張 亮

（保利新聯(lián)爆破工程集團有限公司，貴州 貴陽 550001）

我國炸藥的起源時間雖然很久，但是在唐朝才得到了進一步的發(fā)展，發(fā)明了火藥，即所謂的黑色炸藥，這也是世界上最早的炸藥。炸藥雖然很危險，但是卻在很大意義上造福了人類。在人類的發(fā)展史上，很多行業(yè)的開展都離不開爆破工程，離不開炸藥的使用，如礦山開采﹑隧道挖掘﹑鐵路修筑﹑房屋拆除等，因為炸藥的使用，不但節(jié)約了大量的人力和財力成本，還大大提高了工程的進度[1]。隨著爆破技術的不斷研究和發(fā)展，爆破應用的行業(yè)和場景也越來越多。雖然國內(nèi)外針對爆破已經(jīng)做過大量的研究和試驗，并且發(fā)展了很多關于爆破的理論，但是對于爆破的技術研究還只是停留在理論和公式上，還沒有與實踐擁有較好的結合，所以目前在實際運用中也無法做到特別精準﹑合理的設計爆破方案。

在露天礦山作業(yè)中，露天開采環(huán)節(jié)主要有穿孔﹑爆破﹑裝載﹑剝離等，爆破是其中非常重要的一個環(huán)節(jié)，并且爆破費用也占到露天采礦總費用的15%-20%。而且爆破質量的好壞，會直接影響到后期采裝﹑運輸?shù)拳h(huán)節(jié)的工作效率，也會對總成本造成很大的影響，所以如何提高爆破效率，有效的利用炸藥，保證爆破質量，對于現(xiàn)階段的理論和實踐研究都尤為重要。

影響爆破的效果主要有兩大類因素：第一類是外界地質條件﹑地形﹑地貌的影響，其中包括巖體性質﹑巖體類型﹑巖體結構面等。第二類是炸藥性能和使用不同施工方法的影響，其中炸藥性能包括炸藥的密度﹑爆熱﹑爆速﹑威力﹑猛度以及所含雜質等，施工方式主要包括裝藥結構﹑爆孔堵塞﹑爆孔孔距與排距﹑爆破網(wǎng)絡形式等。

其中，裝藥結構的選擇是影響爆破效果的重要因素之一。最常見的裝藥結構分為：耦合裝藥和不耦合裝藥。目前，在我國的實際爆破中經(jīng)常會選擇傳統(tǒng)的連續(xù)耦合裝藥方式，因為這種裝藥方式往往比較簡單，對裝藥技術的要求也不是很高，且容易操作[2]。但是，這種爆破方式對炸藥的使用量會增大，在爆炸后產(chǎn)生的大塊礦石較多，碎石也較多，而不耦合裝藥方式就會大大提高炸藥的利用率，并且可以讓巖石更充分的均勻碎裂，方便后續(xù)的各項工作。

1 常見的裝藥結構類型

爆破中的裝藥結構是指炸藥在爆孔中所處的位置，因為位置不同就會產(chǎn)生不同的結構，不同的結構也會產(chǎn)生不同的影響，從而帶來不同的爆破結果。根據(jù)藥柱（炸藥）與爆孔孔壁的關系一般可以分為耦合裝藥和不耦合裝藥這兩種形式，這兩種結構最大的區(qū)別就是爆孔中不留空氣和爆孔中留有空氣，因為不同的性能﹑不同的爆炸結果，使得這兩種結構往往被用于不同的爆破需求。

下面將介紹幾種在爆破中常用的裝藥結構：

（1）連續(xù)耦合裝藥方式：是指往爆孔中放置炸藥，并且藥柱直徑和爆孔直徑相同，藥柱緊貼爆孔孔壁，不留間隙的放置。

（2）空氣間隔徑向不耦合裝藥方式：是指往爆孔中放置炸藥，藥柱直徑要小于爆孔直徑，藥柱與爆孔孔壁之間以空氣作為間隔物。

（3）空氣間隔軸向不耦合裝藥方式：是指用空氣當做媒介，將藥柱進行縱向分段，爆孔內(nèi)沒有安裝炸藥的部分都放置著空氣，一般會借助塑料管或是空氣間隔器進行分隔。

