楊石春

產(chǎn)生爆破飛石的機理

根據(jù)現(xiàn)代爆破理論，炸藥的爆炸過程是爆轟波在炸藥中的高速傳播，對于工業(yè)炸藥的爆速可達(dá)2500—7000m/s。其前陣面是帶沖擊波的化學(xué)反映區(qū)，具有很高的溫度梯度與壓力梯度。當(dāng)炸藥在巖體內(nèi)起爆后，爆轟沖擊波首先作用于周圍巖石，使近區(qū)巖石激烈振動、破裂、變形后衰減為巖石應(yīng)力波。緊隨其后的高溫高壓爆轟產(chǎn)物氣體的膨脹作功，擠壓已被破裂巖石作徑向位移，進(jìn)一步加劇巖石的破碎，并使破碎巖體向自由面方向隆起，產(chǎn)生鼓包運動及隨后的巖石拋擲。其剩余能量又轉(zhuǎn)化為空氣沖擊波。

由于上述爆破機理非常復(fù)雜，目前已被確認(rèn)的影響因素至少在30種以上。這些因素可歸類為巖石參數(shù)、炸藥參數(shù)與裝藥參數(shù)。

巖石參數(shù)包括巖石密度，抗壓、抗拉、抗剪強度，彈性摸量、剪切模量、泊桑比及層理、節(jié)理走向，發(fā)育程度與軟弱夾層，地形特征等。

炸藥參數(shù)包括密度、爆速、爆壓、爆熱、猛度及化學(xué)組成、質(zhì)量穩(wěn)定性與抗水性能等裝藥參數(shù)是根據(jù)巖石參數(shù)、炸藥參數(shù)與工程目的確定的技術(shù)參數(shù)，包括爆破作用指數(shù)、單位裝藥量、最小抵抗線、堵塞長度、裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)及藥包間距、排距與起爆的順序、間隔與網(wǎng)路等。

根據(jù)爆破漏斗理論，上述眾多參數(shù)之間的最本質(zhì)聯(lián)系就是裝藥量與最小抵抗線的平衡。當(dāng)裝藥量過大或爆破抵抗線過小，就可使被拋起的巖石獲得過大的能量與初速，使爆破漏斗內(nèi)的巖石碎塊飛射出預(yù)側(cè)的范圍，造成爆破飛石的安全事故對裝藥過程中因各種原因發(fā)生意外的提前爆炸的早爆事故，由于是在仍未達(dá)到裝藥量與抵抗線平衡時爆炸，往往會產(chǎn)生大量飛石與強大的空氣沖擊波，對爆破作業(yè)人員與周圍環(huán)境、人員造成重大傷害。

因起爆故障造成的拒爆，是在后繼作業(yè)開始后突然爆炸。由于已爆藥包破壞了拒爆藥包抵抗線的平衡，也往往會產(chǎn)生大量飛石與強大的空氣沖擊波等危害效應(yīng)。

爆破飛石的安全事故包括大量飛石事故與個別飛石事故。

引發(fā)飛石事故的成因及偶然因素

引發(fā)爆破飛石安全事故的成因可歸納為以下三方面的因素。

設(shè)計因數(shù)。設(shè)計時地質(zhì)資料不祥或?qū)r石參數(shù)認(rèn)識不足，就可造成設(shè)計參數(shù)的不合理。如炸藥選擇不當(dāng)、最小抵抗線過小、單位裝藥量過大、藥包分布不均、堵塞長度不夠及起爆順序與間隔不合理，均可引發(fā)爆破飛石安全事故。

施工因數(shù)。施工精度偏差的影響：當(dāng)鉆孔方向、間距、排距及藥包位置、堵塞長度、起爆間隔與安全警戒距離的偏差超過設(shè)計要求或爆破安全規(guī)范規(guī)定，設(shè)計又不作調(diào)整時，就可引發(fā)爆破飛石事故。

施工質(zhì)量的影Ⅱ向：當(dāng)裝藥與堵塞的密實度、起爆網(wǎng)路的可靠度及有關(guān)安全措施達(dá)不到設(shè)計質(zhì)量要求與爆破安全規(guī)范規(guī)定時，也是引發(fā)爆破飛石安全事故的重要原因。

偶然因素。巖石參數(shù)的不確定性及炸藥爆炸與巖石破碎機理的復(fù)雜性，決定了影響爆破飛石事故的偶然因素的存在。該文將那些不易發(fā)現(xiàn)或不太為工程技術(shù)人員所了解、熟悉、重視的影響因素稱為偶然因素。這些因素包括自然因素、技術(shù)參數(shù)與人為因素三種。

