“T”型防護(hù)裝置爆破技術(shù)的研究與應(yīng)用

凌文杰 周祥云

摘 要：炸藥在巖體中爆炸會(huì)產(chǎn)生很多爆破性危害，如爆破振動(dòng)、爆破飛石、爆破粉塵、爆破炮煙等。后兩種危害會(huì)產(chǎn)生一定的環(huán)境污染問(wèn)題，但隨著時(shí)間的推移這種危害會(huì)逐漸消除。但爆破振動(dòng)和爆破飛石控制不當(dāng)則會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的事故，對(duì)周圍環(huán)境、設(shè)備、建筑造成危害，甚至危及到工作人員及周圍人員的生命安全。針對(duì)爆破危害，提出“T”型防護(hù)裝置爆破技術(shù)，旨在將爆破危害控制在有限的范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)防護(hù)；爆破飛石；爆破振動(dòng)；本質(zhì)安全

中圖分類號(hào)：TU715? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2023）06-0036-03

0 引言

為維護(hù)人民生命安全和財(cái)產(chǎn)安全，減少對(duì)周邊環(huán)境影響，有必要開(kāi)展高速公路復(fù)雜環(huán)境深孔爆破技術(shù)應(yīng)用與研究。研究高速公路復(fù)雜環(huán)境中實(shí)施爆破作業(yè)的規(guī)范和安全規(guī)定，及其影響深度和廣度，有利于減少爆破作業(yè)對(duì)周邊環(huán)境的危害效應(yīng)，完善建立爆破行業(yè)規(guī)范，加強(qiáng)爆破行業(yè)自律。

1 爆破飛石的產(chǎn)生與防護(hù)

1.1 爆破飛石的產(chǎn)生

爆破飛石是指在爆破作業(yè)過(guò)程中，炸藥釋放出的巨大能量，將砂石、泥土、雜物等物質(zhì)從作業(yè)點(diǎn)或作業(yè)面拋擲到空中或沿地面的一種爆破危害。

爆破危害包括對(duì)人員（或牲畜）傷亡、建（構(gòu)） 筑物損壞、機(jī)器設(shè)備損毀等方面。爆破飛石相當(dāng)復(fù)雜，既包括設(shè)計(jì)方面的原因，又包括施工方面的原因?？偨Y(jié)起來(lái)主要包括以下5項(xiàng)：①對(duì)被爆體材料的力學(xué)性質(zhì)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)了解不透徹。②抵抗線偏小或起爆時(shí)差過(guò)大等爆破參數(shù)存在較大誤差。③爆破單孔裝藥量過(guò)大，或者炸藥猛度、爆速過(guò)高，由此造成單耗過(guò)大。④未按照藥量設(shè)計(jì)裝藥，施工操作不仔細(xì)，炮孔填塞未達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。⑤施工中網(wǎng)路連接不當(dāng)，由此引發(fā)個(gè)別炮孔拒爆，最終改變了抵抗線方向[1]。

從飛石的形式來(lái)看，主要包括拋射和拋擲兩種。研究發(fā)現(xiàn)，拋射飛石的影響因素多與被爆破介質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，比如介質(zhì)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)爆生裂隙，或結(jié)構(gòu)中存在弱面。拋擲飛石多與爆炸剩余能量相關(guān)，比如裝藥過(guò)量或抵抗不足。一直以來(lái)，人們總想精確計(jì)算出爆破產(chǎn)飛石具體參數(shù)，但該數(shù)值受到爆破參數(shù)、裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件、氣象條件、炸藥填塞質(zhì)量等眾多因素影響[2]。事實(shí)上，想要精確計(jì)算出飛石的大小、距離、方向是不可能的問(wèn)題。

通過(guò)分析爆破作業(yè)產(chǎn)生的原因、爆破飛石部位，并采取主動(dòng)防護(hù)措施，能起到較好的防護(hù)作用，可最大限度控制爆破飛石效果。同時(shí)還能對(duì)爆破作業(yè)產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行控制，避免由此對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生破壞性影響。

1.2 爆破飛石的計(jì)算方法

雖然飛石飛行的距離和方向不能精確算出，但結(jié)合爆破飛石的眾多因素，通過(guò)計(jì)算能估算出主要數(shù)據(jù)。針對(duì)重點(diǎn)部位進(jìn)行防護(hù)，比如劃定相應(yīng)的警戒范圍。實(shí)際應(yīng)用中，多根據(jù)簡(jiǎn)化彈道學(xué)公式，爆破飛石距離計(jì)算公式如式（1）（2），能計(jì)算出飛散物最大水平拋射距離。

