爆破技術(shù)在非洲地區(qū)的應(yīng)用

龐龍

【摘 要】結(jié)合在剛果金的施工實(shí)踐，介紹了非洲的爆破器材與功能，闡述了淺孔爆破和深孔爆破的基礎(chǔ)理論和爆破參數(shù)的選取，列舉了橋涵基坑開(kāi)挖，石場(chǎng)開(kāi)采石材的爆破實(shí)例。

【關(guān)鍵詞】非洲；爆破器材；爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

1.背景概述

隨著國(guó)際建筑市場(chǎng)的變化和我國(guó)對(duì)非洲投資力度的加大，我集團(tuán)公司在非洲市場(chǎng)占據(jù)了先機(jī)，在多個(gè)國(guó)家占有很大的市場(chǎng)份額。在路橋施工過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)爆破這道特殊工序，尤其是在碎石母材的開(kāi)采、橋梁基坑的開(kāi)挖、石方路基開(kāi)挖等項(xiàng)目中合理的使用爆破技術(shù)會(huì)很大的提高工效，并降低成本。

由于非洲國(guó)家的政治動(dòng)蕩，政府對(duì)爆炸器材管制較嚴(yán)，一般不會(huì)允許外國(guó)人獨(dú)立進(jìn)行爆破，而是指定經(jīng)過(guò)政府審批注冊(cè)的爆破公司進(jìn)行，由他們負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和實(shí)施，由于他們的思維方式和我們的不同，他們有時(shí)往往把很簡(jiǎn)單的事情復(fù)雜化，所以我們中方的爆破技術(shù)人員一定要了解和參與他們的設(shè)計(jì)過(guò)程，才能真正的達(dá)到事半功倍的效果。

2.爆破技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1爆破器材簡(jiǎn)介

非洲很多國(guó)家是十分落后的，不具有生產(chǎn)爆破器材的能力，例如剛果的民用爆破器材都來(lái)自贊比亞進(jìn)口，爆破公司也只有一家（AEL公司），這些器材基本上采用歐美標(biāo)準(zhǔn)，和我們?cè)趪?guó)內(nèi)常用的有所不同，只有了解它們的基本性能，才能做好爆破設(shè)計(jì)。

2.1.1雷管 Benchmaster

LENGTH：7.5M 長(zhǎng)度7.5米（還有長(zhǎng)度為12米，一般在潛孔鉆作業(yè)，深孔爆破中應(yīng)用）

DELAY PERIOD 500MS 是指延遲時(shí)間為500MS

其余的英語(yǔ)是說(shuō)明包裝數(shù)量、生產(chǎn)日期和箱子編號(hào)的。

照片中的金屬管就是普通的雷管，用這可以引爆炸藥，另一端的塑料卡子是在用導(dǎo)爆索起爆時(shí)連接導(dǎo)爆索的，一般我們不采用，我們常用連接雷管來(lái)引爆實(shí)現(xiàn)孔外微差。

2.1.2連接雷管 HANDMASTER TRUNKLINE

HANDMASTER TRUNKLINE連接雷管

LENGTH 6.0M 長(zhǎng)度6.0M

DELAY PERIOD 延遲時(shí)間，左側(cè)的是17毫秒，右側(cè)是0毫秒。

HANDMASTER TRUNKLINE連接雷管 FIRE 起爆雷管

LENGTH 6.0M 長(zhǎng)度6.0M

DELAY PERIOD 25MS 延遲時(shí)間25MS

塑料導(dǎo)爆管由高壓聚乙烯，內(nèi)外徑分別為1.4和3mm的軟管，內(nèi)涂有Homocyclonite或黑索金為主的混合炸藥，可用雷管、導(dǎo)爆索、火帽、引火頭、起爆器等能產(chǎn)生沖擊波的器材激發(fā)，很安全。該起爆法具有抗雜電、操作簡(jiǎn)單、作用安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。它和國(guó)內(nèi)的毫秒雷管功能是基本一致的，只是在起爆雷管外部設(shè)置了一個(gè)連接原件，起爆時(shí)用以連接雷管端頭的導(dǎo)爆管，一般可以連接5～6枚，（國(guó)內(nèi)是綁扎連接，一般是捆扎30～50枚，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生拒爆現(xiàn)象）這樣控制了雷管的激發(fā)數(shù)量，保證了起爆質(zhì)量，實(shí)踐證明基本上可以達(dá)到100%的引爆。 這里用照片介紹0、17、25MS延時(shí)連接雷管，施工中還會(huì)遇到42毫秒的連接雷管，它們完成爆破的孔外微差。從外觀上可以看出每個(gè)雷管外面都有不同顏色的連接原件，不同顏色是為了便于區(qū)分不同的延時(shí)長(zhǎng)。

