空氣間隔裝藥在中深孔臺階爆破中的應用＊

魏 興

（貴州新聯(lián)爆破工程有限公司， 貴州 貴陽 550002）

1 間隔裝藥的理論研究與發(fā)展現(xiàn)狀

間隔裝藥是在中深孔爆破中利用空氣為間隔，進行軸向不耦合裝藥的爆破技術。與傳統(tǒng)的中深孔連續(xù)裝藥相比，空氣間隔裝藥技術更能有效地利用炸藥爆炸釋放的能量，有效地提高巖石的破碎效果和爆堆形態(tài)，對邊坡控制也有一定改善。這主要是因為：空氣間隔裝藥降低了爆炸沖擊波的峰值壓力，減少了炮孔周圍巖石的過度粉碎；爆破沖擊波在到達堵塞物或孔底后又返回到孔內間隔空氣中，在沖擊波的反復作用下，炮孔周圍應力場得到了增強，應力波作用的時間延長；炮孔周圍除了受到爆破沖擊波的作用，還受到爆生氣體所產生的靜壓力作用以及炮孔底部的應力波反射作用，當這兩者的壓力之和超過巖石的極限破碎強度時，巖石的原生裂隙將得到進一步擴展，并產生新的裂隙。空氣間隔裝藥又可分為空氣層在頂部、空氣層在中部、空氣層在底部3種情況，如圖1所示。

圖1 空氣間隔裝藥示意

大量實踐和研究表明［1－4］，空氣間隔裝藥能克服連續(xù)裝藥爆破存在的諸多問題，在不改變爆破效果的情況下，降低了炸藥單耗，提高了炸藥能量的利用率，降低了爆破成本，而且能夠降低爆破振動的強度，有效控制爆破的危害效應。前蘇聯(lián)采用空氣間隔裝藥技術，使炸藥的單耗降低了10%～30%，同時改善了爆破后碎塊的拋擲程度和破碎效果；澳大利亞使用空氣間隔裝藥技術控制了邊坡的破碎程度，有效降低了炸藥的使用成本；美國馬里蘭大學則利用動光彈的測試方法觀測了聚異丁烯酸樹脂中空氣間隔裝藥的爆破效果，實驗表明，空氣間隔裝藥可以有效延長爆破沖擊波對周圍介質的作用時間［5］；南芬露天鐵礦從2000年末開始使用底部空氣間隔裝藥技術，有效控制巖石的破碎塊度，降低了炸藥單耗，提高了鏟裝效率，當年創(chuàng)造經濟效益145萬元［6］；歪頭山鐵礦從2002年開始使用空氣間隔裝藥技術，降低了采礦的綜合成本，截至2003年4月，創(chuàng)造經濟效益100余萬元。

目前，間隔裝藥技術及其理論研究正在不斷完善，但在實際應用中也存在一些問題，本文將結合遵義新浦洪水臺場地平整項目中空氣間隔裝藥的實際情況，對空氣間隔裝藥技術及其應用中存在的問題進行研究，為類似工程提供經驗。

2 空氣間隔裝藥在中深孔臺階爆破中的應用

遵義新浦新區(qū)洪水臺場地平整項目爆區(qū)巖石為薄至中厚層灰?guī)r，微風化，陡傾斜產出，走向北東，節(jié)理發(fā)育，泥質充填，局部風化嚴重有巖溶，從地表延伸數十米。斷裂構造不發(fā)育，區(qū)域地塊穩(wěn)定性好。經現(xiàn)場多次踏勘，整個爆破開挖山體巖石普氏堅固系數f約為6～10，從巖石地質構造及巖石堅固系數上看較有利于爆破開挖。為了改善爆破效果，取得合理的爆破塊度，避免或減少根底，決定采用空氣間隔裝藥技術。

在實際爆破工程中，采用中間空氣間隔裝藥技術，其中關鍵的一點是要保證底部裝藥量，底部裝藥長度不低于最小抵抗線的1.4倍。根據實際最小抵抗線W＝3m，則應保證底部裝藥長度不小于4.2 m，中間留空隙1.5m，上部裝藥長度最好不小于2.5m，加上堵塞3.0m，因此要求爆破臺階高度必須大于11m。

空氣間隙爆破的具體操作是：在裝好底部炸藥后（包括起爆藥包），將用尼龍繩捆緊的麻袋塞到孔內，并用竹竿送到計算好的孔深處，然后在孔口橫拴一條小木棍，將尼龍繩綁在木棍上，以便固定懸吊的孔中麻袋塞。之后繼續(xù)上部裝藥，并再裝一個起爆藥柱，堵塞等，如圖2所示。

