型工程爆破企业，例如拥有120多年历史的澳瑞凯集团公司(ORICA)，可以为全球各大矿产开采商提供爆破服务，同时也生产与采矿相关的各种化工用品，其业务广泛分布于全球六大洲。ORICA在澳大利亚民爆市场份额达65%～70%(据GSJBW统计)，在美国民爆市场份额达45%。 我国爆破技术和爆破工程行业在近三十年来发展很快，每年炸药消耗量已超过300多万吨，每年爆破工程行业产值1300～1500亿元。很多技术已经达到了世界先进水平，有些技术还处于领先地位。 2行业整合与重组 不完全统计，我国现有四千多家爆破公司，但具有爆破与拆除一级资质企业仅36家。每家企业的年平均营业收入不足4000万元，年收入超过5亿的更是凤毛麟角。近几年，金属加工特种爆破企业如雨后春笋，遍地开花，其中不乏如西安天力金属复合材料有限公司、大连爆炸加工研究所和南京三邦金属复合材料有限公司等骨干企业，也有个别规模较小、生产条件较差的小型企业。目前，这种小型企业的技术力量相对薄弱、产品质量缺乏保证、甚至存在安全隐患，有待于在技术力量、安全意
识、管理能力方面进一步增强，从而提高产品质量、提升市场竞争力、维护正常营销秩序、确保安全生产。 针对这种局面，公安系统即将推出一套安全管理办法，对爆破企业、爆破项目、爆破技术人员实行分级管理：①按爆破企业的资本、设备、人员组成、业绩、安全管理能力分成A、B、C、D四级;②按爆破工程的不同种类、规模、难易程度及环境复杂程度，把土岩爆破、拆除爆破和特种爆破也分成A、B、C、D四个等级;③对爆破技术人员则按资历、能力分为高、中、低三级，在土岩、拆除、特种三种爆破范围，重新考核取证，持证上岗。在推进这一系统管理办法的基础上，对爆破企业、爆破项目、涉爆人员进行管理，相应的违规处罚办法也作了明确、严格的规定。这一管理办法的实施必将使企业与从业人员的管理得到进一步的规范化，爆破市场秩序得以整顿;同时也将促进爆破行业的整合与重组。这种优胜劣汰的趋势，能促进行业在技术上、管理上的进步。国内一些具有远见卓识的企业领导人，早已开始了企业的整合、重组工作，主要表现在三个方面： (1)爆破器材生产厂家培养人才，组建爆破施工队伍，向销售与技术服务一体化的方向大跨步迈进。例如贵州久联民爆器材发展有限公司(上市公司)在1993年成立了技术服务性的子公司——新联爆破工程有限公司，短短几年，其年产值已超过亿元，跻身于国内大型爆破公司的行列。(2)爆破公司购置炸药混装车、地面站，并购民爆器材厂，朝着爆破施工与爆破器材生产、现场服务一体化的方向重组。例如广东宏大爆破股份有限公司，单日矿岩钻爆量已超过20万m3，不但购置了12辆炸药混装
我国爆破行业的发展趋势 【摘要】基于我国爆破行业发展现状，通过对爆破行业当前存在的问题进行分析，对我国爆破行业未来发展方向提出建议与改进措施。 【关键词】我国爆破业；行业现状；发展趋势 前言 我国爆破行业在设施及信息化网络监管、安全方面都落后于世界发达国家，随着信息化在各个行业的应用，信息化建设逐步成为爆破行业发展趋势。但是我国爆破行业人才相对缺乏、行业管理粗放加之爆破行业作业方式特殊、危险系数高，工人们作业环境复杂等诸多因素都制约着我国爆破行业信息化的发展。 一、我国爆破行业发展现状 （一）爆破器材品种相对单一 我国的爆破器材企业生产的产品还相对单一，研究部门研究的爆破器材大部分停留着试验阶段。另外，企业受自身研究水平的限制也不能及时的满足客户的需求，不能根据目前爆破市场的发展及时的调整自己的产品战略，这就制约了试验中爆破新器材的推广与使用，这就直接阻碍了我国爆破技术的发展与提高。 （二）爆破行业管理水平有待提高 我国爆破行业据粗略估计大概有4000多家，具有一定资质在不到10%，这些爆破公司大多存在着管理松散、规章制度不完善、工作缺乏监督与执行标准，这就容易造成爆破安全隐患。在爆破施工现场指挥人员与操作工人根据自己的主观经验进行施工，由于缺乏施工的组织与安排很容易造成现场的混乱。爆破所用的器材在使用、存储及运输中没有明确的制度，如果将雷管、炸药混装非常容易出现安全事故。另一方面表现在许多爆破公司雇用临时工不按规定进行审核、登记和培训，管理人员盲目安排施工人员打眼、装药、放炮，许多教训已经告诉我们，这是一个不容忽视的问题。总之，爆破行业在管理方面存在的问题需要得到及时的解决，否则直接影响爆破安全性及整个行业的发展。 （三）爆破测试、设计信息化薄弱 我国爆破行业除了硬件设施相对缺乏，对爆破的测试工作认识不足。加之现在缺少实用的测试软件，计算机在爆破测试领域应用较少。公司对空气冲击波测试、爆破震动等测试工作的漏洞与不足会给今后的爆破工作带来很大的施工难度。例如：控制爆破所造成近距离精密仪器受损、预裂爆破造成保护边坡裂缝等问题。因此爆破公司应该加强爆破临测仪器、摄影技术的应用。
爆破技术的发展现状及发展趋势 采矿10-1高宇 10010 2 摘要: 随着爆破技术和相邻学科的发展, 爆破理论的研究也有了长足的进步。特别是岩体结构力学、岩石动力学和计算机模拟爆破技术的发展, 使爆破理论的研究更实用化, 更系统化了。 关键字: 爆破技术爆破理论 引言: 当今岩体力学已从以材料力学为基础的连续介质岩体力学发展为以工程地质为基础的非连续介质岩体力学。岩体结构面特征对爆破的影响日益引起人们的重视。 岩石动力学作为爆炸力学、冲击力学与爆破工程相结合的一门边缘学科, 它的产生和发展无疑对岩石爆破破碎原理的研究是一种推动力量。 计算机模拟爆破技术的发展, 不但能够预算出最优的爆破效果, 而且能够在计算机上再现岩石爆破的动态过程, 从而大大减少现场试验所消耗的人力、物力, 并能准确地查明各种因素对爆破效果的影响。它代表着90年代爆破技术的最高水平, 也是爆破技术由工艺过渡到科学的重要标志之一。可是, 从总体上看, 爆破理论的发展依然滞后爆破技术的要求, 理论研究和生产实际仍有不小的差距。再加上爆破过程的瞬时性和岩石性质的模糊性、不确定性、致使爆破理论众说纷法, 争论不止。美国矿业局W．L．福尔内( Faurney) 等人认为: ”岩石破碎的过程依然没有阐明, 在公开文献中尚有许多混乱和相互矛盾的论点……”南非的C．V．B．坎宁安( Cunninghan) 在论及岩石爆破过程中动压与静压哪个占主导地位时谈到”60年代以来, 一直为人们所争论, 毫无疑问, 今后仍将争论一段时间”。南非矿业研究会高级工程师J．R布里克曼( Brinkman) 在 1987年召开的第二届爆破破岩国际会议( 2nd International Symposium on Rock Fragmentation byBlasting) 上谈到: ”岩石爆破破碎机理当前仍存在着相互矛盾的观点”。
( 安全管理 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 我国爆破工程行业的发展趋势 (通用版) Safety management is an important part of production management. Safety and production are in the implementation process
