裂隙巖體毫秒延時與空氣間隔裝藥爆破關鍵參數優化研究

方 釗，殷 同，周建敏

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裂隙巖體毫秒延時與空氣間隔裝藥爆破關鍵參數優化研究

方 釗1,2，殷 同1,3，周建敏4

(1.南京理工大學，江蘇 南京 210000；2.遵義市公安局治安管理支隊，貴州 遵義市 563000；3.貴陽市公安局，貴州 貴陽 550002；4.保利新聯爆破工程集團有限公司，貴州 貴陽 550002)

為提高裂隙巖體爆破效果，以貴州省某道路施工爆破工程為背景，在爆破施工現場進行毫秒延時與空氣間隔裝藥爆破試驗。毫秒延時爆破試驗結果表明，隨著延時加，毫秒延時爆破的平均塊度和最大塊度呈先下降后上升趨勢。其中，60 ms延時爆破產生的平均塊度為15.8 cm，最大塊度為49.11 cm，獲得的爆破效果最好。空氣間隔裝藥爆破試驗結果表明，隨著空氣間隔比例的增大，各組爆破產生的平均塊度和最大塊度呈現增加趨勢，且當間隔比例超過20%后，其大塊的增幅較為明顯。因此，裂隙巖體毫秒巖石爆破的最優延期時間建議為60 ms，空氣間隔裝藥爆破的最佳空氣間隔比例建議為10%~15%。

裂隙巖體；微差爆破；塊度分布；延期時間；空氣間隔裝藥

大量工程實踐表明，毫秒延時爆破和空氣間隔裝藥爆破技術對于改善爆破效果、降低爆破振動效應具有重要作用[1?3]。其關鍵在于延期時間的合理選擇。過短的延期時間容易導致前爆藥包起爆后未能及時形成新的自由面，不利于后爆藥包巖體破碎；過長的延期時間則容易導致后爆藥包無法充分利用前爆藥包爆炸所剩余的能量，不利于巖塊的二次碰撞破碎[4?6]。因此，為提高裂隙巖體的爆破效果，必須要確定毫秒延時爆破最優的毫秒延期時間。

當采用空氣間隔裝藥爆破時，若空氣間隔比例過小，會導致沖擊波持續時間過短，影響整體爆破效果；而間隔比例過大，勢必導致大塊率增加[7?8]?？偟膩碚f，節理裂隙的存在改變了巖體的結構強度，直接影響著爆破過程中炸藥與巖石的相互作用，對爆破效果的影響不容忽視。

本文以貴州省某道路施工爆破工程為試驗對象，進行了裂隙巖體毫秒延時與空氣間隔裝藥爆破試驗。通過現場爆破效果對比，以確定毫秒延時爆破的最優延期時間和空氣間隔裝藥爆破的最佳空氣間隔比例。

1 毫秒延時爆破試驗

現場爆破試驗在貴州省某道路工程爆破施工區域進行，該工程的巖體主要由石灰巖組成。通過現場地質調查，該區域的巖體節理裂隙較為發育，節理裂隙的間距平均為30～40 cm，巖體整體上較為破碎，屬于易爆性巖體(見圖1)。

圖1 工程典型地質條件

1.1 試驗方案

現場的爆破孔網參數為孔徑110 mm，孔距4 m，排距3.5 m，孔深12 m，最小抵抗線2.5 m，填塞距離3 m?，F場采用三角形布孔，每次爆破布置3排炮孔，孔數為12個。試驗布孔及起爆順序見圖2。

圖2 試驗布孔及起爆順序

為研究不同延期時間裂隙巖體毫秒延時爆破對爆破效果的影響，選擇延期時間分別為20，40，60，80 ms進行爆破試驗。在保證每次工況一致的條件下，每種延期時間的毫秒延時爆破重復試驗5次。

本試驗采用爆破塊度分布作為爆破效果的評價指標，其中包括爆破的平均塊度和最大塊度。通過拍照收集每次試驗后的爆堆形態分布，采用Split-Desktop軟件對爆堆圖片進行塊度分析，獲得其爆破塊度分布結果。

