露天深孔爆破中不同裝藥技術對炸藥單耗的影響研究

雷在政，許勇波，黃朝喜，周亞麗

（廣西工程技術研究院有限公司，廣西 南寧 530200）

0 引言

公路工程是我國重要的基礎設施之一，它能推動地區間經濟文化的交流，近年來各地區紛紛加強公路工程建設，以期為人民群眾提供更加便利的出行條件。露天深孔爆破是公路工程施工中常用的施工技術，在爆破的過程中，通過各種手段控制炸藥用量，能夠在一定程度上降低公路工程的總成本。但是從實際的施工情況來看，目前針對露天深孔爆破中不同裝藥技術對炸藥單耗影響的研究還不夠深入，因此本文針對這一課題進行研究，以期露天深孔爆破能更好地運用在公路基礎建設中。

1 研究露天深孔爆破中不同裝藥技術對炸藥單耗影響的意義

對露天深孔爆破中不同裝藥技術對炸藥單耗的影響進行研究，不僅能夠優化現有的爆破裝藥技術，還能幫助施工企業更好地控制采用人工直接投擲裝藥方式等產生的成本，對提升公路工程施工經濟效益具有積極意義［1］。

結合實際施工情況來看，現行露天深孔爆破施工主要存在以下問題。

第一，雖然采用人工拋投裝藥技術具有效率高、復雜性低的施工優勢，但是這樣的裝藥方會增大炸藥單耗及施工成本，不符合新時期露天深孔爆破的發展要求。在這種情況下，探索不同裝藥技術對炸藥單耗的影響，并通過研究數據比對、圖形分析、參數優化，提出綜合效益較高的露天深孔爆破裝藥技術，無疑對該行業的發展具有重要的價值［2］。

第二，現階段，我國爆破施工行業存在高污染的問題，這與我國全面實施可持續發展戰略的目標相悖，而對炸藥用量進行精準的控制，達到既定爆破效果的同時降低炸藥用藥量，能夠在一定程度上控制環境污染問題，這與我國的生態文明建設和可持續發展的目標不謀而合。

第三，露天深孔爆破施工最常用的炸藥是2#巖石乳化炸藥，其具有密度高、爆速大、猛度強、抗水性好、臨界直徑小和起爆感度好等一系列優勢，密度可控制在1.05～1.25 g/cm3，爆速為 3 500～5 000 m/s，一般不需要利用火炸藥作為敏化劑，因此具有較高的安全性和環保性。但是，在露天深孔裝填炸藥的情況下，其需要采取非控制量的、安全危險系數高的人工投擲裝藥方式，即工作人員將藥卷通過投擲的方式裝入預計爆炸的位置，當炸藥到達孔底并與炮孔底部發生碰撞時，炸藥外部包裝將會破損，藥卷本身會出現軸向壓縮變形、長度減小等變化，在這種情況下，炸藥一般都會集中在炮孔中下部，而留在炮孔中上部的炸藥藥量不足以產生預計的爆破效果，最終導致爆破效果不理想。

基于此，越來越多的爆破研究人員開始深入探索露天深孔爆破中不同裝藥技術對爆破效果的影響［3］。從整體上看，在工程施工過程中采用較為先進的爆破技術具有重要且現實的意義，既能夠減少炸藥的實際消耗量，也有利于提高工程施工單位的核心競爭力，同時能夠將對周邊環境的影響降至最低。

2 露天深孔爆破中降低炸藥單耗的裝藥技術

本文以天峨（黔桂界）至北海高速公路（巴馬至平果段）二分部取料場K37+700、天峨—北海公路巴馬至平果（巴馬至羌圩）項目經理部三分部MK9+400～MK9+500、南寧至博白那卜段高速公路2標一分部K133+600～K134+300安石互通等爆破施工項目為例，在對項目地質資料及周邊環境進行分析的基礎上，研究這類公路工程中的露天深孔爆破施工，并總結了降低炸藥單耗的裝藥技術。

2.1 增加深孔爆破自由面個數

施工人員在總結以往的施工經驗中發現，自由面的個數對炸藥單耗會產生一定的影響，增加露天深孔爆破的自由面個數是降低炸藥單耗比較行之有效的措施。在公路工程施工中，施工單位首先需要確定爆破施工區域，然后對該區域內的巖石特性進行仔細勘察，根據不同的巖石特性對炸藥性能參數等進行優化和調整，并在此基礎上科學地增加自由面個數。

