一般岩土工程爆破技术理论分析与应用

王思海 卢兴亮 于泰鹏

（1.福建鑫祥建设工程有限公司，福建 南平 353000；2.广东宏大爆破股份有限公司，广东 广州 510623)

1 概况

进入新世纪，我国经济迅速发展，基础建设蓬勃兴起，各种工程建设方兴未衰，爆破工程也随之发展壮大。由于爆破作业人员的技术水平参差不齐，所以有些爆破工程不能达到炸药最高有效利用率，进而造成爆破效果差。主要表现在：炸药单耗高、大块率高，既浪费了有限的炸药资源又消耗了大量的人力。为了改变这一现象，我们可以提高爆破作业人员的技术理论水平和实际操作技能。

2 一般岩土对爆破的要求

随着潜孔钻机、牙轮钻机等钻机的发展与应用，爆破器材向着安全、高质量、多品种、低成本、生产工艺连续化这个方向发展，以及城镇基础建设、高速公路、高速铁路和海洋工程的日新月异，爆破逐渐成为土石方开挖的主角，爆破工程也由传统的爆破向精细化爆破发展，这就对爆破效果有了更高的质量要求。主要有以下几个方面：在改善爆破质量方面，应做到无后冲，无侧裂，无岩坎，岩石介质有良好的破碎，大块率符合工程要求，爆堆集中且有一定松散系数，能满足挖运设备高效率的挖运要求；在降低爆破危害效应方面，要做到控制爆破地震、爆破个别飞散物（主要是爆破飞石）、爆破冲击波、爆破噪音、爆破烟尘的危害；在提高爆破技术经济指标方面，应做到提高延米爆破量，选取合理的炸药单耗，严格控制工程爆破综合成本，使之降到最低。

由于我国对爆破冲击波、噪音、尘烟的危害没有引起足够的重视，因此安全控制方面最常见的就是爆破飞石和爆破地震问题，几乎每个施爆工地都要做爆破地震和爆破飞石的防护。此外，由于电雷管的逐步退出以及非电导爆雷管、电磁雷管、数码电子雷管的进入，提高爆破网络的可靠性也是保障爆破安全的基础。

2.1 安全控制

2.1.1 爆破飞石产生的因素与控制

爆破飞石主要产生于炮孔口部，前排炮孔。造成孔口产生飞石的因素有四个方面：其一是没有做到有效优质的填塞，填塞不严或填塞物混有比较大的石块，产生冲炮孔口松动石块在高温高压爆破气体的作用下飞出：其二是单孔装药量过大，填塞长度不够，造成炮孔口石块飞出；其三是由于前次爆破施工为了克服炮孔底部的夹制力超深过多，破坏了岩石的结构完整性，在又一次爆破时改变了炮孔口部岩石破裂线方向和量值;其四就是先爆炮孔掀翻了后爆炮孔的覆盖物。造成前排炮孔飞石原因是：前排临空面凹凸不平形成薄弱面、最小抵抗线差异太大，以及炮孔与临空面之间有溶洞、岩石软硬结合面的存在改变了抵抗线方向和量值（由于最小抵抗线距临空面的距离最短，爆破应力波在这一段进行传播时损耗最小，所以在最小抵抗线方向的岩石最先被压缩凸起，对岩石介质实施爆破，岩石的运动有两个方向，前冲和上冲，如果抵抗线过大如果岩石不能前冲势必要上冲形成飞石，如果抵抗线过小势必形成远距离抛掷造成远距离飞石），或因前排结构面被前次爆破爆破施工切割形成与炮孔相贯通的裂缝造成局部装药量过大，导致远距离飞石。