2.1.3起爆雷管 FIRE

導(dǎo)火線和火雷管的組合體，和國(guó)內(nèi)的相比它的優(yōu)點(diǎn)是雷管和導(dǎo)火線一次成型，保證了傳導(dǎo)的成功率，另外只有一個(gè)點(diǎn)火頭強(qiáng)制性地保證了導(dǎo)火線的長(zhǎng)度，從而增加了安全性。見(jiàn)上面右側(cè)圖。

2.1.4炸藥 EXPLOSIVE

炸藥有箱裝和袋裝的兩種，每個(gè)包裝單位是25kg，箱裝炸藥是卷狀炸藥，常用藥卷直徑為30和65mm，袋裝炸藥為粉末炸藥，和國(guó)內(nèi)基本類似，不做多余的介紹。

2.2爆破設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

非洲路橋工程接觸的爆破主要是碎石廠的深孔或淺孔臺(tái)階爆破、橋涵基坑的溝槽爆破，所以這里只闡述和這相關(guān)的理論和經(jīng)驗(yàn)。

2.2.1爆破分類

在非洲地區(qū)的路橋施工過(guò)程中主要是利用鋼釬炮和深孔爆破。

2.2.1.1鋼釬炮（眼炮）

鋼釬炮也就是淺孔爆破，通常是指炮眼直徑和深度分別小于7cm和5m的爆破方法。一般情況下單獨(dú)使用鋼釬炮爆破石方是不大經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)榕谘蹨\，用藥少，每次爆破的量不多，功效較低，尤其是在非洲雷管較貴的情況下雷管的利用率低是不經(jīng)濟(jì)的；另外也不利于爆破能量的利用，由于眼淺，爆破時(shí)爆炸氣體很容易沖出，變成不做工的聲波，以致響聲大而炸下的石方不多，個(gè)別飛石飛得很遠(yuǎn)。因此在施工過(guò)程中應(yīng)盡可能少用這種炮型。但是，由于它比較靈活因而它又是一種不可缺少的炮型，在地形艱險(xiǎn)及爆破量較小地段（如打水溝、開(kāi)挖便道、基坑、二次破碎等）仍屬必需，也是一種改造地形，為深孔爆破輔助的一種炮型。用藥量可以按照裝藥長(zhǎng)度LZ與炮眼深度之間的比值進(jìn)行控制，即

LZ=（1/3～2/3）L

多臨空面和階梯地形，采用低限；臨空面少，夾制力大，采用上限，但堵塞長(zhǎng)度不得小于炮眼的1/5。

炮孔間距和排間距的選取可參考深孔爆破的選取方法。筆者認(rèn)為孔間距一般選取孔深的1/2～2/3，排間距在不大于孔深的2/3，巖石較硬時(shí)可選取小值，此經(jīng)驗(yàn)還需以后的施工中多多檢驗(yàn)。

2.2.1.2深孔爆破

就是孔徑大于75mm，深度5m以上，采用延長(zhǎng)藥包的一種爆破方法。炮孔需用大型的潛孔鑿巖機(jī)或穿孔鉆機(jī)鉆孔，如用挖運(yùn)機(jī)械清方可以實(shí)現(xiàn)石方施工全面機(jī)械化，是大量石方（萬(wàn)方以上）快速施工的發(fā)展方向之一。其優(yōu)點(diǎn)是勞動(dòng)率高，一次爆破的方量多。但由于需要用大型機(jī)械，故轉(zhuǎn)移工地、開(kāi)辟場(chǎng)地、修筑便道等準(zhǔn)備工作都較復(fù)雜，且爆破后仍有10%～25%的大石塊需進(jìn)行二次爆破改小。進(jìn)行深孔爆破，要求先將地面修成臺(tái)階，稱為梯度。梯度的傾角最好為60°～75°，高度在5～15m之間。炮孔分垂直孔和斜孔兩種。公路常用的炮孔直徑D為100～150mm為宜。超鉆長(zhǎng)度h大致是梯段高度的10%～15%，巖石堅(jiān)硬取大值。

垂直炮孔的深度等于梯段高度H和超鉆深度h之和，斜孔的深度等于梯段斜長(zhǎng)H加上超鉆長(zhǎng)度h，底板抵抗線W根據(jù)筆者多次爆破的總結(jié)可根據(jù)下列公式選?。?/p>

