1、爆破技术控制技术篇：深孔台阶爆破破碎质量和飞石控制技术1 前言安托山山体以花岗石为主，爆破后除部分微风化石运到碎石厂破碎成各种规格石料外，其余均需外运作填料使用。考虑破碎料和填料的块度要求，要求爆后石块破碎均匀、大块率小，爆堆比较松散并有一定抛出以便于挖装，深孔爆破以弱抛掷（强松动）类型为主。深孔爆破的爆破效果的好坏，直接影响到安托山公司碎石厂的生产效率及产量、碎石和挖装运机械的维修周期、挖装运的速度和这几个部门的生产成本。因此，公司要求每一次深孔爆破，即使在环境比较复杂的情况下，也要取得较好的爆破效果。安托山整治工程爆破量大，延续时间长，爆破次数多，周围环境复杂，在控制爆破有害效应方面，对飞
2、石的控制至关重要。在爆破安全规程（GB67222003）中规定，深孔爆破中个别飞散物的最小允许安全距离不得小于200m，深孔控制爆破个别飞散物的最小允许安全距离可以根据设计确定，但采用深孔控制爆破除了要采用必要的防护措施外，往往是以降低爆破破碎效果作为代价的。安托山爆破区域周围各种建筑物密布，厂房、电厂、居民楼、仓库等等均与爆区相邻；同时，随着平整范围的扩大，区域内也增加了不少建筑物，有混凝土搅拌厂、大型碎石厂、管桩厂、修理车间、料库等，还有办公楼、宿舍、食堂等生活设施，各种车辆、机械和设备均数以百计。每一次爆破，总有一些建(构)筑物或机械、设备、车辆在安全距离内，稍有失误，就会出现安全问题。
3、整治工程开始之初，在A区的一次爆破中，就曾出现过个别飞石将距离爆区15m的武警营房的几块玻璃窗击破的不愉快事故。为此，我公司要求爆破作业必须做到：既要保证良好的爆破破碎效果，又要杜绝爆破产生的飞石损伤建(构)筑物。也就是说，必须保证每次爆破基本上无个别飞石。安托山整治工程从开工到收尾，一共进行了3300余次爆破，其中石质比较硬的花岗石爆破方量就达1600万m3，我们做到了90以上的爆破都取得了良好的破碎效果，没有出现过任何因飞石伤人的事故。除工程初期发生过2次个别飞石损伤周边建筑物的小事故外，其后没有发生过任何因个别飞石造成建筑物等受损的大小事故。2 安托山整治工程深孔台阶爆破基本情况安托山整
4、治工程深孔台阶爆破主体台阶高度10m，采用垂直钻孔，钻孔直径以d=76mm和d=115mm为主，并有少量的d= 89mm钻孔。布孔采用梅花形，爆破参数计算公式如下：底盘抵抗线 W1=（3035）d m 钻孔超深 h=（0.250.35）W m 炮孔深度 L=H+h m 填塞长度 l=（2535）d m 装药长度 l=L l m 孔间距 a=（11.25）W m 排间距 b=W m 单孔药量 Q=qabH或Q=qWaH kg 炸药单耗 q=（0.350.45） kg/m3使用的爆破材料为：卷装岩石型乳化炸药、散装多孔粒状铵油炸药；国产第一系列毫秒导爆管雷管的115段，第一系列毫秒电雷管的115段
5、。在安托山整治工程开始阶段，我们首先对爆破参数与爆破效果之间的关系进行认真比较，取得了适合于安托山石料的合理的爆破参数，包括孔网参数（最小抵抗线、孔排距、孔深等）和装药参数（装药密度、单耗、填塞长度等）。其后的重点就是如何选择有利于提高爆破破碎质量的起爆网路和在施工阶段确保设计的正确实施，以及在保证爆破效果的前提下如何控制飞石。3 深孔台阶爆破的施工技术在设计参数确定后，确保设计意图的正确执行是保证良好破碎效果的关键。我们选择有丰富经验的爆破领班进行布孔，并要求布孔人员应根据岩石性质、台阶高度、钻孔直径适当调整孔网参数，并特别注意邻近临空面的炮孔位置。在装药中，每个炮孔的装药量由填塞长度决定，