2.1.2 减少飞石的技术与措施

其一，合理设计。根据钻孔期间的地形变化及时调整孔位和炮孔倾角，根据暴露的深层地质结构（钻孔速度变化及岩粉）以及现场试爆的结果及时调整炸药单耗、单孔实际装药量、最小抵抗线、孔距和排距、毫秒位差间隔时间的选取值。其二，精心施工，仔细观察前排最小抵抗线和结构面是否变化，采用毫秒微差多拍挤压爆破技术以减少前排炮孔的出现率，在薄弱结构面地方采用间隔装药，发现炮孔有贯通裂缝或与空洞连接，应将该段炮孔填塞进行分段装药；检查炮孔旳孔位、倾斜角是否与原设计一致，差别过大的要重新补孔，保证炮孔填塞长度不小于地盘抵抗线，做到有效优质的炮孔填塞，采用用水浸湿的草帘、橡胶帘竹排、沙袋等加强爆破区域覆盖防护。表面覆盖也是防护飞石的措施，只有做好装药，填塞的控制，被动防护才是有效的，不然再严密的覆盖也无法阻挡大量飞石的冲击。其三，严格管理，分工明确责任到人。

2.1.3 爆破地震的安全性与控制

炸药在固体介质中爆炸后，由于爆轰波的逐步衰减对质点只能造成弹性扰动，这种弹性扰动以弹性波的方式向外传播形成爆破地震，当爆破地震频率衰减到与质点固有频率（质点固有频率为4～12Hz）接近或相同时，以及爆破振速超过被保护介质的安全保护振速时，就会造成破坏。降低爆破地震的有效办法就是减小最大一次齐爆药量，使用与岩石性质相匹配的炸药，其次采用大孔距小排距毫秒排间微差爆破也是降低爆破地震有效办法。爆破地震的危害还与岩石的性质结构存在一定的关系，结构性好、硬度系数高的岩石爆破地震危害就会降低，因为结构性好的岩石波阻抗大，爆破地震波在其间传播是以波导方式传播的，这样地震波衰减就会加快，所以危害就小；岩石结构性差硬系数度较低的岩石爆破地震危害就会高，结构性差、硬度系数低的岩石爆破地震危害就会上升，因为结构性差的岩石波阻抗小，爆破地震波在其结构面与结构面之间传播是以波道方式传播的，这样地震波衰减就会降低，所以危害就大。由于爆破地震波是一个等价椭圆，爆点位于椭圆的中心，所以爆破地震造成的危害在施爆区后方最大，两边次之，前面最小。因此，在做设计时要选对起爆方向，尽量做到爆点垂直于质点、布孔方向、起爆方向平行于地质结构面。

2.2 降低大块率

2.2.1 大块产生的原因与控制

一般正常爆破施工设计方案，爆堆内部的不合格大块率很低，除个别特殊地质地段，几乎不会形成大块。大块产生的原因主要来自三个方面：一是结构面的软硬结合带，二是孔口填塞段，三是边帮反坡塌落与侧裂。

前排结构面形成大块的主要原因：结构立面凹凸不平，最小抵抗线不均，这是产生大块第一个原因；由于前施暴区对本施暴区前结构面的损伤和切割，有的部位被直接切割成单元体，在爆破正应力波到达前排结构面转化成负应力波时，不能对其产生拉伸破坏，由正应力波的压缩凸出形成塌落大块。孔口填塞长度一般为炮孔直径的20～30倍，根据条形药包爆破的研究，条形药包端部轴线方向爆炸应力波的衰减最快，当孔口轴线半径距离与药包半径之比R/r=55～65时，条形药包端部轴线方向应力波仅为端部径向的1/3，但考虑到孔口飞石的防护，顶部填塞段不可能为降低大块率而随意缩短，所以较长的孔口填塞段是产生大块另一主要原因。由于起爆时，施暴区面受到辖制，而造成后冲形成后区塌落大块。