Smax=f1f2v02sin2α/g? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

v0= Q2/3/W2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：f1為防護(hù)系數(shù)，防護(hù)1層數(shù)值取2，防護(hù)2層時(shí)數(shù)值取1，防護(hù)3層時(shí)數(shù)值取0.5；f2為介質(zhì)種類系數(shù)；α為飛石拋射角；V0為初始速度，單位為m/s；g為重力加速度，單位為m/s?；Q為單孔最大裝藥量，單位為kg；W為距保護(hù)目標(biāo)最近處裝藥最小抵抗線，單位為m。

1.3 爆破飛石的主動(dòng)控制和防護(hù)措施

1.3.1 飛石的控制與防護(hù)

具體包括以下4個(gè)要點(diǎn)：①進(jìn)一步優(yōu)化爆破參數(shù)。爆破時(shí)選擇科學(xué)的孔（排）距離、合理的炸藥單耗量和最小的抵抗線。②鉆孔控制。根據(jù)設(shè)計(jì)嚴(yán)格控制鉆孔數(shù)據(jù)，保證填塞的密實(shí)和連續(xù)。③爆破設(shè)計(jì)需掌握被爆體的具體數(shù)據(jù)，如結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、軟弱部位等。如果時(shí)間等條件具備，可以進(jìn)行小規(guī)模試爆，以此掌握更多數(shù)據(jù)。④裝藥及其他[3]。針對(duì)特殊部位可以選擇不耦合裝藥，非連續(xù)裝藥，或者根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整延期時(shí)間等。

1.3.2 被動(dòng)防護(hù)措施

具體包括以下3點(diǎn)：①覆蓋保護(hù)。通過(guò)覆蓋防護(hù)材料，如草袋、車胎、竹笆等材料，對(duì)爆破體進(jìn)行被動(dòng)性防護(hù)（尤其是炮眼等部位），以降低飛石發(fā)生的概率和嚴(yán)重程度。②近體防護(hù)措施。針對(duì)爆破附近的建筑體、道路、耕田等設(shè)置防護(hù)裝置。通過(guò)遮擋降低爆破產(chǎn)生的飛散物帶來(lái)的損傷，遮擋物多選用條笆或竹笆等。③針對(duì)重點(diǎn)防護(hù)對(duì)象做好緩沖和防護(hù)工作，一般使用棉被、竹笆等對(duì)防護(hù)物品進(jìn)行遮擋和覆蓋。是拆除較高的山體或建筑物時(shí)，需盡量減少觸地振動(dòng)和觸底反彈，可在拋石落地處鋪設(shè)砂、土等墊層進(jìn)行保護(hù)。

1.3.3 其他防護(hù)

采用主動(dòng)與被動(dòng)防護(hù)后，還需要做好安全警戒工作，并且相關(guān)工作人員要做好人身防護(hù)工作。安全警戒范圍必須超過(guò)飛石最大飛散范圍，從而提升爆破的安全性。

2 “T”型爆破主動(dòng)防護(hù)裝置作用

本次研究采用了“T”型爆破主動(dòng)防護(hù)裝置，其作用如下7方面：①防止炮孔爆破沖孔；②杜絕拋擲爆破產(chǎn)生；③減少對(duì)周邊環(huán)境影響；④減少爆破空氣沖擊波；⑤加強(qiáng)炸藥爆生氣體二次做功；⑥減少有毒有害氣體溢出地層地表土壤，強(qiáng)化含氮有用氣體與土壤有效中和，減少對(duì)空氣毒害；⑦減少爆破用炸藥量，達(dá)到減少CO2排放，達(dá)到碳達(dá)峰碳中和的國(guó)家政策。

3 爆破理論基礎(chǔ)

3.1 巖石爆破及相關(guān)知識(shí)