6、即装到规定的填塞长度就停止装药，但必须保证炸药装到孔底。填塞长度由技术人员根据爆区环境、炮孔直径和炸药类型确定。遇有装药异常，如出现超出常规装药量而装药高度无变化等情况应立即停止装药报技术人员和爆破班长处理。安托山炮孔中经常有水，由于条件限制，装药时不排水，采用“有水部位装乳化炸药药卷，无水部位装散装铵油炸药”的施工方法，因此，特别注重水孔的装药技术，认为水孔装药的好坏直接影响到爆破破碎效果。乳化炸药药卷比重比水大，应该很容易下沉到孔底，但如果装药时孔内水被搅混，混浊水的比重就可能与乳化炸药药卷相差无几，药卷下沉速度变慢，如果这时连续装药，就很可能发生堵孔的现象，由于乳化炸药呈乳胶状，这种堵孔
7、是很难处理的。正确的方法是放慢装药速度，等前面的药卷下沉到一定位置后再放后面的药卷，并用长炮杆缓慢的下压药卷，下压过程中应尽量保持药卷原包装的完好，下压速度要慢。当孔内水不满时，切忌将药卷直接从孔口扔下去，因为药卷在下扔过程中速度加快，碰到水面时受力变形变粗，极可能发生堵孔。正确的方法是将药卷用绳钩吊到水面后再放开让其自然下沉。选择包装好的乳化炸药药卷也有利于水孔的装药。一些炸药生产厂家不注重炸药包装，包装纸薄，两端封口不严，经运输和装卸就出现包装破损、封口散开的情况，既影响装药速度，又容易出现堵孔现象。现在就炸药本身的质量和爆炸威力而言，各厂家产品的差异不大，选择包装好的产品，或及时向厂家反
8、馈药卷包装中的问题，对保证在水孔中装药到位意义很大。在水孔中装药一般水面将随乳化炸药药卷装入而提高。如果采用乳化炸药和铵油炸药混合装药法，即有水部位装乳化炸药，无水部位装铵油炸药，则在乳化炸药药卷高出水面后，可将一个乳化炸药药卷包装纸剥开后扔入孔内，利用乳化炸药本身封闭炮孔使水面不再上升以防水浸铵油炸药。4 改善大块率的技术途径4.1 大块产生的主要原因深孔石方爆破按正常的孔网参数设计，炸药单耗控制在0.350.45kg/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叁个方面：一是前排临空面，二是孔口填
9、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：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；第一排通常上薄下厚，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；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，因临空面条件不及前排，反射波强度较弱，所以后
10、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。 孔口填塞段长度通常为2535倍钻孔直径（l=(2535)d ），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/r=5565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，所以上部填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，
11、顶部填塞段不可为追求低大块率而随意缩短，所以较长的孔口填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。4.2 降低大块率的方法通过以上分析得知，一般情况下深孔爆破大块率主要来自三个方面，对此我们提出多排毫秒延时挤压爆破和孔口加压砂包方法来降低大块率。 多排毫秒延时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。根据深圳安托山采石场经验，直径为76mm的炮孔，深度810m，一次爆破排数可达2040排，分为3040个段别，一次爆破孔数达300400个。统计表明，这种爆破大块率明显低
