從爆破振動原理分析牦牛坪稀土礦盲炮原因

關　超（葛洲壩易普力四川爆破工程有限公司西昌分公司,四川　西昌615000）

從爆破振動原理分析牦牛坪稀土礦盲炮原因

關超
（葛洲壩易普力四川爆破工程有限公司西昌分公司,四川西昌615000）

摘要：用導爆索作為孔內傳爆材料在分層裝藥爆破中廣為使用，也是盲炮率高發的材料，盲炮產生的主要原因可能并非孔外延期時間的不恰當，而是孔網參數縮小和單耗提高的共同結果。

關鍵詞：爆破振動;傳播;振動峰值;延期時間

牦牛坪稀土礦位于四川省冕寧縣森榮鄉境內，礦區位于安寧河斷裂以西，牦牛山背斜以東的北東向哈哈斷裂帶上。大孤島位于礦區中部，由于冕西堿長花崗巖的侵吞，使礦區內地層非常零星，殘缺不全，出露的僅有泥盆系下部淺變質碎屑巖和碳酸鹽巖、及第四系沖洪積，殘坡積層。我們在此部位采用微差逐孔起爆，爆破參數為：臺階高度12m，孔徑160mm，超深1m，梅花形布孔，孔網參數7×6m、6×5m、6×4m，單耗0.30～0.45kg/m3，孔內使用導爆索傳爆，孔外使用25ms、110ms延期雷管接力，裝藥結構為分層耦合裝藥。當孔網參數從大調小后，單耗顯著提高，隨后出現多次盲炮事故，本文將對盲炮產生的原因進行分析。

1　導爆索的斷裂的時間判斷

從排除盲炮的過程中發現，導爆索都是在間隔填塞段被拉斷，斷口不平整，上層炸藥爆炸，殘藥全是下層裝藥。作業人員和施工工藝沒有變化，不存在人為因素導致的索體損傷，上層炸藥爆炸很好地說明了雷管綁扎、網絡連接沒問題，導爆索在爆轟傳播之前就已經拉斷。我們使用的傳爆網絡如下圖：

起爆孔與相鄰孔的微差時間分別是25ms、110ms、135ms，盲炮孔多發在135ms孔位。可以判斷，導爆索拉斷發生在135ms之前，該孔受到的振動峰值超過導爆索的承受能力。拉斷的原因究竟是延期時間不當還是爆破振動強度大于導爆索的承受力有待進一步分析。

2　爆破振動產生機理和傳播規律

大多數巖石在爆炸沖擊載荷作用下所激起的應力波主要是沖擊波、彈性應力波和爆炸地震波。沖擊波波頭陡峭，以超聲速傳播，傳播過程中能量損失較大，應力衰減很快，作用范圍很小，衰減后變為壓縮應力波。壓縮應力波以聲速傳播，傳播過程中能量損失比沖擊波小，衰減較慢，作用范圍較大，衰減后變為地震波。沖擊波和應力波都是脈沖波，不具有周期性能對巖石造成不同程度的破壞作用，而地震波為周期振動的彈性波，盈利上升時間與下降時間大體相同，以聲速傳播，衰減很慢，作用范圍最大，但不能對巖石造成直接破壞，只能擴大巖體內原有的縫隙，和威脅爆破地點附近的建筑物[1]。

大孤島巖體為中風化花崗巖、正長巖，堅固性系數f=5～6，縱波聲速約為3000～5000m/s。炸藥起爆到完全爆轟需要加速過程，觀測點達到振動峰值的時間約在80～120ms之間[2]。

爆破振動規定的計算方法是薩道夫斯基公式：

式中R—觀測點到爆源的距離，m；

Q—炸藥量，齊發爆破總藥量，延時爆破為最大一段藥量，kg;

V—地面質點峰值振動速度，cm/s;

K、a—與爆破點至計算保護對象間的地形地質條件有關的系數和衰減指數，可以按下表進行選取，或通過現場試驗確定。

表1　爆區不同巖性的 K、a值

礦區巖石呈中度風化，堅固性較低，屬于中硬巖石。

表2　不同參數下振動峰值

根據施工參數計算得出數據繪制表2

三種孔網參數的孔外延期時間相同，前兩種情況并未發生盲炮，不同點在于孔網參數和單耗的調整使得后排相鄰孔質點振動峰值有大幅度上升的趨勢，說明振動強烈了，導爆索承受的極限振動速度在146.37～244.95cm/s。

3　孔網參數的影響

微差逐孔起爆時，每個炮孔按照一定的時間順序起爆，每個炮孔的起爆都是相對獨立的，每個炮孔藥柱起爆前，其前方、側方的巖石都已離開未爆巖石。同時，首發炮孔的起爆為后繼炮孔前方、側方、上方提供三個自由面和補償空間，后一炮孔藥柱爆炸后產生的應力波傳至自由面時發生反射，使拉應力加強；后一炮孔起爆后產生的應力波對前一炮孔的已爆礦巖進一步作用，巖石間多次碰撞，進一步增加破碎效果。

目前通用的排間微差間隔計算公式如下：

式中：t0—排間微差間隔時間,ms;S0—排距,當采用梅花形布孔時，排距即取4m；H0—下落高度，取（2～3）m；—堵塞段飛行速度，取（15～20）m/s；—中部巖塊飛行速度，取（20～25）m/s。

根據式（2）計算得：t0=62～147ms。

根據排間微差間隔計算，一般選用65ms或100ms的排間間隔時間。

孔間微差間隔計算根據公式，微差起爆時間:

式中：a—炮孔間距，m；f—巖石普氏系數，f=5～6。

根據裝藥量計算空間微差間隔時間：

式中：t—孔間微差時間間隔，ms；Q—炮孔平均裝藥量，取120kg；ye—炸藥容重，取1.2g/cm3，yr—巖石的容重，取2.4g/cm3；D—孔內炸藥爆速，取(3600～3800)m/ms；cr—巖石縱波波速，取3000m/s；S—巖石移動距離，取l0mm；—巖塊平均移動速度，取（2～5）mm/ms。

由式（4）計算得：t=31～45ms。

基于以上理論，目前使用的孔外延期雷管25ms、110ms滿足微差爆破要求，不是造成盲炮的主因。

4　結論

通過前期爆破參數的爆破效果來看，該參數符合爆破質量要求，微差時間合適。爆破振動受單孔藥量和觀測點距離影響較大，這兩項參數的變動剛好使得相鄰炮孔振動峰值陡增，超過導爆索的承受極限。振動峰值先于傳爆信號到達導爆索，造成導爆索拉斷產生盲炮。解決途徑有兩種：

（1）優化單耗和孔網參數，避免相鄰炮孔振動峰值超出導爆索承受極限；

（2）更換導爆索為孔內延期雷管。

參考文獻：

[1]呂濤,李海波,周青春,夏祥等.傳播介質特性對爆破振動衰減規律的影響[J].防震減災工程學報，2008(03).

[2]張智超,劉漢龍,陳育民,王維國.爆破地震的數值模擬及爆破振動規律分析[J].鄭州大學學報，2012(05).