自然偶然因素：主要是指隱蔽的地質(zhì)地形異常。如起爆前未發(fā)現(xiàn)的巖層原始裂縫、孔隙、溶洞、軟弱夾層及前次爆破造成的破裂等，同時也包括刮風(fēng)、下雨、雷擊等天氣突變的影響因素。

技術(shù)偶然因素。技術(shù)偶然因素是指當(dāng)前技術(shù)水平還不能預(yù)見或難以控制的影響因素，如爆破器材的質(zhì)量、性能異變、爆轟產(chǎn)物射流的聚能效應(yīng)與噴射效應(yīng)。

爆破器材質(zhì)量、性能異變。爆破器材的質(zhì)量、性能的穩(wěn)定性受運輸、存放、使用的環(huán)境影Ⅱ向。在某些爆破事故中也不泛有爆破材料質(zhì)量、性能發(fā)生異變的影響。

聚能效應(yīng)；裝藥一端帶有的空穴（聚能穴）或沿裝藥軸線帶有的長條凹槽（聚能槽），在炸藥起爆后，可將爆轟產(chǎn)物氣體射流聚集于空穴或凹槽開口方向，大大增強在這個方向上的爆破局部作用。這種高溫高壓爆轟產(chǎn)物射流經(jīng)疊加后其頭部速度可超過第二宇宙速度（11.2Km/S）。在某些爆破個別飛石事故中不能排除這種聚能效應(yīng)的存在。例如，在裝藥現(xiàn)場，當(dāng)直徑小于炮孔的炮桿端部被磨圓后，容易在搗實炸藥時在藥柱上端形成凹穴，當(dāng)炮工為省力、節(jié)約堵塞炮泥（一般是事先準(zhǔn)備好的潮濕泥條）或為防止炸藥受潮，將炸藥包裝紙揉成紙團(tuán)塞進(jìn)炮孔內(nèi)作堵塞，就有可能在藥柱上端形成聚能穴，引發(fā)個別飛石事故。如圖1所示。

在深孔裝藥采用條裝藥包散裝時，若破碎不充分，未破碎藥條斜擱在起爆體上方也有可能形成聚能穴，如圖2所示。

噴射效應(yīng)：炸藥起爆后，爆轟產(chǎn)物氣體在巖體中快速擴(kuò)脹作功，擠壓破碎巖石作徑向位移，向自由面方向隆起，形成鼓包。在短暫的“鼓包”體內(nèi)，仍保持著高溫高壓的爆轟產(chǎn)物氣體的一種準(zhǔn)靜壓狀態(tài)，當(dāng)“鼓包”巖體內(nèi)某一孔隙先于其他裂隙貫穿，就可能形成噴口與高壓氣體的噴流。當(dāng)噴流遇到巖石碎塊時，就可將碎塊拋射到高空，引發(fā)個別飛石事故。

由于高壓爆轟產(chǎn)物射流速度很大，被拋射的個別飛石的初速很大，其拋射距離將大于現(xiàn)行常用方法計算的安全距離，并超過爆破安全規(guī)程規(guī)定的警戒距離。如某建筑工地在實施大塊巖石二次爆破時，不足0.15Kg的裝藥量能將一塊雞蛋大的碎石拋射到300m以外。這種事故案例已不在少數(shù)。

由于形成的噴口不可能很大，因此被拋射出來的碎塊不會很大。經(jīng)現(xiàn)場觀察，大多在3.0Kg以下，很少超過5.0Kg。又因飛石受到的空氣阻力與速度2次方成正比、與碎石迎風(fēng)面積成正比，因此碎石越小，負(fù)加速度越大，飛射距離就越小。因此造成遠(yuǎn)距離傷害的飛石多在0.3Kg以上。

人為偶然因素。人為偶然因素主要是指爆破人員心理素質(zhì)影Ⅱ向。心理素質(zhì)是人的整體素質(zhì)的重要組成部分。心理素質(zhì)較高的爆破人員，具有較強的心理適應(yīng)能力：自我意識能力、心理應(yīng)變能力、競爭協(xié)作能力、承受挫折能力、調(diào)適情緒能力與行為自控能力，對避免、減少爆破事故具有積極的現(xiàn)實意義。

心理素質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在以下兩個方面：

僥幸心理：心理學(xué)研究表明，僥幸心理是人的本能意識。通常情況下，僥幸心理只是一種潛意識，常常不會引起人們的重視。一旦通過某件偶然事件的發(fā)生才意識到這種僥幸心理的存在與危害。當(dāng)這種僥幸心理與爆破的某一偶然因素相聯(lián)時，偶然的爆破安全事故將成為必然。在眾多的爆破飛石事故中基本上都與僥幸心理有關(guān)。

