深孔爆破实用技术研究（2000.08）

民爆库

杨年华 张志毅 梁锡武(深圳安托山投资发展公司)

1． 石方深孔爆破的要求
随着凿岩机械设备的发展和爆破器材系列化配套日益完善，石方深孔爆破逐渐成为石方开挖的主角。一般深孔爆破都有以下几方面的要求：①安全控制；②降低大块率；③节省爆破成本。
安全控制方面最常见的就是飞石和地震问题，随着建设的发展，几乎每个爆破场地都会遇到飞石和地震安全防护。而对冲击波、噪声、尘烟之危害在中国还没引起足够重视，因此，当前深孔爆破的安全控制主要针对飞石和地震两方面。此外，提高爆破网路可靠性也是保证爆破安全的基础。
大块率是衡量深孔爆破效果优劣的主要指标，大块率过高将增加2次破碎成本，爆块大还使装挖和碎石工序损耗增加。
降低钻爆成本是深孔爆破技术发展和推广应用的基本，若不是深孔爆破成本不断降低，就没有今日普遍应用的市场。
作者根据在深圳、珠海某些采石场多年深孔爆破的经验，对上述问题不断探索，总结了一套确保深孔爆破安全、高效的技术措施。

2．减少大块率的技术途径

(1)大块产生的主要原因
深孔爆破按正常的孔网参数设计，炸药单耗控制在0.4～0.5kg／m3时，若所有炮孔正常起爆，爆堆内部大块极少，除个别地质条件特殊段，几乎不会在爆破岩体中心产生大块。根据观察记录，深孔爆破产生大块主要来自3个方面：一是前排临空面，二是孔口堵塞区段，三是爆区后缘边坡垮塌。
前排临空面产生大块的原因有以下几点：①台阶立面凹凸不平，第一排最小抵抗线厚薄不均，这是产生大块的第一个原因；②第一排通常上薄下厚(见图1)，若炮孔底部有积水，只能装乳化炸药卷，从而使底部线装药密度降低，所以第一排下部容易产生大块；③第一排炮孔爆破后压缩应力波和反射拉伸波作用，瞬间使第一排岩体剥离破裂，由于岩体抗拉强度低，节理、裂隙处强度更低，所以第一排岩体在应力波和反射拉伸波作用下很快沿原始结构面破裂，后续气体膨胀能没有足够的压缩破碎岩体时间，气体膨胀主要贡献于前排破裂岩块的抛掷，从爆堆前缘可见到被抛出较远的很多大块。而后排炮孔爆破时，因临空面条