W=（30～50）D，D為炮孔直徑，當(dāng)巖石堅(jiān)硬或者需要控制塊度時(shí)取小值，當(dāng)巖石較軟或者追求的只是施工進(jìn)度時(shí)可以選取大值。同時(shí)筆者認(rèn)為靠近梯段邊緣，第一排炮孔與梯段邊緣的距離，可選（0.5～0.8）W，巖石較硬時(shí)可取小值，反之取大值，這樣會(huì)取得更好的爆破效果。為了確保鑿巖機(jī)作業(yè)安全，炮孔與梯段邊緣的距離應(yīng)大于2～3m，否則需調(diào)整W值。

炮孔間距a=（0.6～1.4）W，多排孔時(shí)，排間距b可取b=W。可以按照下式計(jì)算單孔用藥量：

Q=eKWHa kg

e 為系數(shù)，當(dāng)松動(dòng)爆破時(shí)取0.33，標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破時(shí)取1，K為炸藥單耗。

深孔爆破除需要正確選用設(shè)計(jì)參數(shù)和布孔外，對(duì)裝藥、堵塞等操作技術(shù)要求也比較嚴(yán)格。國(guó)外石方施工機(jī)械化程度較高，應(yīng)盡量采用該種爆破方法。深孔爆破的單位耗藥量為0.40～0.75kg/m3，平均每米鉆孔爆落巖石11～20m3。因此，在有條件時(shí)應(yīng)盡可能采用這種爆破方法。

2.2.2微差起爆

兩相鄰藥包或前后排藥包以毫秒的時(shí)間間隔依次起爆，稱為微差爆破，亦稱毫秒爆破。前面介紹的連接雷管（HANDMASTER TRUNKLINE）就是進(jìn)行孔外微差爆破而采用的爆破器材。多發(fā)一次爆破最好采用毫秒連接雷管。當(dāng)藥量相等時(shí)其優(yōu)點(diǎn)是：可以減震1/3～2/3左右；前排藥包為后排藥包開(kāi)創(chuàng)了臨空面，從而加強(qiáng)了巖石的破碎效果；降低了多排孔一次爆破的堆積高度，有利于挖掘機(jī)作業(yè)；由于逐發(fā)或逐排依次爆破，減少了巖石的夾制力，可節(jié)省炸藥20%，并可增大孔距，提高每米鉆孔的炸落方量。微差爆破的起爆順序可根據(jù)斷面形狀和巖性及需要的拋擲方向確定，多排孔微差爆破是淺孔和深孔爆破的發(fā)展方向。

微差爆破各種起爆網(wǎng)絡(luò)圖（圖中數(shù)字為起爆順序）

a）直排依次順序起爆法 b）直排中心掏槽起爆法

c）“V”形起爆網(wǎng)路 d）波形起爆網(wǎng)路

直排依次順序起爆的方法連接簡(jiǎn)單，用的比較廣泛，但爆炸石方沿軸線方向散布，石場(chǎng)裝碴作業(yè)時(shí)挖裝機(jī)械移動(dòng)較多，不利于提高機(jī)械效率，筆者在石場(chǎng)開(kāi)采爆破時(shí)建議采用“V”形起爆方法，這種起爆方法的碴子比較集中，有利于裝碴作業(yè)。直排中心掏槽起爆法，結(jié)合光面爆破適用用路塹一次開(kāi)挖成型，在路塹開(kāi)挖中應(yīng)用比較廣泛。波形起爆使用于分散集中的控制爆破，筆者認(rèn)為是“V”起爆的延長(zhǎng)擴(kuò)大應(yīng)用。

2.2.3炸藥單耗的選取

上面已經(jīng)介紹了，淺孔和深孔爆破的孔深、孔距、排距和抵抗線的選取方法和基礎(chǔ)原則，這里介紹炸藥單耗的選取的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值表。下列表中的數(shù)值是非洲常見(jiàn)的巖石的炸藥耗用量，炸藥是指標(biāo)準(zhǔn)的巖石炸藥。