12、于34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。多排毫秒延时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，多排毫秒延时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；毫秒延时挤压爆破一方面使被爆岩体内部得到较大的剪切挤压作用时间，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810m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
13、需增大炸药单耗。 孔口加压砂包是减少填塞段产生大块的有效办法。孔口加压砂包相当于加强了填塞长度和质量，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，（孔口严密填塞后）取孔口填塞长度l=0.8W可保证安全。填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，使填塞长度控制在0.8W左右，是降低大块率的有效方法。5 深孔台阶爆破飞石产生原因在深孔台阶爆破中，要考虑两类岩石运动：一类是全体岩石介质以水平
14、为主的向前运动，即岩石主体部分的抛掷；一类是由爆区侧向和上向两个临空面散射出去的岩石运动，即爆破时产生的飞石。 对前一类岩石运动的形态的控制是深孔爆破设计的主要内容，通过对孔网参数、装药参数和起爆网路的设计，可以将爆破时岩石的抛散方向、距离、破碎度、松散程度调整到需要的范围之内；而后一类岩石运动即飞石的飞行距离往往较大，方向无法预计，尽管其数量极少，却是导致财产损害和人员伤亡事故发生的主要原因。大多飞石是由爆破设计不合理或装药不恰当引起的。 5.1 由爆区侧向临空面产生的飞石爆区侧向临空面产生的飞石产生的原因有地质方面和施工方面两类。地质方面主要指临空面部位存在地质薄弱面，如软岩带、空隙或空洞
15、、前次爆破产生的软弱带等，炮孔中的炸药爆炸时极易从这些部位冲出引起远距离的飞石。施工方面主要指由于布孔、前次爆破后冲、施工顺序等因素，造成临近临空面炮孔局部抵抗线过小而引起的飞石过远（图1）。图1 爆区侧向临空面飞石产生原因安托山山体中有多条断层带，在开挖初期应特别注意自由面上的地质薄弱面，其后山体中地质条件相对简单，侧向飞石主要在施工方面：由于施工安排往往需要在前次爆破的爆堆尚未挖装完成后就进行钻孔作业，即布孔时该循环的临空面尚未挖开，造成邻近临空面的炮孔抵抗线不准；由于前次爆破后冲影响，为爆炸炮孔下部有合理的最小抵抗线值，炮孔上部需靠边，引起孔口部位抵抗线过小；破碎部位或软弱部位挖装过度造
16、成局部抵抗线过小，这些部位多发生在台阶下部。5.2 由爆区上向临空面产生的飞石爆区上向临空面产生的原因有设计和施工两方面。爆破设计的问题包括：抵抗线过小或过大；单位炸药消耗量不合理；起爆模式不当，炮孔爆破时夹制作用太大；炮孔间延迟时间过大或过小；填塞长度太小等。施工中的问题主要是填塞料不合适，填塞质量不好，雷管段别发错等。安托山整治工程基本爆破参数已经多次实践确定，上向飞石主要由起爆模式、顺序和填塞工序控制。6 深孔爆破飞石的控制6.1 侧向飞石的控制侧向飞石的控制主要取决于边孔装药的控制。在进行边孔装药前，首先要校核炮孔位置和倾斜度，核实边孔各部位的抵抗线值。受爆破作用，临空面的表面岩石普遍
17、存在被破坏的状况。施工中经常需要在临空面开挖成型以前就钻凿炮孔，加上钻孔的偏差，边孔的抵抗线普遍与设计有差别。当抵抗线小于设计值时，单位炸药消耗量明显太高，会导致较大的飞石距离。比如，钻孔孔径76mm，设计抵抗线W=35d= 2.7m，取单耗q0.4kg/m3。若边孔的抵抗线减少1m成为1.7m，在不减少装药量的情况下单位炸药消耗量的全孔平均值即会由0.4 kg/m3增加到0.635kg/m3，而孔底部分的单位炸药消耗量更高，在这种情况造成的飞石量一般比较大，造成的危害也比较严重。遇到这种情况，应减少装药量，或采用间隔装药，在抵抗线过小的部位不装药，必要时宁可取消该炮孔，而不要去冒险。若抵抗线