2 用不同裝藥方式進行爆破時礦石破裂的原理

2.1 連續(xù)耦合裝藥方式巖石破裂原理

連續(xù)耦合裝藥方式下，炸藥爆炸后，會在炸藥傳播時形成巨大的爆轟波，之后爆轟波向周圍膨脹﹑擴散時會與緊貼著的爆孔孔壁形成爆炸沖擊波，爆炸沖擊波在礦巖中很快就會轉變?yōu)閼Σ?。爆炸沖擊波所帶來的高壓推動會將周圍的巖壁壓碎，后生成的應力波會在破碎礦石外讓其他礦巖繼續(xù)產(chǎn)生新的裂紋。另外，爆炸時產(chǎn)生的爆炸能量還包括爆生氣體，爆生氣體也會迅速膨脹，穿過碎石，進入裂縫中，輔助應力波產(chǎn)生的巖石裂縫繼續(xù)向前延伸。采用這種爆破方式進行爆破后，因為大部分能量作用于孔壁上，所以能量被緊貼著的礦巖大量吸收，緊挨炸藥的爆孔壁附近的巖石碎裂程度會比較大，而其他部分由于爆炸時受力不均勻，導致大塊巖石會比較多，爆破后的巖石比較完整。耦合裝藥結構炸藥與爆孔壁緊貼，爆孔壁附近巖石受到的爆炸力最大，巖石又大量吸收爆炸產(chǎn)生的能量，就會加快沖擊波和應力波的衰退，導致爆炸作用時間變短，所以這種方式帶來的爆炸范圍小，形成爆炸能量的大量浪費。連續(xù)耦合裝藥由于沖擊波衰減快，減小了對巷道周圍巖石的振動，且振速較低，所以更適合用于煤礦巷道的挖掘。

2.2 空氣間隔徑向不耦合裝藥方式巖石破裂原理

使用空氣間隔徑向不耦合裝藥方式主要是利用壓縮空氣，減小炸藥爆破時直接作用在爆孔孔壁上的壓力，因為炸藥與爆孔孔壁之間有空氣的存在，所以空氣阻力就會降低爆炸對爆孔孔壁的初始壓力，并且藥柱離爆孔孔壁的距離越大，這種初始壓力就會越小[3]。但是使用這種爆破方法，應力波消退的速度慢，在巖石上作用的時間就會增長，爆破的范圍就會增大，并且在爆破時能量的分布比較均勻，所以碎石程度也比較均勻。另外這種裝藥方式更利于節(jié)約炸藥，節(jié)約爆破成本。

2.3 空氣間隔軸向不耦合裝藥方式巖石破裂原理

使用這種方式進行爆破時，由于爆孔中有空氣柱可以起到緩沖的作用，就大大降低了爆破帶給爆孔孔壁的壓力，在緩沖過程中爆炸的能量也得以均勻分布。另外，爆生氣體在巖石中的作用時間變長，從而擴大了爆炸范圍，提高了炸藥的利用率。因為能量分布較為均勻，爆破后的石塊也會比較均勻，大塊石頭的概率往往也比較小。

空氣間隔軸向不耦合裝藥方式，一般分為兩種。

2.3.1 爆孔底部留空氣方式

空氣間隔區(qū)位于爆孔底部，可以使用氣體間隔器或塑料管作為間隔工具，空氣上方放置連續(xù)的藥柱。在爆炸過程中，由于底部空氣的存在，爆炸所產(chǎn)生的壓力會迅速減小，作用在爆孔孔壁的壓力也會減小，從而使炸藥爆炸產(chǎn)生的爆孔壁碎裂區(qū)會減小，碎石不嚴重。爆孔底部由于受空氣保護，也會緩沖爆炸帶來的壓力，不容易發(fā)生爆孔底部碎裂的情況。但用這種方法裝藥時需要計算好底部預留空氣段的長度。

2.3.2 爆孔中部留空氣方式

空氣間隔區(qū)位于爆孔中部，使用氣體間隔器或塑料管作為間隔工具，空氣段位于炸藥之間，上方和下方均為藥柱。這種方式是為了減小炮孔孔口位置的炸藥長度，讓炸藥的分布更加均勻，這樣孔口的爆破程度就不會太大。采用這種爆破方式時，要充分考慮巖層的結構，空氣段要位于相對軟的巖石層，炸藥段位于相對硬的巖石層。

3 空氣間隔裝藥技術存在的問題

通過上文對不同裝藥方式爆破原理和結果的分析表明，在爆孔中設置空氣間隔，爆破的效果會更好。但是空氣的位置不同﹑長度不同都會給爆破帶來不同的效果和結果。雖然國內(nèi)外的專家已經(jīng)進行了大量的試驗，分析空氣間隔裝藥技術的優(yōu)化，但這是一項復雜﹑特殊的試驗，所以試驗結果的最優(yōu)參數(shù)還有待確定。我國的空氣間隔裝藥技術研究還處于探索的階段，并沒有形成系統(tǒng)化的理論用來有效指導實際爆破工作[4]。