爆炸包括物理爆炸（鍋爐爆炸、氣球爆炸）、化學(xué)爆炸（炸藥爆炸、瓦斯爆炸）、核爆炸（核裂變、核聚變）3大類。

本次研究目標(biāo)為炸藥爆炸（化學(xué)爆炸）。炸藥爆炸從爆炸的基本特征來(lái)看，包括了“一大，二塊，三多”。爆炸過(guò)程中會(huì)釋放大量的熱量，一般礦用炸藥爆炸時(shí)的放熱量為700～1500 kcal/kg。爆炸過(guò)程中的反應(yīng)與傳播速度非?？臁１〞r(shí)的爆點(diǎn)僅為幾微秒或幾十微秒之間，單位時(shí)間威力極大，做功能力非常強(qiáng)。爆炸時(shí)生成的氣體非常多，通常1kg工業(yè)炸藥能產(chǎn)生700～1000升氣體。

炸藥按組成部分劃分為單質(zhì)炸藥和混合炸藥，按用途劃分為起爆藥、猛炸藥和發(fā)射藥等。爆炸時(shí)炸藥的保溫達(dá)到最高值，單質(zhì)炸藥一般在3000～5000°C。礦用混合炸藥一般在2000～2500°C之間。巖石爆破多選擇銨梯炸藥（硝酸銨+TNT），其主要成分為氧化劑、松散劑、防潮劑等，一般巖石爆破采用1號(hào)、2號(hào)、2號(hào)抗水、3號(hào)抗水和4號(hào)抗水等巖石銨梯炸藥[4]。巖石銨梯炸藥有效期多在6個(gè)月，制成直徑多為27 mm、32 mm、35 mm、38 mm等規(guī)格，質(zhì)量主要包括100g、150g、200g藥卷。藥卷一端為平頂，另一端為內(nèi)凹形（聚能穴）。

3.2 巖石爆炸應(yīng)力波

炸藥在巖體中爆炸所激起的應(yīng)力擾動(dòng)的傳播稱為爆炸應(yīng)力波與表面波。這種爆炸應(yīng)力波在巖體中為脈沖波，不具有周期性，能對(duì)巖石造成不同程度地破壞作用。炸藥在炮孔內(nèi)發(fā)生爆炸，產(chǎn)生大量高溫高壓氣體膨脹做功，達(dá)到破裂巖體、拋擲巖體。除了巖體鉆孔中炸藥爆炸產(chǎn)生的爆炸應(yīng)力波對(duì)巖體作用，還存在大量高溫高壓氣體膨脹做功，故巖體鉆孔中炸藥爆炸作用分為內(nèi)部作用和外部作用。但巖體特性為抗壓不抗拉，在爆炸應(yīng)力波和爆生氣體的循環(huán)作用下，巖體產(chǎn)生裂隙并破碎，巖體碎塊被爆炸氣體拋出。

3.3 炸藥在巖石中爆破的破壞模式

具體有以下5種：①炮孔周圍巖石的壓碎作用；②徑向裂隙作用；③卸載引起的巖石內(nèi)部環(huán)狀裂隙作用；④反射拉伸引起的“片落”和引起徑向裂隙的延伸；⑤爆炸氣體擴(kuò)展應(yīng)力波所產(chǎn)生的裂隙。

4 “T”型主動(dòng)防護(hù)裝置工藝和技術(shù)性文件

4.1 “T”型防護(hù)裝置圖

“T”型防護(hù)裝置最下部為起爆雷管，其上部依次為：起爆炸藥、炸藥、孔內(nèi)沙袋、空口沙袋、雷管腳線、覆蓋防護(hù)。該裝置不僅能夠保障爆炸效果，還能有效控制沖擊波對(duì)巖體上部的擾動(dòng)，有效降低飛石和散落物的產(chǎn)生。其中，孔內(nèi)沙袋和空口沙袋，以及空口覆蓋物能杜絕拋擲爆破的發(fā)生，對(duì)于周圍環(huán)境影響較少，還能保證爆炸生成氣體的二次做功?！癟”型防護(hù)裝置圖如圖1所示。

4.2 安裝裝置操作流程與流程圖

第一步，炮孔內(nèi)按照炮孔設(shè)計(jì)參數(shù)裝好炸藥并引出雷管腳線，固定好。第二步，采用測(cè)量繩子復(fù)測(cè)填塞長(zhǎng)度，校準(zhǔn)填塞深度。第三步，采用鏟子鏟入粗細(xì)混合堵塞料（孔口鑿巖巖渣），為0.3m。第四步，緊接著放入袋裝砂袋（見(jiàn)圖2）。第五步，隨即填入0.1填塞長(zhǎng)度的孔口鑿巖巖渣。第六步，緊接著放入第二個(gè)孔內(nèi)砂袋。第七步，及時(shí)將炮孔填塞，填滿至孔口。