2.2 改變網孔參數

露天深孔爆破施工的難度非常大，在爆破中巖石結構最終被破碎到何種程度，取決于炮孔裝藥量和炸藥本身的性能等，爆破后的巖石碎塊越小，表明爆破效果越好，炸藥單耗越低，則爆破施工經濟效益越突出。在露天深孔爆破的過程中，炸藥爆炸形成的能量表現在應力波和氣體兩個方面，應力波會順著巖石結構的裂縫延伸到巖石內部更深處，應力波越大，則裂紋越明顯；膨脹氣體能夠對產生裂紋的巖石結構造成更進一步的破壞，從某種程度上來說，應力波越強、膨脹氣體越大，巖石結構的破碎程度就越高，產生大塊巖石結構的可能性就越小。因此，想要保證爆破效果、控制炸藥單耗，施工人員可采用大孔底距、小抵抗線的孔網參數，讓炸藥產生的應力波實現疊加，以更少的炸藥單耗達到最大化的爆破效果。

2.3 調整裝藥結構

目前，爆破施工中較為常見的裝藥結構為耦合裝藥和不耦合裝藥，其中不耦合裝藥又分為軸向不耦合裝藥（間隔裝藥）和徑向不耦合裝藥。耦合裝藥，即炮孔內采取連續裝藥且炸藥與孔壁不留空隙，一般采用炮棍將炸藥輕輕搗實，或者采用粉狀膨化硝銨炸藥，或者在現場混裝乳化炸藥。軸向不耦合裝藥，即在炮孔底部連續裝藥，中部用空氣袋或水袋或惰性材料作為間隔材料，使孔內炸藥軸向不耦合。徑向不耦合，即炮孔存在介質使炸藥和孔壁不直接接觸，控制藥柱的直徑小于炮孔的直徑，炸藥與孔壁之間充填空氣或水或惰性材料。通常，徑向不耦合裝藥方法為連續吊裝小于炮孔直徑的乳化裝藥。實際施工中，要對炮孔裝藥結構進行選擇和調整，在條件允許的情況下應盡可能地增加炮孔的裝藥高度，讓炸藥更加分散，提升其爆破效果，最終達到降低炸藥單耗的目標。在調整裝藥結構的過程中，要根據裝置的實際情況選用合適的方式，操作人員也要遵守操作流程，避免在裝藥過程中發生安全事故。

2.4 間隔裝藥

間隔裝藥的實施要點如下。

第一，要合理選擇間隔位置，目前常見的間隔位置類型主要有上部間隔、中部間隔、孔底間隔3種。間隔位置的變化會對爆破效果產生不同的影響，因此施工人員必須結合爆破施工目標和巖石結構特性等適當地選擇間隔位置，進而達到較好的爆破效果，同時降低炸藥單耗。根據施工人員的研究結果來看，孔底間隔容易導致較為明顯的根底現象，上部間隔可能導致破碎后的巖石結構體積過大等，而中部間隔的裝藥方式比較合理。因此，在沒有特殊要求的爆破施工中，應盡量選擇中部間隔的裝藥方式。

第二，要合理選擇間隔長度，間隔長度和巖石的破碎效果成反比關系，簡而言之，間隔長度越大，則破碎程度越小，但是這并不意味著可以無限增加間隔長度，在超過間隔長度臨界值以后，破碎程度將不再受間隔長度的影響。所以，工作人員應根據實際施工條件和巖石特性確定合理的間隔長度臨界值，在此基礎上控制間隔長度。

第三，在選擇中部間隔的裝藥方式后，工作人員需要根據爆破場地的大小、爆破巖石的結構特征等，按照炮孔數量設計炮孔位置，讓炮孔位置前后排錯開，從而達到提升爆破效果的目的，進而降低炸藥單耗。操作人員通過合理采用間隔方式能夠進一步提高爆破效果，也有利于降低炸藥的消耗量，在提高作業質量和效率的同時，也能節約施工成本。