4 空氣間隔裝藥爆破技術在實際案例中的運用

4.1 試驗項目情況介紹

某露天石灰石礦山臺階爆破作業(yè)，根據(jù)該礦所處的實際地質條件﹑巖石性能，將使用120mm直徑的垂直鉆孔，炸藥選用普通的巖石乳化炸藥。根據(jù)巖石性質等因素，將采用三角形的布孔方式，因為這樣有利于克服根底情況的發(fā)生，并且連線網(wǎng)路會較為簡單?？拙酁?m，排距為4m，會使炸藥在巖石中分布更均勻，引爆后巖石后會爆炸的更均勻，防止存在大量大塊巖石。以臺階高度9m為例，邊排距2.5m。底部裝藥長度為4m，中間間隔空氣1m，上部裝藥長度為2m，最大單孔裝藥量為57kg，總炸藥量為1800kg。雷管選擇參數(shù)分別為：非電雷管4m，3段，30發(fā)；12m，8段，20發(fā)；12m，9段，20發(fā)；12m，10段，20發(fā)，起爆導管為保證有足夠的安全距離，將選擇650m的長度。

4.2 裝藥結構的選擇

本次試驗的裝藥結構選擇空氣軸向不耦合裝藥方式，中間利用1m的空氣間隔裝置將藥柱分開，底部為4m的普通乳化炸藥藥柱，藥柱上方為1m的空氣間隔，空氣間隔上方為2m的普通乳化炸藥藥柱，藥柱上為3m的巖渣填充物，這個為本次裝藥采用的結構。

4.3 爆破網(wǎng)絡形式的選擇

在大量的理論和實踐研究基礎上，選擇多排爆孔，然后采用逐孔爆破的方式，會使爆炸效果更好。當之前的爆孔發(fā)生爆炸后，會將附近的巖體壓碎并產(chǎn)生移動，再形成新的裂縫，這樣就為之后爆孔中炸藥的起爆創(chuàng)造了更多的自由面，自由面越多爆炸的效果就越好，后排爆孔附近的礦巖已經(jīng)形成碎裂，爆炸后的應力波就可以進行充分反射﹑傳遞，采用這樣炸藥疊加爆破的方法，可以充分利用炸藥的能量，起到相輔相成的作用，最后達到均勻碎石的目的。另外，用這樣爆炸的方式，同時起爆的炸藥量小，也會降低爆破帶來的震動[5]。

4.4 爆破效果

觀察爆炸后的爆破效果，主要從兩方面進行研究，一是爆炸后巖石塊度的情況，二是爆堆的形狀。爆炸后巖石塊度的情況是分析爆炸結果的主要指標，因為爆炸后巖石塊度情況對后期鏟裝﹑運輸?shù)拳h(huán)節(jié)的工作效率都有很大的影響，從而也會影響采礦的總成本。在爆破后，如果礦石的大塊率高，鏟裝效率和裝載效率就會變低，這樣運輸成本就會變高，如果在爆破后，礦石碎裂程度較大，即粉石率高，就說明在爆破中炸藥造成了浪費，這樣無形之中也增大了爆破的成本。在這次試驗中，由于使用了孔口巖渣填充的技術，從而有效減少了孔口礦石大塊率的發(fā)生，為之后的挖掘﹑采裝﹑運輸帶來了很大的便利，可以有效提高后期的工作效率。另外，采用的這種逐孔爆破的方法，爆破的震動得到了有效的控制，并且也減少了炸藥的單耗，有效節(jié)約了爆破的成本。

4.5 試驗注意事項

（1）在裝藥前要再次檢查爆孔的深度，確保爆孔的通暢，沒有卡孔情況的出現(xiàn)。

（2）在裝藥時可以使用長塑料管進行輔助裝藥，將藥柱逐個放入爆孔中，這樣可以有效減少直接裝藥時，藥柱與爆孔孔壁之間產(chǎn)生的擠壓和摩擦，降低裝藥的危險性。裝藥時要嚴格按照規(guī)定的品種﹑數(shù)量﹑位置進行擺放，禁止投擲藥柱。