情緒自控能力：人們都生活在情緒世界里。當(dāng)遇到不稱心的事時，情緒自控能力差的人在爆破作業(yè)時就會變得急操、粗心、注意力不集中，忽視細(xì)節(jié)。當(dāng)某一偶然因素被爆破人員情緒淹蓋過去時，就會釀成爆破安全事故。

事故偶然性分析與偶然因素事故鏈模型

綜上所述，影Ⅱ向爆破飛石的因素很多，并存在各種未知的和不易發(fā)現(xiàn)或不太了解、熟悉、重視的偶然因素。當(dāng)某一人為偶然因素與自然或技術(shù)偶然因素聯(lián)系在一起形成事故鏈時，偶然的爆破安全事故發(fā)生將成為必然。該文通過以下5個實際案例，從自然、技術(shù)、人為三個方面找到影響事故的偶然因素、建立偶然因素事故鏈模型，分析引發(fā)事故的主要原因的內(nèi)在聯(lián)系以及對事故偶然性的影Ⅱ向。

意外的早爆事故。2008年5月某采石場在鉆工鉆第6個深孔時，炮工已裝好4個炮孔，第5個炮孔只裝好炸藥雷管，尚未填塞孔口，在離開作業(yè)現(xiàn)場去補領(lǐng)電雷管時，第5個炮孔發(fā)生早爆，產(chǎn)生強大的空氣沖擊波與大量飛石，造成3名鉆工死亡、2名鉆工傷殘的重大安全事故。

鉆機由380V電源雙相線路供電，電雷管起爆。若第5個炮孔電雷管導(dǎo)線閉合，則存在感應(yīng)電引爆雷管的可能，但380V雙向線路對雷管的閉合導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電流大于工業(yè)雷管的安全電流（5mA）的可能較小。若電雷管導(dǎo)線未閉合則因鉆機線路破損漏電產(chǎn)生的地面雜散電流引爆雷管的可能較大。引發(fā)該事故的偶然因素及事故鏈模型如圖3所示。

意外的拒炮事故。2008年10月某大型露天礦山實施3.0噸深孔爆破時引爆10個月前5500t炸藥硐室大爆破的殘存炸藥，造成的滿天飛石波及半徑850m，引發(fā)地震2.4級（相當(dāng)百噸炸藥級），死亡16人，受傷53人，其中重傷12人。

10個月前大爆破時利用的28個獨立硐室中有兩個為230攝氏度高溫的小型硐室。為了避免炸藥被高溫引爆，自制了銨油鈍感炸藥。同時為

了防止導(dǎo)爆管被高溫?zé)龜啵O(shè)計了復(fù)式雙保險起爆網(wǎng)絡(luò)，即同時用電爆網(wǎng)絡(luò)與塑料導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)將各個硐室藥包相連接。有專家認(rèn)為炸藥之所以殘存是鈍感炸藥點著了沒爆或壓根就沒有點著。通常在硐室內(nèi)，是由雷管引爆起爆體炸藥，再由起爆體引爆鈍感炸藥。因此在硐室內(nèi)爆炸了一部分或大部分炸藥再殘存一部分炸藥的可能性很小。其次，10個月后的深孔裝藥的詢爆作用或沖擊波作用也很難引爆鈍感銨油炸藥。因此，可以認(rèn)定導(dǎo)爆管被高溫?zé)龜?、電爆網(wǎng)絡(luò)的塑料外皮被高溫熔化，造成短路而拒爆。另外，高溫硐室拒爆藥包內(nèi)的雷管起爆體也很難在230高溫下深藏10個月，因此最大的可能是臨近高溫硐室的非高溫硐室藥包的起爆網(wǎng)路被高溫破壞造成了拒爆，在10個月后被深孔爆破引爆。

根據(jù)事故偶然性分析，爆破單位的僥幸心理應(yīng)是造成該事故的重要原因之一。爆破單位面對第一次遇到的高溫硐室爆破（又是5500噸級的特大爆破），憑上千次硐室爆破經(jīng)驗，盲目自信，

對鈍感炸藥與起爆網(wǎng)路未作耐高溫可靠性模擬試驗，再加上在起爆后只憑肉眼觀察，沒有用先進(jìn)設(shè)備進(jìn)行炸藥拒爆檢查。當(dāng)這些偶然因素形成了事故鏈，如圖4所示，該事故的引發(fā)就成了必然。

地質(zhì)異常引發(fā)的事故。某爆破作業(yè)隊長因?qū)こ虝h上的評比不滿，于當(dāng)天下午帶情緒上崗，帶領(lǐng)4個炮工裝藥。其中5個深孔孔口地面巖渣較少未引起注意，仍按正常情況裝藥。起爆后產(chǎn)生滿天飛石，飛石最遠(yuǎn)距離達(dá)250m，造成死亡1人，輕傷2人的安全事故。

