對(duì)干控爆一次起爆藥間微差毫秒優(yōu)化值的研究

李 坤

(中交二航局第一工程有限公司，湖北武漢 430012)

1 工程概況

某塢基微差毫秒干控爆工程，周邊環(huán)境十分復(fù)雜，北、東、南側(cè)是土石圍堰(見(jiàn)圖1)，西側(cè)為沉箱圍堰，距東土石圍堰240 m是土石子堰，土石圍堰上的灌漿止水帷幕及水泥攪拌墻結(jié)構(gòu)剛形成。塢基北側(cè)是曲軸廠，東側(cè)是民宅。

為加快施工進(jìn)度，采用塢基控爆與圍堰內(nèi)造塢(480 m×115 m×13.6 m)工程，立體交叉、同步進(jìn)行方案，北塢壁距北圍堰帷幕灌漿中心線53 m;東塢壁距東圍堰帷幕灌漿中心線35 m;南塢壁距南圍堰帷幕灌漿中心線61.5 m;而距新澆筑、未過(guò)養(yǎng)生期的各塢壁和塢底板最近距離10 m，是急需控爆的堅(jiān)硬花崗斑巖拉底。

圖1 炮區(qū)周邊位置平面圖（單位：m）

上述控爆周邊之險(xiǎn)要環(huán)境，為控爆工程帶來(lái)極大技術(shù)難度，對(duì)控爆安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，倘若控爆不甚，出現(xiàn)不策，定會(huì)使圍堰漏水，建構(gòu)筑物損壞，人群受害，導(dǎo)致出現(xiàn)不可挽回之沉痛惡果。

2 對(duì)重炮和跳炮產(chǎn)生原因及危害的分析

在114次塢基干控爆中，共發(fā)生9次重炮和跳炮，超過(guò)了設(shè)計(jì)規(guī)定的土石圍堰止水帷幕震速安全判據(jù)3 cm/s，其中重炮增加了一次最大起爆藥量，加劇了爆破有害效應(yīng)對(duì)周邊新澆筑混凝土的影響;而跳炮造成起爆順序混亂，直接影響了爆破有益效應(yīng)的充分發(fā)揮(見(jiàn)圖2)。圖2a)為孔內(nèi)采用12段、地面采用4段微差毫秒延時(shí)時(shí)，出現(xiàn)的重炮大震速值(3.48 cm/s)隨時(shí)間變化曲線;圖2b)為兩個(gè)最大起爆藥間微差毫秒優(yōu)化值控爆得當(dāng)，出現(xiàn)的小震速值(0.05 cm/s)隨時(shí)間變化曲線。

圖2 爆破震速與時(shí)間的相關(guān)曲線

2.1 重炮和跳炮的產(chǎn)生原因

在微差毫秒控爆設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)按周邊建、構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)及所在距離和國(guó)家《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，確定控爆有害效應(yīng)震速安全判據(jù)V安，然后根據(jù)震速安全判據(jù)、距離、地質(zhì)、地形條件，采用國(guó)標(biāo)蕯?shù)婪蛩够?Cagobckuu)公式(Q=(V/K)3/αR3，kg)，計(jì)算一次最大起爆藥量，最后再根據(jù)計(jì)算的每孔裝藥量確定一次起爆孔數(shù)。

為控制住一次最大起爆藥量，引起之震速值V，在規(guī)定之安全判據(jù)V安范圍內(nèi)，不對(duì)爆區(qū)周邊的人和物發(fā)生影響及破壞，必須在兩個(gè)一次最大起爆藥量之間(可能是一個(gè)孔內(nèi)、各孔間、幾個(gè)孔間)，通過(guò)微差毫秒管，設(shè)置起爆間隔差優(yōu)化值。

當(dāng)采用之微差毫秒管所設(shè)置的起爆間隔差數(shù)值，因設(shè)計(jì)錯(cuò)誤或因微差毫秒管生產(chǎn)質(zhì)量導(dǎo)致的延時(shí)誤差影響，不能兌現(xiàn)優(yōu)化值時(shí)，則使兩個(gè)最大一次起爆藥間起爆間隔差數(shù)值為零，形成重炮;或起爆間隔差數(shù)值為負(fù)數(shù)形成跳炮。

2.2 重炮和跳炮的危害

重炮震速值是設(shè)計(jì)一次最大起爆藥量震速值的1.35倍～1.59倍，無(wú)疑會(huì)加劇對(duì)周邊人和物之爆震影響。同時(shí)，空氣波和飛石等其他有害效應(yīng)也會(huì)對(duì)周邊的人和物，出現(xiàn)設(shè)計(jì)以外影響及破壞。