（3）在裝藥時，由于爆孔的孔徑大，爆孔深度也大，所以要格外小心，防止有石塊從孔口掉入孔內(nèi)，砸斷雷管腳線，發(fā)生拒爆的情況。

（4）在有些時候，炸藥車計量可能會產(chǎn)生很大誤差，所以在裝藥時要隨時對回填深度進行測量，及時發(fā)現(xiàn)藥柱不足或過多的情況[6]。

（5）要嚴格關注爆孔的質量問題，注意穿孔的質量，確保較高的成孔率，當發(fā)現(xiàn)廢孔或堵孔現(xiàn)象時，要及時透孔或者是進行補孔，可在廢孔的左右兩側選擇補孔，這樣才能保證裝藥情況嚴格按照設計方案進行，保證裝藥的準確性和標準性。

4.6 施工難點及可能出現(xiàn)的問題

（1）在進行現(xiàn)場裝藥操作時，由于現(xiàn)場條件﹑設備有限，所以并不能準確按照設計的藥量進行裝藥，藥量無法得到很好的控制。

（2）鉆孔深度過大時，需要在裝藥前進行爆孔的回填，以避免造成炸藥的大量浪費，但回填的深度往往不好把控，需要隨時進行認真的測量，以把握標準的回填深度。

（3）間隔裝藥方法在操作上是比較麻煩的，需要很多人一起配合完成工作，如果之前沒有間隔裝藥的經(jīng)驗，在實際施工中就很可能造成問題。所以在施工裝藥時，要加強管理，做到施工效果與設計相吻合，防止因為施工因過大誤差而帶來不必要麻煩。

4.7 試驗結論

在本次試驗中，利用了空氣間隔裝藥技術，采用空氣軸向不耦合裝藥方式，對于試驗結果將做出以下總結。

（1）使用連續(xù)耦合裝藥的方式進行爆破，初始爆炸時產(chǎn)生的壓力峰值大，使爆孔孔壁周圍的巖石粉石率高，這樣會導致爆炸產(chǎn)生的能量浪費大，炸藥的利用率降低，爆炸的成本增高。另外由于大部分地形中，爆孔基本都很深，采用連續(xù)耦合裝藥方法爆破，產(chǎn)生的大塊石頭多，很不利于后期的挖運[7]。

（2）空氣徑向不耦合裝藥，初始爆炸時產(chǎn)生的壓力峰值較小，爆炸作用時間長，應力衰退的速度慢，炸藥的利用率高，從而有效節(jié)約了炸藥的使用。

（3）空氣軸向不耦合裝藥，由于有空氣間隔層在爆炸時可以進行壓縮，初始爆炸時產(chǎn)生的壓力峰值較小，如果使用底部留空氣間隔的方法，由于底部的空氣在爆炸時可以起到很好的緩沖效果，所以可以有效克服根底現(xiàn)象的發(fā)生。在實際使用中，間隔空氣可以使用塑料管進行間隔，這樣可以有效降低使用空氣間隔器的成本，并且使用效果沒有明顯差異。另外在孔口使用巖渣填充的方式，可以有效改善孔口礦石大塊的情況，這種爆破方式爆破后，巖石碎裂均勻，大塊巖石少，孔口大塊率和根底問題都得到了有效的解決。在炸藥使用方面，不耦合裝藥對炸藥的使用量低于耦合裝藥，炸藥單耗低，爆破總成本也降低，炸藥使用率變高。

（4）空氣軸向不耦合裝藥爆破效果好，碎石均勻，大塊率和粉石率都低，在之后鏟裝時，有利于挖掘機或電鏟進行鏟石，也有利于卡車進行裝載運輸，運輸?shù)拇螖?shù)減少，從而使鏟裝效率提高，鏟裝的總成本也得到了有效的控制。

5 結語

由于我國大部分地區(qū)的露天礦區(qū)都很深，爆破爆孔比常規(guī)情況下都會挖深很多，如果采用連續(xù)耦合裝藥方法，不但會產(chǎn)生過多大塊礦石，帶來后續(xù)挖掘﹑鏟裝﹑運輸工作效率低的問題，還會因炸藥使用過多，造成炸藥浪費，成本增加。通過空氣間隔裝藥方式的引入，會更有效的解決這兩個在露天采礦中的難題，不但解決了大塊礦石率高的問題，也通過使用更少的炸藥完成更大面積的爆破，成功節(jié)省了炸藥，控制了爆破的成本，從而減少了礦山作業(yè)的總成本?？諝忾g隔裝藥方式，對我國的礦企來說是機遇也是挑戰(zhàn)，如何能提高裝藥技術，對爆破參數(shù)﹑爆破網(wǎng)路進行合理優(yōu)化，再將成功的理論知識運用于實踐當中，并不斷對其進行改善和進步，在實際爆破工作中合理解決施工難點，嚴格把控施工重點，這些對于礦企來說都是任重而道遠的工作。