炸藥的性質(zhì)對掏槽爆破的影響研究

安徽理工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院 江多琨

掏槽爆破是影響隧道或井巷爆破進尺的重要因素，提高掏槽爆破效率隧道或井巷深孔掘進爆破中亟待解決的問題。掏槽爆破的影響因素較多，炸藥的性質(zhì)是影響掏槽爆破效果的因素之一。本文，筆者結(jié)合國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，分析了炸藥的密度、壓力減敏和爆速等性質(zhì)對掏槽爆破的影響。

一、掏槽爆破的作用機理

1.爆破作用機理。爆破理論認為，埋入無限巖石中的炸藥爆炸后，產(chǎn)生強沖擊波和大量高溫高壓爆生氣體。由于炸藥爆炸后產(chǎn)生的壓力遠大于介質(zhì)的動抗壓強度，使炮孔周圍一定范圍內(nèi)的巖石被強烈壓縮、粉碎，形成粉碎區(qū)；炸藥爆炸產(chǎn)生的能量有較大一部分消耗在巖石破碎上，剩下的能量以沖擊波的方式透射到介質(zhì)內(nèi)部，以應(yīng)力波形式向巖體內(nèi)部傳播。應(yīng)力波過后，爆生氣體產(chǎn)生準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力場，并楔入巖石的損傷裂紋中，在裂紋尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中效應(yīng)，使裂紋進一步擴展。

2.空孔效應(yīng)。炸藥的爆炸作用為應(yīng)力波與高壓爆轟氣體的綜合作用，經(jīng)過力學(xué)計算及實驗結(jié)果可知：在高壓爆轟氣體的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力場中，空孔是應(yīng)力集中的地方，因此，巖石中最容易從空孔處發(fā)生破裂。隨傳播距離增大，沖擊波衰變成爆炸應(yīng)力波，沖擊波的強度和破壞性均有所減弱；與沖擊波不同，應(yīng)力波衰減較緩，作用時間較長。巖石中爆炸應(yīng)力波參數(shù)主要包括應(yīng)力峰值、作用時間、應(yīng)力波沖量和應(yīng)力波比能等，這些參數(shù)可要用來衡量應(yīng)力波的對介質(zhì)破壞能力。如圖1所示，A為裝藥孔，B為控制孔，B 孔對A 孔具有應(yīng)力集中效應(yīng)。A 孔起爆后，在其周圍激起爆炸應(yīng)力波向外傳播，隨著距離的增加，在相鄰炮孔連線方向出現(xiàn)最大拉應(yīng)力。

圖1 空孔的應(yīng)力集中效應(yīng)

3.槽腔的形成過程。掏槽爆破的效果與槽腔的形成有較大的聯(lián)系，以空孔為掏槽爆破的第一自由面，為巖石中裂隙的擴展提供空間。槽眼中的炸藥爆炸后，巖石在應(yīng)力波的和爆生氣體的共同作用下破碎，并在爆生氣體的推動下拋擲出來，形成固氣二相流，并形成第二自由面。在第二自由面形成后，后繼炮孔爆炸后，槽腔的體積繼續(xù)增大，為整個斷面的爆破提供更大的自由面，從而提高掏槽爆破的效率。

二、炸藥的爆炸特性對掏槽爆破的影響

1.炸藥的密度對掏槽爆破的影響。炸藥的密度對炮孔的設(shè)計影響很大，當(dāng)裝藥量一定的條件下，低密度炸藥的裝藥系數(shù)較大，能量的分布均勻，不會對巖石局部產(chǎn)生較大的破壞。當(dāng)炸藥的密度較高時，炸藥爆炸產(chǎn)生的爆生氣體和沖擊波對巖石的破壞較大，而且采用分段裝藥可能導(dǎo)致后期爆炸的炸藥造成影響。

2.炸藥的減敏特性對掏槽爆破的影響。巖石的破碎程度對掘進的效率影響較大，在運輸過程中，塊度較大的巖石不利于巷道內(nèi)的運輸，搬運過程也較困難，影響施工效率。在炸藥密度一定的情況下，為減小掘進斷面的巖石塊度，采用分段裝藥的方法，提高塊度較大部分的巖石周圍的裝藥量。

炸藥的減敏特性對掏槽爆破的影響較大。在分段裝藥的炮孔中每段炸藥都通過雷管引爆，為得到較好的爆破效果，采用延期的方法。當(dāng)前一段炸藥爆炸后，產(chǎn)生較大的爆炸壓力。壓力通過堵塞介質(zhì)傳到后段炸藥，在壓力的作用下，炸藥的敏感程度降低，不具有雷管感度，使炸藥殘留在炮孔中。殘留在炮孔中的炸藥對工程造成很多的安全隱患，威脅施工人員的安全。在處理殘藥的過程中，影響施工的進度，給工程帶來不必要的麻煩。所以在采用分段裝藥的裝藥結(jié)構(gòu)時，考慮炸藥的減敏特性很有必要。分段裝藥結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 分段裝藥結(jié)構(gòu)

3.炸藥的爆速對掏槽爆破的影響。炸藥的爆速是衡量炸藥爆炸威力的一個重要指標(biāo)，炸藥的爆速越高，其破壞力越強。在掏槽爆破的過程中，根據(jù)工程實際需要選擇合適的炸藥，盡量減小爆破對巷道圍巖的損傷。

在藥量一定的條件下，爆速越高，炸藥產(chǎn)生的應(yīng)力波和爆生氣體對周圍圍巖的損傷越大，這對后期的巷道支護和整個巷道的穩(wěn)定性都是不利的。在多次爆破過程中，巖石受爆炸荷載的累積作用，巖石最終被破壞，巷道圍巖失穩(wěn)，對后期的巷道支護和整個巷道周圍的巖體的長期穩(wěn)定有影響。