跳炮的危害，主要是由于起爆順序顛倒，將前面沒(méi)響炮的聯(lián)線炸斷，導(dǎo)致傳爆斷火形成啞炮或響一部分形成殘炮，嚴(yán)重影響爆破效果和威脅爆破安全。

3 對(duì)塢基干控爆一次起爆藥間微差毫秒優(yōu)化值的研究

3.1 對(duì)非電毫秒延期導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化

對(duì)于非電毫秒延期導(dǎo)爆管組成之起爆網(wǎng)絡(luò)而言，可按地質(zhì)地形特點(diǎn)、拋擲方向、工程要求設(shè)計(jì)成半圓形、圓形、斜切、掏槽、孔內(nèi)延時(shí)逐排起爆、孔外延時(shí)等差起爆、孔間排間間隔起爆等多種起爆網(wǎng)絡(luò)形式。但按一次最大起爆藥量，將這些起爆網(wǎng)絡(luò)形式分解后，僅有串聯(lián)和并串聯(lián)兩種起爆子網(wǎng)絡(luò)，并串聯(lián)子網(wǎng)絡(luò)，又可分為孔間并串聯(lián)子網(wǎng)絡(luò)和孔內(nèi)并串聯(lián)子網(wǎng)絡(luò)。第一系列非電毫秒延期導(dǎo)爆管參數(shù)表見(jiàn)表1。

表1 第一系列非電毫秒延期導(dǎo)爆管參數(shù)表

3.2 并串聯(lián)子網(wǎng)絡(luò)的三種起爆模型

根據(jù)并串聯(lián)子網(wǎng)絡(luò)，忽略導(dǎo)爆管長(zhǎng)度的傳速延時(shí)，只按導(dǎo)爆管的正常延時(shí)、最大誤差延時(shí)及最小誤差延時(shí)三種起爆模型(如表1所示)。

3.3 對(duì)并串聯(lián)子網(wǎng)絡(luò)三種起爆模型的研究

按表1國(guó)家第一系列非電毫秒延期導(dǎo)爆管20個(gè)段號(hào)，分別將一次最大起爆藥延時(shí)段和中間間隔延時(shí)段組成一對(duì)，共可組成210對(duì)。現(xiàn)選取大連及青島地區(qū)廣泛采用之12和4;9和6;7和4;7和3典型四對(duì)，分析如下:

1)一次起爆最大藥量延時(shí)為12段，間隔延時(shí)為4段時(shí)，此時(shí)的延時(shí)導(dǎo)爆管參數(shù)表、三種起爆模型圖及對(duì)應(yīng)之起爆間隔差Δt組分別示在表2，圖3中。

表2 延時(shí)導(dǎo)爆管參數(shù)表(一)

圖3 三種起爆模型對(duì)應(yīng)之起爆間隔差Δt組圖（一）

由圖3明顯看出，正常延時(shí)組合 a)起爆間隔差 Δt組為+75 ms;而由于有誤差最大延時(shí)組合b)過(guò)渡到有誤差最小延時(shí)組合c)起爆間隔差Δt組則由+180 ms過(guò)渡到－25 ms;當(dāng)Δt組為正值時(shí)，能出現(xiàn)理想之毫秒微差起爆，而當(dāng)Δt組=0時(shí)出現(xiàn)重炮，Δt組為負(fù)值時(shí)，則出現(xiàn)跳炮。

此時(shí)，4段管的最小延時(shí)65 ms，小于一次最大起爆藥12段延時(shí)管同段時(shí)差90 ms(65 ms－90 ms=－25 ms)。

2)一次起爆最大藥量延時(shí)為9段，間隔延時(shí)為6段時(shí)，此時(shí)的延時(shí)導(dǎo)爆管參數(shù)表、三種起爆模型圖及對(duì)應(yīng)之起爆間隔差Δt組分別示在表3，圖4中。

表3 延時(shí)導(dǎo)爆管參數(shù)表(二)

圖4 三種起爆模型對(duì)應(yīng)之起爆間隔差Δt組圖（二）

由圖4看出，一次最大起爆藥延時(shí)為9段，間隔差延時(shí)為6段時(shí)，組成之三種起爆模型，Δt組皆為正值，故無(wú)發(fā)生重炮和跳炮的可能。

此時(shí)，間隔延時(shí)6段管的最小延時(shí)130 ms，大于一次最大起爆藥延時(shí)9段管的同段時(shí)差60 ms(130 ms－60 ms=70 ms)。

3)一次起爆最大藥量延時(shí)為7段，間隔延時(shí)為4段時(shí)，此時(shí)的延時(shí)導(dǎo)爆管參數(shù)表、三種起爆模型圖及對(duì)應(yīng)之起爆間隔差Δt組分別示在表4，圖5中。