造成事故的直接原因是未發(fā)現(xiàn)5個深孔的基巖覆土層比其他炮孔厚（約2.5—3.0m），對裝藥量未作調(diào)整，造成藥柱超高2.5m，填塞缺少2.5m的爆破飛石事故。其中1塊3.5Kg石塊飛射到上百米高空落到60m開外處的推土機駕駛室，擊穿了頂蓬。剛巧，躲在推土機駕駛室內(nèi)的兩名工人之一就是該事故的受害者。引發(fā)該事故的偶然因素及事故鏈模型如圖5所示。

爆轟噴射事故。某采石場塘口，兩個炮眼，相距6.6m，離采石場地面高10.95m，為石灰石巖層，堅固系數(shù)f=10—13，層理與節(jié)理發(fā)育一般，垂直深度均為2.5m，裝藥量均為Q=1.95Kg，最小抵抗線均為w=1.0m，孔口填塞均為0.55m。在同一分鐘內(nèi)先后起爆，產(chǎn)生大量飛石，散落在數(shù)十米范圍之內(nèi)，最遠(yuǎn)距離也不到100m，唯獨一塊重量為3.6Kg的飛石飛射200余米擊人死亡。

該裝藥量偏大、孔口填塞長度不夠，同時不能排除前一次爆破時造成的自由面的某一裂隙較一般裂隙深入后爆巖體，在該炮眼炸藥爆炸時產(chǎn)生了爆轟產(chǎn)物氣體的噴射效應(yīng)。引發(fā)該事故的偶然因素事故鏈模型如圖6所示。圖6爆轟噴射效應(yīng)事故鏈模型圖7爆炸聚能效應(yīng)事故鏈模型

炸藥聚能效應(yīng)事故。某建筑工地對大塊巖石進(jìn)行二次爆破時，炮工因瑣事爭吵，帶著情緒上崗，共裝51個炮眼，平均每眼裝藥0.075Kg，火雷管導(dǎo)火線起爆。下午5時起爆時，大部碎塊散落在30m以內(nèi)，少量在50m以內(nèi)，唯獨一塊0.3Kg的巖石飛射191m擊中路過的下班工人頭部當(dāng)場死亡。引發(fā)該事故的偶然因素事故鏈模型如圖7所示。

偶然性安全事故的預(yù)防

從上述爆破事故案例及其偶然因素事故鏈模型可以看出，爆破飛石安全事故的偶然因素普遍存在。預(yù)防爆破飛石偶然性事故的根本途徑是消除偶然因素事故鏈。在當(dāng)前，應(yīng)加強以下三個方面的預(yù)防工作。

健全爆破安全保障機制。我國有關(guān)爆破安全保障的法規(guī)與制度十分健全，但往往受各種經(jīng)濟(jì)利益沖擊，得不到全面有效的貫徹執(zhí)行。有許多強制性標(biāo)準(zhǔn)是由很多血的教訓(xùn)換來的也得不到落實，不少安全事故多是與違規(guī)違章作業(yè)形成事故鏈造成。對那些可以避免的違規(guī)違章事故的責(zé)任人應(yīng)加大法律制裁力度。

加強爆破過程的監(jiān)管。加強爆破過程監(jiān)管，對鉆孔、裝藥過程要實行監(jiān)理傍站制，如發(fā)生異常情況要作好詳盡記錄，及時報告給爆破技術(shù)負(fù)責(zé)人，作出合理的裝藥調(diào)整，消除有關(guān)偶然因素事故鏈。

加強心理素質(zhì)培育。加強員工心理素質(zhì)培育，提高員工心理適應(yīng)能力、心理承受能力的工作應(yīng)列入企業(yè)管理的重要內(nèi)容，并為員工創(chuàng)造寬松的工作環(huán)境。在日常工作中應(yīng)提高人性化管理水平。特別是對重要的爆破裝藥工作，在上崗前應(yīng)進(jìn)行心理測試與調(diào)整，避免帶情緒上班。

盡管炸藥在巖石中爆炸時對巖石破碎、拋擲的作功過程極為短暫和難以控制，影響爆破飛石效應(yīng)的因素也極其復(fù)雜，但只要從自然、技術(shù)、人為三個方面找到影Ⅱ向事故發(fā)生的因素、建立偶然因素事故鏈模型，就可以知道引發(fā)事故的原因和這些原因的內(nèi)在聯(lián)系及偶然因素對事故發(fā)生的影響程度，對事故的性質(zhì)、責(zé)任、整改作出正確結(jié)論。希望該文能為爆破飛石安全事故的預(yù)防及安全事故的鑒定與處理提供有益的參考。