2.2.2 降低大块率的技术途径

综合上述大块形成的原因，选好前排抵抗线、控制超深和后排炮孔装药量余高，在做爆破施工设计时，要采用深孔大孔距小排距，多排微差挤压爆破，以及在填塞段加辅助药包的爆破方法。大孔距小排距爆破方法使两个相邻炮孔不能过早地贯通，这样就增加了爆破应力波和高温高压的爆破气体对岩石的作用时间。由于最小抵抗线距临空面的距离最短，爆破应力波在这一段进行传播时损耗最小，所以在最小抵抗线方向岩石最先被压缩凸起增加了破碎率。这是降低大块形成的技术之一；多排微差挤压爆破时，抛掷岩石在空中相互创击，同时增加了结构面，有效的增加了余应力波作用，进而增加了岩石的破碎度，这是降低大块率的第二有效方法。其三，在填塞段加辅助药包，当药包起爆时弥补了炮孔口部爆破应力的不足，增强了对炮孔口部岩石的破碎能力，同时对填塞物起到压实作用，使炮孔内高温高压的爆炸气体不能过早的从孔口溢出，增加了爆炸产物对岩石的作用时间，有效地降低了大块形成率。辅助药包应设置在距填塞物底部1.0米处，其药量为Q=KL2,K=0.08～0.1kg/m2,L为填塞长度。

2.2.3 起爆网络的可靠性

起爆网络的可靠性也是保障爆破安全和降低大块形成的关键。一旦起爆网络可靠性低，进而出现拒爆，就使爆破参数发生变化，从而造成筒状爆破形成冲炮，冲炮加大了产生爆破飞石系数和大块石的形成率。由于电爆网络的退出，非电导爆网络又没有专用检测设备，因此在设计时尽量采用孔内延时、捆绑连接方式，操作时要有经验丰富的作业人员进行操作，网络连接完毕要进行仔细的反复检查2～3遍，防止漏接而产生盲炮。一旦绑扎在集族导爆接点的雷管出现问题将会导致10～20个炮孔拒爆，为确保起爆网络的安全，可根据接力雷管延期时间的倍数在此倍数节点加补绑扎接力传爆雷管。

2.3 降低爆破成本费用

通过对一大型露天煤矿剥离工程大量的爆破成本核算得知：钻孔费用所占成本比例最高，几乎占到总成本的一半，其次为炸药成本，所以要降低爆破成本最有效的办法就是提高钻孔延米爆破量。要想提高延米爆破量，改善爆破效果，只有采用炮眼水压爆破有潜可挖。因为爆轰波在水中衰减的很慢，水又是近似不可压缩介质，加之渗水压力可以提高炸药的有效利用率、爆破应力波在水中是等能传播，一方面水有缓冲作用，当炸药与介质直接接触爆炸时，炸药爆炸后在高温高压作用下，介质产生塑性流动和过粉碎，消耗大量的能量。这部分介质破碎所需要的能量属于无用功。而水压爆破靠水的传能作用，水中冲击波均匀地作用于介质，介质只发生破裂，而不产生塑性流动和过粉碎，从而提高了能量的利用率；另一方面，由于水的密度远远大于空气的密度，因而炸药在水中爆炸后气体的膨胀速度比空气中要小得多。例如，空气冲击波波阵面超压为9.8×105MPa时，波阵面空气质点的速度为772m/s，而当水中冲击波波阵面压力为9.8×105MPa时，波阵面水质点的速度仅为67m/s。由于水的渗流速度低，同时又阻碍了爆轰气体的渗流，因此可以降低噪音，抑制飞石的产生，起到缓冲作用采用炮眼水压爆破时，冲击波作用于介质后首先在介质上产生裂缝，水和爆轰气体（炮眼水压爆破时有爆轰气体）渗流到裂缝中，使裂缝得以扩展和延伸，这种作用可以认为是“水楔”的劈裂作用。根据岩石爆破机理，当爆轰气体渗流到裂缝中，对裂缝有扩展和延伸作用，这种作用称为“气楔”。由于水携带的能量远远高于气体携带的能量，因此，“水楔”的劈裂作用要大于“气楔”的劈裂作用。用乳化炸药装填炮孔，由于是不偶合装药又降低了炸药的使用量。这样就可使爆破成本大大降低。

3 结束语

综合上述分析，目前提高土石方爆破效率主要有以下几个方面：(1)采用深孔多排微差挤压爆破，装药采用有水不偶合装填法。(2)填塞处采用设置辅助药包法，以降低孔口大块形成率。(3)选用高效可靠，优质价廉的爆破器材。

[1]王晓雷.河北理工学院硕士论文，2003.