表4 延時(shí)導(dǎo)爆管參數(shù)表(三)

圖5 三種起爆模型對(duì)應(yīng)之起爆間隔差Δt組圖（三）

由圖5看出，一次最大起爆延時(shí)為7段，間隔差延時(shí)為4段時(shí)，組成的三種起爆模型，皆無(wú)發(fā)生重炮和跳炮的可能，但其中的有誤差最小延時(shí)組合c)間隔差Δt組僅為+20 ms，距重炮的間隔差Δt組=0很接近，十分危險(xiǎn)。

此時(shí)，間隔延時(shí)4段管的最小延時(shí)65 ms，大于一次最大起爆藥延時(shí)7段管的同段時(shí)差45 ms(65 ms－45 ms=20 ms)。

4)一次起爆最大藥量延時(shí)為7段，間隔延時(shí)為3段時(shí)，此時(shí)的延時(shí)導(dǎo)爆管參數(shù)表、三種起爆模型圖及對(duì)應(yīng)之起爆間隔差Δt組分別示在表5，圖6中。

表5 延時(shí)導(dǎo)爆管參數(shù)表(四)

圖6 三種起爆模型對(duì)應(yīng)之起爆間隔差Δt組圖（四）

由圖6看出，正常延時(shí)組合a)的起爆間隔差Δt組=50 ms，能出現(xiàn)理想毫秒微差起爆，而有誤差最大延時(shí)組合b)的起爆延時(shí)間隔差Δt組=+107 ms，過(guò)渡到有誤差最小延時(shí)組合c)的起爆延時(shí)間隔差Δt組=－5 ms之過(guò)程中，其中Δt組=0時(shí)發(fā)生重炮，而Δt組為負(fù)值時(shí)發(fā)生跳炮。

此時(shí)，間隔延時(shí)3段管的最小延時(shí)40 ms，小于一次最大起爆藥延時(shí)7段管的同段時(shí)差45 ms(40 ms－45 ms=－5 ms)。

4 結(jié)語(yǔ)

1)由以上分析明顯看出，12段和4段組合及7段和3段組合，符合 GB 6722-2003爆破安全規(guī)程 5.1.4.4“采用地表延時(shí)非電導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)時(shí)，孔內(nèi)宜裝高段位雷管，地表用低段位雷管”之規(guī)定，但它們可能有1/3的幾率發(fā)生重炮和跳炮，尤其是12段和4段組合。而9段和6段組合及7段和4段組合，則無(wú)發(fā)生重炮和跳炮的可能，尤其是9段和6段的組合，因此選9段和6段為起爆微差毫秒管高低段位之優(yōu)化值，取它們間的有誤差最小延時(shí)組合之起爆間隔差Δt組=+70 ms為一次起爆藥間微差毫秒優(yōu)化值。2)由以上規(guī)律可總結(jié)出能否發(fā)生重炮、跳炮的判斷方法是:該對(duì)小時(shí)段管的最小延時(shí)值減去大時(shí)段管的同段差等于該對(duì)有誤差最小延時(shí)組合之起爆間隔差Δt組值。a.當(dāng)Δt組大于零時(shí)，則不能發(fā)生重炮，越大越不能發(fā)生;b.當(dāng)Δt組接近零時(shí)，則可能發(fā)生重炮和跳炮;c.當(dāng) Δt組等于零時(shí)，則發(fā)生重炮;d.當(dāng) Δt組小于零時(shí)，為負(fù)值，則可能發(fā)生跳炮，負(fù)值越大發(fā)生的可能性越大。3)用上述方法，可以很快的對(duì)210對(duì)預(yù)選之導(dǎo)爆管并串聯(lián)起爆子網(wǎng)絡(luò)組合，能否發(fā)生重炮和跳炮進(jìn)行判斷，以選定合理之優(yōu)化值。4)該判斷法只適用于非電毫秒延時(shí)塑料導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)之并串聯(lián)子網(wǎng)絡(luò)，為非電毫秒延期導(dǎo)爆管整體起爆網(wǎng)絡(luò)，發(fā)生重炮和跳炮的判斷法奠定了基礎(chǔ)。

［1］李曉杰，閆鴻浩.全國(guó)爆破加工與遼寧省爆破學(xué)術(shù)會(huì)議論文集［C］.2003.

［2］于亞倫.工程爆破理論與技術(shù)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2004.

［3］陳華騰，鈕 強(qiáng)，譚勝禹，等.爆破計(jì)算手冊(cè)［M］.沈陽(yáng):遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

［4］GB 6722-2003，爆破安全規(guī)程［S］.