18、过大，所装炸药无法破碎抵抗线方向的岩体，势必造成爆炸气体由孔口形成的漏斗冲出，同样会产生飞石，这时应考虑补孔。其次，应注意自由面上的软弱夹层和空隙。与坚固岩体相比，爆炸气体更易从软弱夹层泄出，这也是经常产生飞石的部位。软弱带有自然生成的，也有前次爆破产生的，特别是在大量装药的炮孔底部。处理软弱带的方法是采用间隔装药，软弱带不装药而用填料填塞。6.2 上向飞石的控制在起爆网路合理的情况下，上向飞石主要由填塞控制。炮孔填塞的作用在于封闭爆生气体，阻止爆轰气体的过早逸散，有效的提高爆破作用。上向飞石与单耗和填塞长度有关。填塞长度一定，单耗太大，会形成孔口漏斗，产生的飞石飞得散、远，数量往往比较多，危
19、害也严重；单耗太小，炸药威力不足以破坏岩石，就可能从阻力较小的填塞段冲起，对垂直孔，其方向是往上的，只要填塞料中不含大块石，造成的危害一般很小或没有，但爆破效果肯定不好。所以，对一定范围的单耗，要控制上向飞石，其填塞长度也有一定范围。认为只要加长填塞长度就能控制飞石的观点是错误的。 安托山炮孔中经常有水，每个炮孔的水位不确定，装药时以控制填塞长度来控制每个炮孔的装药量。考虑乳化炸药药卷与散装铵油炸药的线装药密度是不一样的，即每个炮孔的实际装药量不同，其单耗也不同，我们对不同直径炮孔、不同炸药（指炮孔上部装药）规定的填塞长度如表1，准确的填塞长度由技术人员会同爆破班长在现场根据周围环境确定。由于
20、上个循环爆破的后冲作用，边孔上部的抵抗线一般比较小，其填塞长度应保证炮孔内装药顶部处的抵抗线与设计值基本相等。表1 深孔爆破填塞长度 单位：m76mm89mm115mm乳化炸药22.52.53.03.03.5铵油炸药2.53.03.03.53.54.0 研究表明，填塞料最好采用粒径49mm的砂和砾石。我们一般采用钻孔岩屑作为填塞料。在水孔中填塞时可在装药顶端塞上编织袋（或炸药包装袋）后再回填，否则由于装药时乳化炸药药卷与孔壁之间存在空隙，会大大增加填塞量。要尽可能将填塞段孔内的水排出孔外以保证填塞密度。为了进一步保证填塞质量，孔口加压砂包是简单有效的办法，既能提高飞石防护的安全性，又能降低上部
21、大块率，因此孔口加压砂包具有一举两得之功效。7 起爆网路对爆破破碎质量和飞石的影响深孔台阶爆破通常采用毫秒延时起爆网路。延时爆破是一种巧妙地安排各炮孔起爆次序与合理延时间隔的爆破技术，正确应用延时爆破，可以减少爆破时的地震波、空气冲击波的强度和爆破碎块的飞散距离，有利于爆区周围各类建(构)筑物和人员、财产的安全防护。在土岩爆破中，利用不同部位岩体之间爆破的先后次序和间隔时间的合理安排，可以控制爆堆的堆积位置、减少爆后岩石的大块率、改善爆堆的松散程度。延时起爆网路设计的基本思路是使每个炮孔都具备有自由破碎的条件，即除了向上的临空面外，每个炮孔应具有侧向临空面。孔间或排间要有一定的延迟时间，以保证
22、后爆岩体具有侧向临空面。理想的延迟时间应该在为被爆岩体向前移动准备足够的时间、以空出接纳后爆岩体的充足空间的同时，先爆岩体可以对后爆岩体有一定的保护作用。延迟时间过短，后爆岩体无水平膨胀的空间，势必会向上运动，出现上向飞石；延迟时间过长，因先爆岩体移动距离过大，造成它对后爆岩体保护作用消失，也会产生飞石。瑞典诺贝尔公司的研究认为：理想的延迟时间应该是在后爆炮孔起爆之前必须保证先爆岩体已经向前移动了三分之一的抵抗线距离。这时候的延迟时间，与先爆炮孔的底盘抵抗线W1成正比，即： 在硬岩中k10，在软岩中k30，一般情况下k15（单位：ms/m1）。孔间延迟时间不要太长，以避免个别炮孔抵抗线变小。在
