爆破飛石受軟弱夾層影響分析及其在復雜環境下的控制

陳 斌，和鐵柱，趙明生

（1.貴州新聯爆破工程集團有限公司，貴陽550003；2.畢節新聯爆破工程有限公司，貴州畢節551700）

1 前言

在工程爆破中，爆破飛石是指在爆破作業過程中從爆破點拋擲到空中或沿地面拋擲的任何雜物、泥土、砂石、碎石或是其他物質[1]。爆破飛石是爆破工程中主要的有害效應之一。據統計，在我國由于爆破飛石造成的人員傷亡、建筑物損壞事故已經占整個爆破事故的15%～20%，我國露天礦山爆破飛石傷人事故占整個爆破事故的27%[2]。對于土石方爆破工程而言，爆破飛石更是防不勝防，所以，對爆破飛石的研究非常重要。軟弱夾層是一種復雜的地質構造，改變了爆破巖體的變形和運動軌跡，直接影響著爆破飛石的產生和運動，是爆破飛石產生的主要因素之一。因此，對軟弱夾層的研究是研究爆破飛石的一個重要方面。

2 軟弱夾層中爆破飛石產生原因分析

爆破飛石一般是由沖炮事故引起的。除地質條件的原因外，爆破飛石產生的原因常見的有單孔裝藥量太多、堵塞長度過短、堵塞質量差、最小抵抗線過小、以及防護不當等[3]。這些都是工作人員操作、技術原因引起的，而地質條件原因產生的飛石則更具有隱蔽性，更難控制。

在軟弱夾層地質條件下，產生沖炮事故主要與巖體構造有關：一是藥包布置在軟弱夾層內。當藥包起爆時，爆炸沖擊波以及爆炸氣體迅速沿軟弱夾層向外瀉出，由于巨大爆破能量的作用，迫使軟弱夾層附近破碎的巖石、軟件夾層填充物等沿結構面方向飛出，如圖1所示。二是藥包距軟弱夾層太近。當藥包到軟弱夾層距離小于設計的最小抵抗線時就改變了最小抵抗線方向，藥包鼓包不向臨空面發展，而是向結構面方向膨脹擴張，而且鼓包氣體產物很快泄入軟弱夾層，爆炸的能量率先從軟弱夾層的裂隙、斷層等最薄弱的地方沖開，炸藥爆炸的部分能量將以“沖炮”或其他形式向臨空面或溶洞泄出[4]。軟弱夾層導致的沖炮見圖2。

圖1 碎石沿結構面方向飛出示意圖Fig.1 Gravel flying along the structure p lane

圖2 軟弱夾層導致的沖炮Fig.2 Weak interlayer resulting towards blasting

沖炮產生過程中，由于爆炸能量的大量釋放，迫使軟弱夾層周圍巖體發生位移、滑動，在爆破高壓氣體的沖擊和帶動下，一部分巖石、碎屑、泥土等連同爆炸氣體一起向外沖出、拋擲，就產生了大量飛石。

3 軟弱夾層與一般巖體介質中爆破飛石的區別

軟弱夾層地質條件下產成的爆破飛石與一般地質條件下產生的爆破飛石有所不同。軟弱夾層有一定厚度的填塞物，主要是巖屑、泥土等，受風化及水蝕的影響，一般填塞物比較潮濕，塑性高，抗拉、抗壓、抗剪強度都很小[5]，更容易破壞，也就更容易產生飛石。而一般地質條件近似均勻介質，巖體的可塑性低，抗拉、抗壓、抗剪強度都較大，不容易破壞，相對不那么容易產生飛石。除此之外，軟弱夾層在巖體內部，隱蔽性和不可預測性高，危險性更大。軟弱夾層和一般巖體介質中飛石產生的特點比較見表1。

表1 軟弱夾層與一般巖體介質中飛石產生的特點比較Table 1 The differences of flying stone generated in the conditions of weak interlayer and general

與一般地質條件不同，軟弱夾層不但會引起沖炮，產生飛石，還往往會拋擲出大量泥塊。雖然泥塊危害比飛石略小，但更容易飛出且飛散距離遠。在一次城鎮淺孔控制爆破中，由于炮孔位于泥夾層中，導致產生大量飛散物，而飛散物中多數是泥塊，石塊很少。如圖3所示，能清晰可見一次爆破施工中大塊泥塊砸破墻體的現象。

圖3 軟弱夾層導致沖炮而引起泥塊砸破墻體Fig.3 Mud smashed walls

4 軟弱夾層及復雜環境下爆破飛石的控制

目前，關于爆破飛石及其控制措施的研究已經很成熟[6]，但實際爆破施工過程中發生爆破飛石事故的案例依舊很多。除了人的因素，隱蔽的地質條件是個很大原因。目前，控制飛石的難點主要是在軟弱夾層等不良地質條件下的控制。

4.1 選擇合理的爆破參數并進行安全校核

對于軟弱夾層地帶，無論環境是否復雜，一般都使用相對較淺的炮孔進行爆破，避免炮孔太深而穿過軟弱夾層，這就避免了炸藥能量在軟弱夾層位置的無效釋放，也避免了在軟弱夾層位置產生沖炮和飛石。對于復雜環境的控制爆破，則采用淺孔控制爆破，針對環境復雜程度不同而選擇不同的爆破參數。此外，對爆破相關參數進行安全校核，根據露天爆破飛石距離R計算式[7]