我国爆破工程行业的发展趋势(通用版) 1引言 爆破工程最早起源于千余年前中华大地的黑火药时代。大约在11～13世纪，黑火药传人欧洲;在17世纪黑火药开始用于开采矿石，开启了矿山爆破的新篇章。经过两百多年，全球工程爆破行业有了令人瞩目的发展，出现了许多大型工程爆破企业，例如拥有120多年历史的澳瑞凯集团公司(ORICA)，可以为全球各大矿产开采商提供爆破服务，同时也生产与采矿相关的各种化工用品，其业务广泛分布于全球六大洲。ORICA在澳大利亚民爆市场份额达65%～70%(据GSJBW统计)，在美国民爆市场份额达45%。 我国爆破技术和爆破工程行业在近三十年来发展很快，每年炸药消耗量已超过300多万吨，每年爆破工程行业产值1300～1500亿元。很多技术已经达到了世界先进水平，有些技术还处于领先地位。 2行业整合与重组
不完全统计，我国现有四千多家爆破公司，但具有爆破与拆除一级资质企业仅36家。每家企业的年平均营业收入不足4000万元，年收入超过5亿的更是凤毛麟角。近几年，金属加工特种爆破企业如雨后春笋，遍地开花，其中不乏如西安天力金属复合材料有限公司、大连爆炸加工研究所和南京三邦金属复合材料有限公司等骨干企业，也有个别规模较小、生产条件较差的小型企业。目前，这种小型企业的技术力量相对薄弱、产品质量缺乏保证、甚至存在安全隐患，有待于在技术力量、安全意识、管理能力方面进一步增强，从而提高产品质量、提升市场竞争力、维护正常营销秩序、确保安全生产。 针对这种局面，公安系统即将推出一套安全管理办法，对爆破企业、爆破项目、爆破技术人员实行分级管理：①按爆破企业的资本、设备、人员组成、业绩、安全管理能力分成A、B、C、D四级; ②按爆破工程的不同种类、规模、难易程度及环境复杂程度，把土岩爆破、拆除爆破和特种爆破也分成A、B、C、D四个等级;③对爆破技术人员则按资历、能力分为高、中、低三级，在土岩、拆除、
控制爆破技术研究现状及发展建议 发表时间：2017-11-21T10:29:55.437Z 来源：《防护工程》2017年第17期作者：普忠福[导读] 针对于不同的爆破对象，所要求的爆破目的以及所需要采取的爆破方法往往是不同的。摘要：与传统的爆破技术相比，控制爆破具有显著的特征，其爆破工作的实施主要是通过采取一定的技术手段对爆破所产生的能量及范围进行有效控制，从而使得爆破之后工程的倾倒方向、所造成的飞石以及相应的破坏区域能够符合所规定的标准。 关键词：控制爆破；现状；发展 1控制爆破概述 针对于不同的爆破对象，所要求的爆破目的以及所需要采取的爆破方法往往是不同的。目前对于控制爆破技术的定义为：根据爆破工程实际的爆破需求，通过精心地设计并采取有效的防护措施，对于爆破过程中所释放的能量以及爆破过程中所产生的碎石、爆破之后所涉及到的范围进行严格控制。不仅要使得工程爆破之后达到相应的爆破目标和效果，同时还需要保证工程爆破之后的倒塌方向、塌方范围以及倒塌之后所造成的影响控制在相应的范围内。对于这种既能完成爆破任务，又能将爆破过程中所产生的危害降到最低的方式叫做控制爆破。目前控制爆破技术已经被广泛地应用于各个工程领域中，不仅在岩土开挖的过程中可以采用控制爆破技术，在大型土石方工程以及建筑的拆除改造等过程中都有应用。 2现代应用 2.1抛松控制爆破 随着大型土石方工程的发展，在剥离、场平生产过程中，一侧抛掷而另一侧松动（成加强松动）的抛松控制爆破正在扩大其应用范围。因此，研究抛松控制爆破的理论和实践，对加速我国大型土石方工程的发展和提高控制爆破的技术水平，均具有现实的意义。