1.2 試驗結果及分析

在爆破現場進行了20～80 ms 4組不同延期時間的毫秒延時爆破，獲得了不同延期時間的毫秒延時爆破的部分典型爆破效果(見圖3)。

每組爆破試驗獲得的塊度分布取其平均值作為對比，通過平均計算得到不同延期時間毫秒延時爆破 塊度分析結果(見表1)。其爆破塊度分布曲線如圖4所示。

(a) 20 ms；(b) 40 ms；(c) 60 ms；(d) 80 ms

表1 不同延期時間毫秒延時爆破塊度分析結果

對比上述結果可知，各組試驗的爆破塊度主要集中在150 cm以內。其中0~20 cm塊度的占比以60 ms延時爆破最佳，達到53.32%。其次是20，40和80 ms的延時爆破。只有80 ms的延時爆破產生了80 cm以上的塊度。

通過軟件分析，得到各組試驗的平均塊度及最大塊度，分布情況如圖5所示。

上述分析結果表明，隨著延期時間的增加，毫秒延時爆破的平均塊度和最大塊度呈先下降后上升趨勢。其中，60 ms延時爆破產生的平均塊度為15.8 cm，最大塊度為49.11 cm，獲得的爆破效果最好。因此，建議毫秒延時爆破的最佳延期時間選擇為60 ms。

2 空氣間隔裝藥爆破試驗研究

2.1 試驗方案

為研究裂隙巖體混裝炸藥空氣間隔裝藥爆破的最佳空氣層比例，在現場進行了不同空氣層比例的中部空氣間隔裝藥爆破試驗。各組試驗均以5%的間隔比例為步長增加，主要分為10%、15%、20%和25% 4種不同空氣層比例的空氣間隔裝藥進行爆破試驗。本文將炮孔裝藥段內空氣間隔器的長度與整個裝藥高度的比值定義為空氣間隔比例?，F場試驗條件與爆破孔網參數選擇與前述毫秒延時爆破條件一致。

2.2 試驗結果及分析

在爆破現場進行了10%~25% 4組不同空氣間隔裝藥爆破試驗，每組試驗重復5次，部分典型爆破效果如圖6所示。每組爆破試驗獲得的塊度分布取其平均值作為對比，各組爆破塊度分布結果如表2所示。圖7為各組爆破平均塊度及最大塊度的分布情況。

根據以上分析結果可知：

(1) 當空氣間隔裝藥爆破的間隔比例由10%增加到25%時，各組爆破產生的平均塊度分別為15.98，37.63，54.12 cm和73.42 cm。結果表明，隨著空氣間隔比例的增大，其平均塊度大小幾乎呈線性增加。

(a) 20 ms毫秒延時爆破塊度分布；(b) 40 ms毫秒延時爆破塊度分布；(c) 60 ms毫秒延時爆破塊度分布；(d) 80 ms毫秒延時爆破塊度分布。

圖5 各組試驗的平均塊度和最大塊度分布

(2) 10%和15%間隔比例空氣間隔爆破沒有出現塊也呈現增加趨勢。且當間隔比例超過20%后，其大塊的增幅較為明顯。

(3) 對比各組爆破試驗的平均塊度、大塊率分布情況可知，裂隙巖體中部空氣間隔裝藥爆破的最佳間隔比例為10%~15%。

表2 各組試驗爆破塊度分布結果

3 結 論

本文結合貴州省某道路施工爆破工程實例，進行了裂隙巖體毫秒延時與空氣間隔裝藥爆破試驗，主要結論如下所示：

(a) 10%間隔比例；(b) 15%間隔比例；(c) 20%間隔比例；(d) 25%間隔比例

圖7 各組爆破的平均塊度和最大塊度分布

(1) 隨著延期時間的增加，毫秒延時爆破的平均塊度和最大塊度呈先下降后上升趨勢。其中，60 ms延時爆破產生的平均塊度為15.8 cm，最大塊度為49.11 cm，獲得的爆破效果最好。

(2) 空氣間隔裝藥爆破實驗表明，隨著空氣間隔比例的增大，各組爆破產生的平均塊度和最大塊度呈現增加趨勢。且當間隔比例超過20%后，其大塊的增幅較為明顯。

(3) 在節理裂隙發育巖體中，采用空氣間隔裝藥爆破的最佳間隔比例為10%~15%。

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(2018?09?21)

方 釗，男，貴州遵義人，主要從事民爆安全管理工作，Email: 377413454@qq.com。