图l 前排临空面的特点

件不及前排，反射波强度较弱，所以后续气体膨胀压力作用时间较长，从而岩体内剪、压作用增强，此外当岩块被抛出时，由于受前排的阻挡，岩块间发生强烈的挤压碰撞，更多抛掷动能转为破碎作功，所以后排爆破大块明显低于前排。
孔口堵塞段长度通常为0.8～1．2倍最小抵抗线(l’=0.8～1.2W)，根据条形药包爆破作用特性的研究，条形药包端部轴线方向爆炸应力波衰减最快。当距离与药包半径之比R／r0=55～65时，条形药包端部轴线方向应力波强度仅有端部径向的1／3、中部径向的1／4。考虑到上部孔口有台阶表面作临空面，所以上部堵塞段有反射拉伸波作用，破岩作用加强。尽管如此，深孔爆破顶部(实为条形药包端部)爆炸作用能也仅有中部的1／2左右。但考虑到孔口飞石防护，顶部堵塞段不可为追求低大块率而随意缩短，所以较长的孔口堵塞段是产生大块的主要因素之一。
此外，在地质结构较破碎岩体中爆破，往往最后排抛出后，后缘台阶顶部受爆破振动和反射拉伸作用容易拉裂或垮落个别大块岩石。
(2)降低大块率的技术途径
通过以上分析得知，一般情况下深孔爆破大块率主要来自3个方面，对此我们提出多排微差挤压爆破和孔口加压砂包方法来降低大块率。
多排微差挤压爆破是指一次爆破的排数大大增加，爆破规模扩大，而炮孔分段更多。根据深圳某采石场经验，直径为西∮76 mm的炮孔，深度8.10 m，一次爆破排数可达20～40排，分为30?40个段别，一次爆破孔数达300～400个。统计表明，这种爆破大块率明显低于3、4排的小规模深孔爆破，由于单段爆破药量不大，所以爆破振动并没因爆破规模加大而增强。多排微差挤压爆破与少排小规模爆破相比，使第一排和最后排出现次数大大减少，前面已分析指出第一排和最后排产生大块最多，因而它最大限度地控制了大块产生。此外，多排微差挤压爆破可使炮孔爆炸波能更充分地作用于爆破区域，多排爆破相当于爆区周边孔减少，传出爆区以外的应力波能比例下降；微差挤压爆破一方面使被爆岩体内部得到较大的挤压作用时间，另一方面又增加了岩块的运动碰撞，这些对降低大块率都是有利的。实践经验表明，∮76mm炮孔深度为8～10 m时，一次爆破排数最好不超过40排，更多排数后松动效果差，使挖装效率降低或需增大炸药单耗。
孔口加压砂包一方面可排除冲炮和孔口飞石的危险，另外根据条形药包端部效应分析，(孔口严密堵塞后)取孔口堵塞长度l’=0.8W形可保证安全。堵塞长度尽可能减小后，孔口上部岩体爆破有效能量增加，大块率自然有所下降。实践证明l’=0.8W时，表面大块率较低，爆堆可完全抛散；l’=1.0W时，爆堆松散，表面局部有大块；l’=1.2W时，爆堆鼓起，表面松裂大块较多。因此孔口加压砂包后，使堵塞长度控制在0.8W左右，是降低大块率的有效方法。通常∮76 mm炮孔，孔口盖压1个30 kg砂包，∮89 mm炮孔，孔口叠压2个30 kg的砂包，∮115 mm炮孔，孔口叠压3个30 kg的砂包。
3．如何提高深孔爆破的安全性
(1)飞石安全性
①产生飞石的因素
深孔爆破飞石主要产生于孔口和前排。造成孔口飞石的因素有两方面：其一是堵塞不严，产生冲炮并带出孔口松动石块；其二是装药过多，堵塞长度不够，使孔口石块飞出。造成前排飞石的因素主要是前排临空面不平，最小抵抗线差异太大，或因结构面切割，甚至裂缝与炮孔贯通，导致远距离飞石，见图2。


图2 飞石产生示意圆

②减少飞石的技术措施
前面提到孔口加压砂包既能提高飞石防护的安全性，又是降低大块率的有效办法，因此孔口加压砂包具有一举两得之功效。在飞石防护方面它可消除冲炮之隐患，同时也限制了孔口
松动石块的飞出，建议在深孔爆破中推广使用，它几乎不增加多少成本，可用铵油炸药的包装袋装填砂包，操作非常简便，而效果十分显著。
关于减少前排飞石的措施，一方面可采用多排微差爆破减少前排出现次数，相对减少了前排飞石防护费，另一方面应仔细观测前排抵抗线和结构面变化情况，在抵抗线太薄的位置可堵塞岩粉作间隔装药；当前排装填铵油炸药时发现某段炮孔不易装满，或装满后炸药还下沉，一般情况下是遇到较大裂缝，若过量的铵油炸药流人裂缝，必将造成大量飞石。笔者所知的珠海某采石场1994年发生的远距离飞石事故，深圳某采石场1999年发生的远距离飞石重大事故，皆因前排裂缝中流人大量铵油炸药所致。一旦发现炮孔与贯通裂缝或空洞相连，应将该段炮孔堵塞，分段装药。若已有过量铵油炸药流人裂缝中，必须注水溶解之，然后再回填石粉堵塞裂缝贯通段。在石方深孔爆破中以上措施一定要认真落实，这样可保证不发生严重飞石事故。而表面覆盖是飞石防护的被动措施，只有装药、堵塞控制好，被动防护措施才有效果，否则再严密的覆盖亦无法阻挡大量飞石冲击。
(2)爆破振动安全性
深孔爆破虽然采用多排微差挤压爆破有很多优越性，但其最大的问题是如何有效地降低大规模爆破的地震强度。实践表明，降低爆破振动最经济、最有效的办法是增加爆破分段数，减小最大单响药量。深孔爆破采用非电导爆管起爆网路理论上可实现无穷多分段，当分段不超过30段时可用孔内非电导爆管雷管、孔外电雷管延时来实现。超过30个段别后需用非电雷管接力延时。
如果仅靠减小单段炮孔数还不足确保爆破振动安全，应在最后排先作预裂爆破，形成预裂缝后可阻隔40％的振动波能向外传播。
(3)起爆网路可靠性
深孔爆破中起爆网路的可靠性是保证爆破安全的关键。如珠海某采石场一直使用孔内两发电雷管大串联电爆网路，往往因孔内有水，造成电爆网路漏电，引起部分炮孔拒爆，瞎炮处理时容易产生远距离飞石和大块，危险性大大增加。关于电爆网路的漏电检测，笔者通过反复的实践总结了一套非常有效的办法：对于大串联网路若用指针式电桥检测，只有当漏电非常严重时才会显示指针不稳，而且当电雷管较多、电阻值很大时更不易显示出网路的漏电情况。若用数字式电子测表检测串联网路时，一旦网路漏电不仅会显示不稳定的电阻值，而且对网路两端正反两次检测会发现电阻值有误差，误差值越大，漏电越严重，当误差值超过30～50 Q时，一般都会发生雷管漏电拒爆现象。所以电爆网路应该用数字式电子测表正反两次检测，当两次检测误差较大时，可将大网路分开成2?3个小串联网路，用多台起爆器同时起爆。由于深孔爆破大多数情况下孔内有地下水，为了确保网路可靠，建议孔内最好采用非电导爆管雷管，它可避免漏电拒爆的隐患。非电导爆管网路检测困难，所以网路联结后应反复检查2～3遍，防止漏结雷管产生瞎炮，此外孔外导爆管集簇最好使用电雷管引爆，电雷管可以检测，孔外地表电爆网路不易发生漏电，可靠性较高。一旦绑扎在集簇导爆管结点的雷管出现质量问题将会导致10～20个炮孔拒爆，所以用检测过的电雷管绑扎更为安全，为确保绑扎结点万无一失，还可在雷管周围包裹少量乳化炸药，但在冲击波有严格要求的地区不宜包裹炸药。