抛松控制爆破是利用单药包或群药包的爆炸能量抛掷（破碎与抛出）爆区的一侧岩土，同时还必须使另一侧岩土松动（破碎）或加强松动，利用抛松两侧最小抵抗线的不等性，使炸药的爆炸能量按设计所需来分配，达到爆破作用的不等性：抛掷侧单位体积内分配的爆炸能量多，介质破碎后尚有多余能量用于抛掷；松动侧单位体积内分部的爆炸能量少，故只能使介质破碎（即加强松动），塌落于原地，不产生抛掷现象。在进行抛松控制爆破设计中，应根据爆区的地形地质条件，结合被保护物的分布状况和对爆破的具体要求，进行综合分析。 2.2微差挤压爆破技术 微差挤压爆破技术一种延期爆破，延迟时间为几毫秒到几十毫秒，通过延时网路的微差作用来控制一次起爆药量，形成新的自由面，能量场相互影响，实现应力波的叠加、岩石碰撞挤压的二次破碎，从而达到增大一次爆破量和减少爆破次数，提高破碎质量，降低爆破震动的效果。罗开军[3]研究认为微差爆破中合理的排间微差和孔间微差间隔时间由以下半经验公式计算。t0=[S20+2（V22-V21）H0/g]12-S0V1+V2 t=kQ13+10.2γeCdγrCr- 1.78Q13+SV（1） 式中，t0为排间微差间隔时间，t为孔间微差间隔时间，S0为前后排距，H0为下落高度，V1为堵塞段飞行速度，V2为中部岩块飞行速度，V为岩块平均移动速度，Q为炮孔平均装药量，γe、γr为炸药和岩石的容重，Cd、Cr为孔内炸药爆速和岩石纵波波速，S为岩石移动距离。 2.3间隔装药爆破技术 间隔装药爆破也称为轴向不耦合装药爆破，通常指在装药之间或装药与炮泥之间填充空气或水，爆炸冲击波在通过填充介质时强度将大幅降低，使炮孔内的能量分配更加合理，岩体的过破碎情况减少。目前，根据装药结构的不同分为：连续不耦合装药、连续耦合装药、分段不耦合装药和分段耦合装药。 水间隔装药爆破技术是当前重点推广的爆破技术之一。由于水具有近似的不可压缩性和不膨胀性，水耦合爆破时孔壁所受初始冲击压力以及随后因气体膨胀而产生的准静态应力都大于空气耦合爆破，水的流动性使应力场分布更加规律。近年来，关于孔底间隔装药爆破技术的报道增多，该技术是一种在炮孔底部放置一定高度空气层或水层后进行装药填塞的爆破方法，爆轰波通过空气（水）层传播到达孔底后绝大部分发生反射，反射回来的冲击波使空气（水）层内的准静态压力迅速升高，从而使岩石破碎更加充分，炮眼利用率提高，大块、根底减少，地震效应减弱。[4] 2.4光面、预裂爆破技术 光面（预裂）爆破技术从20世纪50年代在瑞典兴起、60年代中期引入国内后发展非常迅速，已广泛应用到露天开挖、隧道、地下工程等领域，为社会和经济发展带来巨大的效益。光面爆破沿设计开挖边界布设密集炮孔，通过径向不耦合装药及药量的控制，减弱在通过药包与孔壁间空气层时产生的主要爆炸压力，孔壁而只产生裂纹，形成平稳轮廓面。预裂爆破由光面爆破演变而来，作用机理与光面爆破相同，也称为预裂光面爆破。两者的主要差别在于：光面爆破的主爆破炮眼先于控制开挖轮廓面的光面炮眼起爆；而预裂爆破的主爆破炮眼在控制开挖轮廓面的预裂炮眼之后起爆。前者的运用可保护围岩的稳定性，形成平整的光爆面；后者可显著降低爆炸震动冲击对边坡、围岩的破坏。[4] 2.5定向断裂爆破技术 定向断裂爆破是20世纪60年代在光面（预裂）爆破的基础上发展起来的一种控制爆破技术，以岩石断裂力学为基本原理，相对普通光面（预裂）爆破，定向断裂爆破采用了不耦合装药和同时起爆，应力波幅值较低，其裂纹沿炮孔孔心间连心线方向或沿预定方向起裂并稳定扩展，减小了爆破对保留岩体的毁坏，最大程度上保持了岩壁平整。在预定方向上优先形成裂缝是该技术的关键，导向形式、地质条件、炸药性质、炮孔参数等是影响成缝效果的主要因素。3控制爆破技术的发展建议 3.1加大新型控制爆破技术的推广