圖2 空氣間隔裝藥

在爆破臺階高度不夠采用中部空氣間隔爆破技術的情況下，除了適當增加孔網參數外，采用了底部耦合裝藥，上部不耦合裝藥。底部耦合裝藥的高度同樣要大于最小抵抗線的1.4倍。裝藥方式為：底部裝多孔粒狀硝酸銨，而上部用直徑為70mm的條狀乳化炸藥。采用吊裝的辦法，即用繩子將70mm炸藥一條條的壘上，如圖3所示。

從爆堆形態(tài)上看，采用中間空氣間隔裝藥技術的爆堆拋擲有所減弱，但巖石爆破的塊度更均勻，大塊率有所降低。底板的平整度和殘留的根腳率與耦合裝藥爆破的效果相差無幾。從經濟的角度來比較，孔徑為90mm炮孔，平均延米裝藥量為5.5 kg／m，那么每個孔相比較可以少裝9kg的炸藥，每1kg炸藥價格為8元，這樣每孔可以節(jié)省炸藥成本72元，扣除多用的1個非電導爆管雷管7元，則每個孔可以節(jié)省65元。假設礦山每天要爆破200個孔的話，那么采用空氣間隙爆破相對可以為礦山節(jié)省13000元，這是相當可觀的數目。

圖3 不耦合裝藥

3 空氣間隔裝藥技術的幾個問題探討

（1）空氣間隔位置的選擇。在實際爆破工程中，有底部空氣間隔裝藥，中間空氣間隔裝藥和頂部空氣間隔裝藥，文獻［7］指出在裝藥量不變的情況下，中間間隔裝藥的破碎效果要優(yōu)于底部間隔裝藥的破碎效果。Moxon N T［8］等也認為空氣間隔置于中間的裝藥結構其爆破效果要優(yōu)于空氣間隔置于其它位置的裝藥結構，但是在實際裝藥操作中，采用中間空氣間隔裝藥結構則相當麻煩，而且要求兩端同時起爆，這對起爆時間的控制和起爆器材都有較高要求。盧文波、朱紅兵［7］等則通過理論分析和試驗研究發(fā)現(xiàn)空氣間隔層置于上部比較合理；劉振東［2］等從能量角度出發(fā)認為空氣間隔層置于炮孔底部可以更好地利用爆破沖擊波的能量、避免和減少留根底。也有其他學者認為空氣間隔層置于炮孔底部可用于保護底板。

（2）空氣間隔與炮孔裝藥的比值選取問題。Melnikov N V［9］等認為空氣間隔應取炮孔內總體積的11% ～35%；Moxon N T［8］認為應取炮孔內總體積的15%～35%；國內部分學者認為當空氣間隔體積為炮孔內總體積的30%～40%時爆破效果最好。盧文波、朱紅兵［10］等運用一維沖擊波理論推導了在中深孔臺階爆破中合適空氣間隔層比例約為30%～42%。對于空氣間隔層比例的選取，除了理論分析之外，更應該結合工程實際情況，根據被爆體的巖石性質、地質條件、鉆孔直徑、炸藥類型等具體情況，確定合理的比值范圍，并根據現(xiàn)場試爆情況和生產實際情況，靈活調整空氣間隔層的比值范圍。

（3）空氣間隔裝藥情況下，在應力波加卸載作用下炮孔周圍巖石動態(tài)損傷的演化問題。在進行空氣間隔裝藥爆破時，由于空氣間隔層的存在，使得炸藥在爆炸后，會對炮孔周圍巖石產生二次或反復加卸載的作用，從而加強了壓力波造成的裂隙巖體的進一步破碎，其對炮孔周圍巖體的破壞機理與連續(xù)裝藥有所不同，應對其進行更深入的研究，從而更好地利用應力波的二次或反復加卸載作用，提高巖體的破碎效果。

因此應根據具體情況對空氣間隔裝藥的爆破參數進行研究，并根據實際爆破情況和爆破效果對爆破參數做適當調整，才能取得更好的爆破效果，為爆破施工帶來更大的經濟效益。

4 結 論

實踐表明，空氣間隔裝藥技術以空氣為間隔，延長了炮孔中應力波的作用時間，降低了爆炸沖擊波的峰值壓力，改善了炮孔中應力波的作用效果，減少了炮孔周圍巖石的過度粉碎，增大了應力波的作用時間，提高了炸藥能量的利用率，在不改變爆破效果的同時，降低了單位巖石爆破的炸藥單耗，為爆破工程帶來了可觀了經濟效應。在實際應用中，要根據爆破工程的具體情況，在實踐中不斷探索總結，找到適合工程條件的爆破參數，實現(xiàn)最佳的爆破效果。

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［6］ 劉振東，高毓山，譚永后.底部間隔裝藥結構在南芬露天礦的試驗研究［J］.礦業(yè)快報，2002，385（7）：13－15.

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［10］朱紅兵，盧文波，吳 亮.空氣間隔裝藥爆破機理研究［J］.巖土力學，2007，28（5）：986－990.