23、多排孔爆破中，排间延迟时间要大于孔间延迟时间。对安托山工程，当钻孔直径76mm时，取W1=2.5m，合理的延迟时间应为2540ms。受爆破器材供应体制和成本的限制，安托山采用的是国产第一系列毫秒导爆管雷管和电雷管的115段，其标称延期时间见表2。采用导爆管捆联起爆网路，每孔装单发导爆管雷管，由电爆串联网路激发起爆，显然，采用这种系列的导爆管毫秒雷管无法满足上述延迟时间的要求。我们在布置起爆顺序时尽可能缩短相邻炮孔之间的段别差，避免出现小段别与大段别雷管相邻的情况，实践表明，这样布置对上向飞石的控制是有效的。表2 第一系列毫秒雷管标称延期时间段别12345678标称延时/ms0255075110
24、150200250段别9101112131415标称延时/ms310380460550650760880 在进行网路设计时，各段雷管延时设计值通常采用的是雷管的均值td（标称起爆时间），而每发雷管的实际延时在其置信度区间内是随机分布的。即可能较td提前或推后。要使每个炮孔都具备有自由破碎的条件，在起爆网路布置时就应尽量减少每个炮孔爆破时的夹制作用，也就是说在布置起爆网路时要考虑雷管延迟时间偏差的影响。例如，在V字形顺序起爆网路之一中（图2），由于雷管延迟时间偏差的影响，其第二排中央位置的炮孔（2段）有可能先于第一排中同段位炮孔起爆，此时，该炮孔将受到极大的夹制作用，其后果除了大块增加，出现根坎
25、，振动强度加大，并可能影响后排炮孔的爆破效果外，也可能出现上向飞石。如果改成图3所示的V字形顺序起爆模式之二，就可以弥补V字形顺序起爆网路之一的不足，它使所有炮孔的实际起爆延迟时间分离，同时通过改变起爆方式减少了排距，使夹制作用降低，可以改善爆区底部的破碎效果。在实践中我们发现：在多排深孔爆破中最后两排都布置同段雷管，经常发生后向飞石，而且飞石距离很远，这说明这两排孔已非顺序起爆，而是出现了跳段，即后排孔先起爆的情况。因此，我们在布置起爆网路时就特别注重这一点，即必须考虑到同段雷管实际上不是同时起爆的，网路布置时要保证每个炮孔都具备有自由破碎的条件。在多排深孔台阶爆破中，除了必要时在前两排同时
26、布置1段雷管外，其余地方在两排孔中布置同段雷管是不可取的。图2 V字形顺序起爆网路之一图中数字为起爆段别图3 V字形顺序起爆网路之二图中数字为起爆段别8 控制深孔爆破飞石的技术措施为了在深孔爆破中取得良好的爆破破碎效果的同时，能将飞石控制在很小的范围内，我们采用下列措施： 每次深孔爆破技术人员必须全程跟踪。考虑起爆网路的布置技术性较高，每次爆破起爆雷管的安排、发放由技术人员负责。网路布置时要保证每个炮孔都具备有自由破碎的条件，并充分考虑同段雷管的离散性和相邻炮孔的延迟时间差。 边孔装药由爆破班长或有经验的爆破员负责，技术人员在施工现场重点指导边孔的装药。在临空面不规整和存在地质薄弱面的地段，台
27、阶上、下均安排人员对炮孔各部位的抵抗线进行校核，确定装药结构和填塞长度。 边孔以外各炮孔的装药由爆破员分组负责，每组2人，每个炮孔的装药量由填塞长度决定，即装到规定的填塞长度就停止装药，但必须保证炸药装到孔底。填塞长度由技术人员根据爆区环境、炮孔直径和炸药类型确定。遇有装药异常，如出现超出常规装药量而装药高度无变化等情况应立即停止装药报技术人员和爆破班长处理。每个炮孔装药完毕回填前，应用炮棍测量填塞长度。技术人员和爆破班长应随时注意各炮孔的回填质量，包括回填料的质量、填塞质量。严禁回填料中有石块，填塞段中留空隙。 水孔装药不能图快，当炮孔中水位不高时，不准将药卷直接扔入孔内，要保证炸药装到底，防止中间药卷分离、填塞。填塞要保证质量。 为防止飞石，在施工中还应清理台阶面上的松动石块，特别是炮孔附近的石块，它们在爆炸气体由孔口冲出时较易飞射出去。9 深孔爆破图片图4、图5二组照片是在安托山B区深孔爆破时实拍的，从照片中可见，爆破效果很好，局部炮孔有气体冲出，说明炮孔的填塞段还是相对薄弱的，但其产生的上向飞石侧向距离很小，且仅是一些填塞料而已。 图4 深孔爆破效果实例之一 图5 深孔爆破效果实例之二