4.3 安全操作規(guī)定

4.3.1 一般規(guī)定

在安裝孔內(nèi)第一個(gè)沙袋時(shí)，先填入0.2m 長(zhǎng)度炮孔的砂子。在安裝第一個(gè)沙袋之后，再填入0.2m 長(zhǎng)度炮孔的砂子。在安裝沙袋和填塞時(shí)，保護(hù)好腳線?？淄飧采w沙袋應(yīng)將孔口全覆蓋，覆蓋物中心應(yīng)對(duì)應(yīng)孔口中心。

4.3.2 人工裝藥

具體注意事項(xiàng)有以下5點(diǎn)：①人工搬運(yùn)炸藥、雷管等爆破器材時(shí)應(yīng)遵守《爆破安全規(guī)程》的規(guī)定，起爆體、起爆藥包應(yīng)由技術(shù)員和爆破員制作，攜帶、運(yùn)送。②炮孔裝藥應(yīng)使用木質(zhì)或竹制炮棍，炮孔應(yīng)防靜電。③不應(yīng)往孔內(nèi)投擲起爆藥包和敏感度高的炸藥，起爆藥包裝入后應(yīng)采取有效措施，防止后續(xù)藥卷直接沖擊起爆藥包。④裝藥發(fā)生卡塞時(shí)，若在雷管和起爆藥包放入之前，可用非金屬長(zhǎng)桿處理。裝入雷管或起爆藥包后，不應(yīng)用任何工具沖擊、擠壓。⑤在裝藥過(guò)程中，不應(yīng)拔出或硬拉起爆藥包中的導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索和電雷管腳線[5]。

4.3.3 注意事項(xiàng)

炮孔孔口固定雷管腳線牢固，不得讓腳線掉入孔內(nèi)。如果孔內(nèi)炸藥裝多，則在保護(hù)雷管安全前提下，將多余炸藥勾出。如果孔內(nèi)炸藥實(shí)際裝藥較少，則需要注明原因。所用鉤子為防靜電炮棍制作而成。

5 “T”型主動(dòng)防護(hù)裝置爆破技術(shù)應(yīng)用與分析

涉及爆破作業(yè)的工程項(xiàng)目，實(shí)施爆破作業(yè)過(guò)程，影響爆破飛石和產(chǎn)生的爆破飛石的原因是多方面的，情況也就比較復(fù)雜。在當(dāng)前所具有的爆破理論知識(shí)，很難有一個(gè)常規(guī)的爆破系統(tǒng)理論來(lái)對(duì)其進(jìn)行分析或解釋。根據(jù)眾多爆破施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)顯示，爆破作業(yè)過(guò)程中爆破飛石的產(chǎn)生部位主要有堵塞段（可見(jiàn)爆破漏斗內(nèi)）、孔口和最小抵抗線3處。

6 結(jié)束語(yǔ)

在廣西基礎(chǔ)建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展，隨著高速公路的路基開(kāi)挖、路塹爆破等，均涉及爆破作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全技術(shù)。必須減少爆破危害效應(yīng)對(duì)周邊居民房、工廠、學(xué)校、林地、農(nóng)田、果園等影響，控制或杜絕爆破飛石對(duì)周邊環(huán)境影響。

采用“T”型防護(hù)裝置爆破技術(shù)應(yīng)用，可對(duì)爆破技術(shù)水平提高和實(shí)現(xiàn)爆破作業(yè)一體化提供借鑒和技術(shù)保障，達(dá)到以下作用：①源頭杜絕爆破飛石。②主動(dòng)控制飛石。③實(shí)現(xiàn)爆破飛石杜絕，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全。④保護(hù)周邊環(huán)境，保護(hù)周邊居民房的安全，保護(hù)周邊居民生命安全，確保人民群眾的財(cái)產(chǎn)不損失。⑤安全效益。企業(yè)安全效益。⑥通過(guò)該技術(shù)推廣與應(yīng)用，在深孔爆破，特別是露天石場(chǎng)臺(tái)階爆破，杜絕爆破飛石的危害，確保爆破作業(yè)安全意義重大。

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