關于兩個爆破設計公式的思考與改進

丁漢堃，石磊，西子陽

(北京中科力爆炸技術工程有限公司， 北京 101318)

根據長期從事爆破設計與施工的經驗，有意識地體驗參數與現場的差距，預估與現實爆破效果的差距，思考問題根源，其中設計所選用公式是否合理是產生問題的原因之一。因此，結合爆破理論、爆破設計公式進行了分析研究，認為存在不足。一是公式建立的理論基礎不合理，二是應用結果與實際有較大差距。鑒于以上情況，作者對爆破設計公式進行解析，指出其中的不足，并提出改進意見。

1 兩面臨空爆破設計公式分析

1.1 理論分析

集中藥包處在兩面臨空狀態時，文獻[1]提供的設計公式為：

式中，Q1，Q2為兩側等效子藥包藥量，kg。

上述推導結果說明，當子藥包藥量相等時，公式（1）才能成立，也可以說，無論兩側的W值、n值如何變化，集中藥包的子藥包的藥量永遠是平均分配的。這種假設推導出的公式（1）是值得商榷的。兩面臨空巖體兩側呈現不同的運動狀態，不是由子藥包藥量相等決定的，而是由兩側巖體所獲動量相等決定的，即由不同大小的巖體所獲不同的速度決定的。大多數為Q1≠Q2，而Q1=Q2只是其中特例。

式（1）中f(n)沒有指出具體函數式，在利用f(n)=0.4+0.6n3計算時，n值會出現負值，是無意義的情況。因此，式（1）不適合爆破設計應用，應考慮重新建立新的公式。

文獻[2]指出，炮孔內爆炸氣體對拋體做功，根據動量守恒定理，氣體作用于藥室氣腔內壁的沖量等于拋體獲得的動量，進而推出公式：

式（7）～式（9）說明，推導出的子藥包藥量與抵抗線關系式正符合爆破能量分配規律，即抵抗線小獲得能量大，進而拋體的速度大、位移大，產生拋擲的爆破效果。反之，抵抗線大，獲得能量就小，進而拋體速度小、位移小，自然就產生松動的爆破效果。只有W1=W2時，Q1=Q2才能成立，是本公式的一個特例。

表1 n-f(n)關系

1.2 工程實例

兩面臨空地形硐室爆破，一側要求拋擲爆破，另一側為松動爆破。

基本參數：

子藥包1：

W1=10 m，n1=1.2，k0=1.5 kg/m3，Q1未知。

子藥包2：

W2=15 m，n2未知，k0=1.5 kg/m3，Q2未知。藥包：Q未知。

由式（12）可得n2=?0.65。n為負值無意義，以下參數無法計算。

2.1 露天爆破設計公式分析

2.1.1 理論分析露天爆破在設計施工中廣泛使用的公式是Q=qabH。實踐證明，用此公式計算結果與實際施工存在較大差距，有必要指出此公式不足之處，分析原因，提出改進意見。

泵站設置在澇河渠道左岸，采用立式管道離心泵。澇河灘地片區與賢莊周圍片區管線在泵站上游分開，兩片區進行分組輪灌，各管道設置控制閥，以控制管道水流方向。兩片區均采用一級干管布置，干管設給水管，田間為當地自備軟管灌溉。

式中，Q為單孔藥量，kg；q0為單耗，kg/m3；a為孔間距，m；b為孔排距，m；H為臺階高度，m。

式（13）可以變換成（裝藥結構詳見圖1）：

圖1 裝藥結構

或

式中，l為孔深，m；l1為堵塞長度，m；l2為超深，m；l3為超深以上裝藥長度，m。

分析式（14）、（15）存在以下問題。

（1）超深部位的藥量沒有計算在內。應該裝藥的位置沒有裝藥。

（2）堵塞部位計算了藥量。不該裝藥的位置卻裝了炸藥。

由于存在以上問題，用式（13）計算出的藥量或多或少以致堵塞長度或短或長，造成炮孔裝藥結構不合理，給現場作業造成困擾，見表2。

表2 運用Q=q0abH 計算參考值

筆者認為式（13）中的單耗q0為綜合單耗。在工程預算、工程投標、工程成本核算等項目中，式（13）中的單耗q0是可以應用的。

在以式（13）為基礎的常規設計中，常以單耗q0為不變量求出藥量，但實際上單耗q0是隨孔深變化的。筆者認為鉆孔爆破不變量是炮孔線裝藥密度Lp，見圖2、圖3。

圖2 公式Q=q0abH 中l～q0 關系

圖3 公式Lp=q1W 2 中l～q1 關系

式（13）是以巖體爆破后形成矩形柱體而推導出來的，而實際上巖體爆炸后形成的是三角形柱體，由此而推導出來的公式是Lp=q1W2，強調在線裝藥密度Lp一定的前提下，抵抗線W與條形藥包單耗q1的關系，其中q1是直接決定巖體運動狀態以及影響爆破質量的重要參數，也可稱為設計單耗。

為了改變式（13）計算藥量與現場裝藥量差距較大的情況，在上述分析的基礎上，調整爆破設計程序使得各參數符合實際，以提高藥量計算的準確性。

設計程序以線裝藥密度為基礎，優先確定炮孔裝藥結構，推導其他參數，最后計算綜合單耗。

以溫嶺山體爆破工程為例，設計參數見表3～表6。

表3 基礎參數

表6 綜合參數

其中：抵抗線按經驗公式確定：

式中，q1為條形藥包單耗，kg/m3；q1=[(l?l0)/(l?l1)]·m·q0；m為炮孔密集系數。

表4 裝藥結構參數

表5 孔網參數

2.2 實施效果

上述工程實例數值僅為多項爆破工程中的一項。在采用Q=q0abH公式設計施工時，計算出的藥量或多或少致使施工時常發生退藥或缺藥的情況，給裝藥作業、庫房管理造成很大影響。有時也發生裝藥不到位或堵塞過長的情況，影響了爆破效果。以線裝藥密度為固定值改進設計方法后，現場爆破施工主要表現在設計參數貼合實際，依據趨于科學，現場裝藥結構合理。依據公式Q=(L?n1·l1)Lp（L為炮孔總長度）計算爆破作業總用藥量更為準確，有效減少了以前存在的不良現象。

3 結語

根據爆破工程實際的體驗，對兩個常用的爆破設計公式進行詳細的解析，指出了其中的不足并提出了改進意見，其中集中藥包在兩面臨空條件下，等效子藥包的藥量分配公式填補了設計公式的缺憾，改進了鉆孔爆破的設計程序，使爆破設計更加合理，工藝參數更加實用，可對相關爆破工程設計施工提供參考指導作用。