式（1）中：n為最大段藥量爆破作用指數，n=0.75；W為最小抵抗線，W=0.8m；K為安全系數，取1.0～1.5。

計算飛石理論飛散距離，只有在確保設計參數符合爆破安全規程的前提下才能進行爆破施工。而且要對爆破飛石實際飛散距離進行監測，反推該公式的有關參數取值是否合理，進而選取更加合適的參數。

4.2 避開軟弱夾層

打孔、裝藥前必須先查明地質情況，在軟弱夾層發育地帶，查明結構面的走向和傾角，判斷炮孔穿過結構面的具體位置，或者用尺子、炮竿等測量結構面的具體位置，采用分層裝藥，錯開軟弱夾層，見圖4。

圖4 錯開軟弱夾層裝藥示意圖Fig.4 Packing exp losives staggered cweak interlayer

同時，要避免最小抵抗線過小，避免因距離軟弱夾層太近而造成設計的最小抵抗線方向或者大小被改變。

4.3 特殊區域加強防護

城鎮控制爆破施工過程中通常使用草墊、膠皮網、沙袋等防護物品對爆破區域進行覆蓋防護。但對于炮孔口周圍、軟弱夾層等薄弱面較發育部位，要加強防護，使用兩層以上的防護物品，并用鐵絲捆在一起，形成一張整體的覆蓋網，并用沙袋壓實，避免飛石沖開防護層。

4.4 嚴格控制最大一段起爆藥量

對于環境復雜、地質條件差的爆破工程，通常采用逐孔起爆技術來控制最大一段起爆藥量。除此之外，盡量多打孔，少裝藥，合理控制單孔裝藥量。控制最大一段起爆藥量不但可以控制飛石，還可以有效減小振動和空氣沖擊波以及其他有害效應。

4.5 機械破碎輔助爆破施工

對于軟弱夾層很發育并且周圍環境又非常復雜的爆破區域，在采取爆破措施而不能取得良好的爆破效果又不能保證安全施工的前提下，通常采用機械破碎的方法輔助爆破施工，見圖5。

雖然機械破碎成本相對較高，但施工過程相對安全。機械破碎是控制爆破施工過程中常用的輔助措施。

5 工程實例

貴州省遵義市某城鎮淺孔控制爆破工程，其周圍環境復雜，離爆區最近5m處有一座加油站，其油罐離爆區只有10m，周圍最近10m處是210國道，道路兩旁是民房，該爆破區域對爆破飛石和爆破振動的控制要求非常高。

爆破施工隊伍根據現場地形地質條件及周圍環境情況，對該段爆破區域采取淺孔控制爆破，并對爆破區域進行了覆蓋防護。經過多年的工作經驗積累，在一般地質條件下，認為這種爆破方案是可行的，但在一次爆破施工過程中發生了大量飛石事故，造成附近多處民房玻璃、院墻被砸破，所幸沒有人員傷亡也沒有砸到附近的加油站。

圖5 機械破碎輔助施工Fig.5 M echanical crushing assisted construction

經調查發現，軟弱夾層的存在導致爆破過程中發生了飛石事故，飛散物質主要沿軟弱夾層面飛出，主要是大量的泥塊及少量的巖屑。為了避免飛石事故，針對現場實際情況，采取了以下措施：a.調整爆破參數，在單耗不變的情況下，進一步減小孔排距、間距和孔深，減少單孔裝藥量，前后爆破參數調整見表2；b.采用毫秒延期導爆管雷管逐孔起爆技術，孔內和孔外都采用段別相對較高的雷管，孔內采用MS15導爆管雷管，孔外連接管采用MS7導爆管雷管，一次起爆最多不超過8個炮孔；c.對爆區進行加強防護，在炮孔口周圍、軟弱夾層等薄弱面較發育部位，使用兩層膠皮網，并用鐵絲捆在一起，形成一張大的整體覆蓋網，并用沙袋壓實；d.對于危險區域，采用機械破碎進行輔助施工，見圖5b。最終安全、有效地完成了該區域內爆破任務。

表2 爆破參數Table 2 Blasting parameters

6 結語

在軟弱夾層地質條件下和一般巖體地質條件下，爆破飛石產生的原因和機理是有所區別的。那么，在軟弱夾層地質條件下，關于爆破飛石的控制也應有所不同，它需要對地質了解地更加徹底，對爆破參數要求更加精細，防護工作更要有針對性，在復雜環境下更需如此。

[1] 張義平，曾照凱，吳 剛，等.事故樹分析法在爆破飛石事故分析中的應用[J].金屬礦山，2010（3）：122-125.

[2] 趙 畸.我國礦產資源開發與環境探討[J].中國礦業，2003，12（6）：9-13.

[3] 汪旭光.爆破設計與施工[M].北京：冶金工業出版社，2011.

[4] 陳建平，高文學.爆破工程地質學[M].北京：科學出版社，2005.

[5] 劉佑榮，唐輝明.巖體力學[M].北京：化學工業出版社，2009.

[6] 趙維清，劉殿中.城區臺階爆破工程中的飛石控制[J].工程爆破，2004，10（2）：63-66.

[7] 熊炎飛，董正才，王 辛.爆破飛石飛散距離計算公式淺析[J].工程爆破，2009，15（3）：31-34.