深孔爆破飛石產生的機理計算及控制措施

蘭 振

（金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西 渭南 714102）

1 爆破飛石產生的機理

爆破飛石是由于爆破中能量分配不均勻，巖塊從抵抗線方向或薄弱帶拋出，脫離爆堆而飛散到較遠的地方。特別是當最小抵抗線較小時[1]，炸藥爆炸生成的高溫高壓氣體沿被爆巖體中的薄弱面高速噴出，攜帶其中被破碎的巖石碎塊加速沖出,形成飛石。

通過實際爆破過程中飛石的現(xiàn)場觀察,并結合理論上的判斷,我們分析,飛石的產生存在以下機理:①炮孔堵塞缺陷，施工過程因水孔、凍孔造成堵塞質量不好，堵塞段長度不夠、再加之爆區(qū)周邊和孔口頂部破碎的巖石,高溫高壓的爆轟氣體攜帶較多碎石沖出炮孔,形成沖炮,產生飛石[2]。②巖石結構不均勻，在斷層、節(jié)理、軟弱夾層等薄弱面時[1],爆轟氣體通過薄弱巖層面集中沖出,導致過遠的飛石或者前沖。③因爆破區(qū)域前排孔臨空面下部被挖空,形成“傘檐”，導致局部抵抗線過小,巖體在破碎過程中,爆轟氣體首先沿著最小抵抗線方向集中沖出[1]，并攜帶破碎巖石，從而形成飛石。④兩個爆區(qū)銜接距離較大，導致前排孔抵抗線過大,炸藥爆炸的能量不能完全推動前部巖體,而是先從抵抗較薄弱的孔口迅速泄出,導致沖天飛石。

2 爆破飛石的運動分析和理論計算

2.1 巖石拋擲示意圖

根據(jù)地形情況及外彈道學原理[4]，可將爆破飛石運行距離分為兩部分。一為飛石水平飛擲距離S1，二為飛石沿山坡向下墜落距離S2。（如圖1示）

圖1 巖石拋擲示意圖

VO——巖石拋出時初速度，m/s；

VX——的水平分速度，m/s；

Vy——的垂直分速度，m/s；

α——飛石拋擲角，飛散最遠的拋擲角為45°；

S1，S2，S——飛石各時間段水平飛散的距離，m；

h1——飛石最高點與1284平盤的高差，m；

h2——1284平盤與1164平盤的高差，m；

H——飛石最高點與1164平盤的高差，m。

2.2 巖石拋出初速度計算

式中：VO——巖石拋出時初速度，m/s；

Q——裝藥量，kg；取Q=430kg；

W——最小抵抗線，m；計算得W=6.5m；

計算得：VO=26.968m/s。

(2)飛石的水平速度：VX=VOCosα；

飛石的垂直速度：Vy=VOSinα；

2.3 巖石水平飛擲距離計算

(1)平坦地形，根據(jù)外彈道學原理，忽略空氣阻力的飛石計算距離[4]

式中：S1——平坦地形巖石水平飛散距離，m；

VO——同上；

α——同上，取α=45°；

g——重力加速度，m/s2，取g=9.8。

(2)由于地形高差的影響，飛石向下墜落所增大的距離S2。如忽略空氣阻力的影響，可按下式計算[5]：

式中：S1——平坦地形巖石水平飛散距離，m；

θ——最小抵抗線與水平線的夾角，計算θ=20°；

β——山坡坡角，β=40°。

(3)巖石水平飛散的總距離

式中：S——巖石水平飛散的總距離，m；

S1，S2，——同上；

3 飛石飛散經(jīng)驗公式估算[3]

L=20Kn2W

式中：L——飛石飛散距離，m；

K——安全系數(shù)，與地形、風向、巖性及地質條件有關，一般取1.5～2；

n——最大一個藥包的爆破作用指數(shù)，取n=1.5；

W——最大一個藥包的最小抵抗線，m；計算得W=6.5.

4 飛石控制工程實例

（1）周圍環(huán)境。山頂標高1284m，山腳標高1164m，東側有大片居民區(qū)，北側緊鄰公路干道和廠房，爆破區(qū)東距最近民房260m，北距最近廠房230m。見圖2。

圖2 爆區(qū)周圍環(huán)境示意

（2）防護措施。①根據(jù)布孔區(qū)域巖性確定不同的孔網(wǎng)參數(shù)進行布孔。②施工前，認真校核周邊孔抵抗線變化情況，及時調整裝藥量和裝藥方式。③選擇起爆孔方向盡量避開民房和廠房，控制爆破飛石主方向，保證被保護對象避開飛石主方向。④采用爆破軟件精心設計爆破網(wǎng)路，達到逐孔起爆，降低單響段最大藥量。⑤對爆區(qū)周邊孔采用間隔裝藥。⑥嚴格要求施工質量，確保充填質量，對堵塞不合格的炮孔進行孔口堆渣處理，使其堵塞達到設計要求。⑦由理論和生產經(jīng)驗來估算爆破飛石飛散距離。

5 爆后效果評價

由于距離近，爆破時周圍民房均有振感，但因起爆網(wǎng)路控制得當，單響最大段藥量分配合理，爆破飛石拋擲及滾動距離最遠不超過200m，且民房沒有產生裂隙、裂縫擴張或掉墻皮等不安全現(xiàn)象。

6 結語

山坡露天臺階深孔爆破飛石飛散較遠，飛石距離除了進行拋擲飛散外，還要加上沿山坡滾動距離。雖然飛石產生的過程中不確定因素較多，量化難度大，但通過理論和經(jīng)驗公式計算，并采取恰當?shù)姆雷o措施，可以找到一個帶有理論數(shù)據(jù)的防護方案，通過實踐證明，該方案可作為控制飛石的理論依據(jù)，可有效地降低飛石的危害。