3 爆破效果和經濟效益分析

從爆破效果來看，優化后的爆破參數起爆的效果相對于優化前的爆破參數起爆的效果要好，主要體現為碎石均勻、爆堆整齊，利于后續施工。從表1中的數據可知，在相同的條件下進行裝藥，孔深為15 m時，采用連續吊裝藥炸藥單耗可降低0.12 kg/m3，按炸藥單價15元/kg計算，爆破施工成本降低約1.80元/m3；孔深為30 m時，采用連續吊裝藥炸藥單耗可降低0.11 kg/m3，按炸藥單價15元/kg計算，爆破施工成本降低約1.65元/m3。

表1 經濟效應對比分析

此外，施工單位管理層應當高度重視露天深孔爆破中不同裝藥技術對降低炸藥單耗的研究，在實際工作過程中對先進的爆破技術進行改進與升級，并不斷拓展其應用空間。

4 項目實踐研究總結

第一，針對深孔爆破中不同裝藥技術的爆破效果的研究。對露天深孔爆破中不同裝藥方法和機理進行分析，著重分析采用吊裝藥、間隔裝藥、混合裝藥等裝藥技術的爆破效果，在巴平路二分部K37+700取料場、南湛路2-1分部K133+600～K134+300安石互通現場研究試驗了露天深孔爆破中采用乳化炸藥吊裝藥、間隔裝藥、混合裝藥等不同裝藥技術的應用效果，根據研究結果，對露天深孔爆破中不同裝藥技術在不同孔深、不同巖性的情況下產生的爆破效果進行總結歸納，并以此為基礎對裝藥技術進行優化。

第二，針對深孔爆破中使用不同類型炸藥的爆破效果的研究。為進一步確定露天深孔爆破情況下，不同種類炸藥可能對爆破效果產生的影響，在巴平路二分部K37+700取料場現場研究試驗了不同類型的炸藥在露天深孔爆破的應用效果［4］。在這個過程中，嘗試利用膨化硝銨炸藥代替常規使用的巖石乳化炸藥進行爆破施工，同時調整了裝藥技術和裝藥條件等因素，根據不同類型炸藥在露天深孔爆破中不同孔深、不同巖性的產生的爆破效果，提出了進一步優化裝藥技術的新思路。為確保實驗研究的準確度，計劃后續在巴羌路三分部MK9+400～MK9+500取料場進行現場試驗，通過了解不同類型炸藥、不同的裝藥技術的應用效果，更準確地分析采用膨化硝銨炸藥在露天深孔爆破中不同孔深、不同巖性的爆破效果。

第三，針對深孔爆破中不同裝藥技術的參數設計及優化研究。不同裝藥技術必然會對露天深孔爆破的炸藥單耗產生一定的影響，為了進一步明確參數變化與炸藥單耗變化的關系，進行了針對深孔爆破不同裝藥技術的參數設計的研究，主要根據巴平路二分部K37+700取料場、南湛路2-1分部K133+600～K134+300安石互通爆破現場實際情況（巖石性質、巖層情況、炮孔狀態、防護等級等），選擇爆破裝藥技術，確定爆破參數設計。此處提到的參數主要為炮孔方向、炮孔直徑、最小抵抗線、孔距、排距、炸藥單耗、裝藥長度、堵塞長度等，根據不同參數下爆破施工產生的環境污染情況和爆破效果，對裝藥技術和爆破參數進行優化［5］。

第四，針對深孔爆破中采用不同裝藥技術對炸藥單耗及成本影響的研究。炸藥單耗最終會對工程的總成本產生影響，對露天深孔爆破中采用不同裝藥技術對炸藥單耗的影響進行研究，很大程度上也是為了控制爆破成本，因此有必要進行針對不同裝藥技術下的炸藥單耗及成本的研究。工作人員通過對不同裝藥技術下的炸藥單耗及成本進行計算和統計，明確不同裝藥技術對炸藥單耗及成本的影響，并最終提出了可以降本增效、精細化控制的露天深孔爆破技術。

5 結束語

我國在短短幾十年間建成了世界上規模最大的公路網，為廣大人民群眾創造了極其便利的出行條件。露天深孔爆破施工是確保公路工程順利施工的重要施工工藝之一，不同的裝藥技術對炸藥單耗有著重要的影響。因此，在對不同裝藥技術的爆破效果進行分析的基礎上，提出通過增加自由面個數、改變孔網參數和調整裝藥結構等措施降低炸藥單耗，這些措施在具體工程實踐中已證明是有效且可行的，本文的研究可為施工企業后續的爆破施工提供有價值的參考。