4．如何降低深孔爆破成本费用

通过对深圳某采石场大量深孔爆破的成本核算，得到如下成本分配表：
表l (∮76 mm)深孔爆破成本消耗分配表
项目
钻 孔
炸药、雷管
人工及其他
成本比例
49．2％
45．5％
5．3％
根据表1中成本比例分配可知，钻孔费用所占比例最高，几乎占总成本之半，其次为炸药成本也占到45．5％，所以要降低深孔爆破成本最有效的办法就是提高钻孔延米爆破量，并采用尽可能廉价的炸药。要想提高延米爆破量，改善爆破效果，只有渗水炮孔有潜可挖。因为目前渗水炮孔基本上装填∮60乳化炸药卷(∮76 mm炮孔)，这使得炮孔内延米装药量仅有3.2 kg／m，若能装入散装抗水炸药，实现满孔装药，可使延米装药量增大到4～4.5 k/m，按相同的炸药单耗设计，满孔装药后炮孔间距可从2.3 m增大到2.6 m，单方钻孔成本将下降18％。基于这一设想，我们大力提倡推广重铵油炸药机械化装填在深孔爆破中的应用，根据国外的考察和交流报告介绍，重铵油炸药由于其价格比乳化炸药便宜(国内市场价约便宜15％)，有一定的抗水性，爆炸能量较高，加之机械化装填能实现满炮孔装药，可使深孔爆破的钻孔成本和炸药成本大大降低，重铵油炸药在国外石方爆破的应用正在蓬勃发展。而我国因机械工业相对落后，尚未开发出适合中国国情的重铵油炸药装药机械，仅有一家合资企业生产此类设备，但价格也较高。希望能尽快研制出一些简便、易操作的重铵油炸药装药车，满足中国市场的需求，并出台相关的政策、法规，促进重铵油炸药推广应用。

5．结 语

通过上述分析，我们认为提高石方深孔爆破效率的主要对策有如下几条：
(1)采用多排微差挤压爆破，一次起爆可达20～40排；
(2)孔口重压砂包，砂包叠压重量随炮孔孔径增大而增加；
(3)积极推广重铵油炸药机械化装填技术的应用。


发表刊物：铁道工程爆破文集--第六届全路工程爆破学术会议。北京：中国铁道出版社，2000年8月。

原文网址：

1. http://www.cbsw.cn/html/2015/01/08/8591.htm

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