常用單位耗藥K值表

巖石名稱 巖石等級(jí) 堅(jiān)實(shí)系數(shù) 巖石密度 標(biāo)準(zhǔn)拋擲單位耗藥量kg/m3

砂 Ⅰ 0.5-0.6 1500 1.8-2.0

堅(jiān)實(shí)的粘土 Ⅳ 1.0-1.5 2000 1.2-1.5

泥灰?guī)r Ⅴ-Ⅵ 2.0-4.0 1900-2300 1.2-1.5

鈣質(zhì)礫巖 Ⅵ-Ⅶ 4.0-6.0 2200-2800 1.35-1.65

礫巖 Ⅵ-Ⅶ 4.0-6.0 2500 1.35-1.65

粘土質(zhì)砂巖 Ⅵ-Ⅷ 6.0-8.0 2200 1.35-1.65

泥質(zhì)頁(yè)巖、石灰?guī)r Ⅵ-Ⅷ 6.0-8.0 2300 1.35-1.65

泥灰?guī)r Ⅵ-Ⅷ 6.0-8.0 2500 1.35-1.65

石灰?guī)r Ⅷ-Ⅻ 8.0-16 2900-3100 1.5-2.4

鈣質(zhì)砂巖 Ⅷ-Ⅹ 8.0-12 2600 1.5-1.95

砂巖 Ⅷ-Ⅻ 8.0-16 2700 1.5-2.4

3.工程實(shí)例

筆者在剛果金盧卡卡公路施工過(guò)程中曾經(jīng)設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)橋涵基坑拉槽淺眼爆破和石場(chǎng)開(kāi)采石方的深孔爆破，下面對(duì)它們分別進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述。

3.1基坑爆破

介紹剛果金路卡卡公路K59+380橋臺(tái)凹形基坑和條形基坑的簡(jiǎn)單的爆破設(shè)計(jì)。在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，這里遇到堅(jiān)實(shí)完整的泥灰?guī)r，用機(jī)械開(kāi)挖方法不科學(xué)很浪費(fèi)機(jī)時(shí)，剛好這里臨近石場(chǎng)，經(jīng)過(guò)測(cè)算決定利用爆破一次成型開(kāi)挖基坑。

3.1.1橋墩條形擴(kuò)大基礎(chǔ)爆破

圖中尺寸以厘米計(jì)

如上圖基坑需要挖2.5m深，可見(jiàn)該爆破的典型的拉槽爆破，由于斷面較窄兩側(cè)的夾制力很大，采用了微差爆破并“V”型起爆，利用前一排為后排提供臨空面，每排的時(shí)間間隔為25毫秒?？紤]到對(duì)基坑周邊圍巖的保護(hù)，周邊預(yù)留了30cm的保護(hù)層。由于本次爆破是利用石場(chǎng)的潛孔鉆所以眼孔直徑為100mm，炸藥采用了65mm直徑的防水炸藥，每孔裝藥是2.7kg，炸藥單耗采用1.35kg/m3，屬于標(biāo)準(zhǔn)的拋擲爆破。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明拉槽爆破，尤其是平坦地面下挖超過(guò)2m時(shí)，為了提高功效和提高眼孔的利用率，采用加強(qiáng)松動(dòng)或者是標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破是比較合理的。

3.1.2凹形橋臺(tái)基坑的爆破

由于橋臺(tái)的基坑較大，采用光面爆破來(lái)保護(hù)基坑周邊圍巖，本次爆破的炸藥單耗取0.8kg/m3，屬于加強(qiáng)松動(dòng)爆破，孔眼直徑是100mm，周邊眼裝藥1.6kg，掏槽眼裝藥2.4kg。

結(jié)合上述兩例爆破，可以看出同樣的地質(zhì)情況，不同的斷面尺寸，要采用不同的爆破方法，不同的炸藥單耗，這需要在實(shí)踐中的不斷總結(jié)。

3.1.3爆破效果對(duì)比

左圖為爆破前檢查連接網(wǎng)路，右圖為爆破后的情況。

3.2石場(chǎng)爆破

石場(chǎng)的爆破采用潛孔鉆機(jī)施工，孔深6m， W=30D為3m，孔距取4m，則每米爆落巖石設(shè)計(jì)為12m3，炸藥單耗取0.42kg/m3，每孔裝藥是30kg，前排的抵抗線取2m，前排每孔裝藥是20kg。這是簡(jiǎn)單的臺(tái)階爆破，不再重復(fù)闡述。由于單孔裝藥量較大，黑人爆破工程師喜歡逐發(fā)起爆，也就是說(shuō)每個(gè)炮孔連接一個(gè)延時(shí)雷管，再依次相連，這樣雖然減小了單響藥量，減小了振動(dòng)，但是增加了成本（每個(gè)延時(shí)雷管將近5美金）。由于石場(chǎng)爆破都是在野外進(jìn)行，對(duì)振動(dòng)引起的危害可以不考慮，筆者認(rèn)為可以采用波形起爆，每個(gè)5個(gè)炮孔用一個(gè)連接雷管，這樣就節(jié)省了80%的連接雷管，深孔爆破一次爆破300余孔，可節(jié)省直接成本1200美金，尤其是剛剛開(kāi)孔時(shí)一次起爆千孔以上時(shí)節(jié)約的成本更是明顯，這一點(diǎn)做為中方的爆破技術(shù)人員一定要多多和他們溝通。筆者在剛果金的第一次爆破時(shí)就發(fā)生這樣的事情，他們不要我們中方人員靠近，不要中方人員連接，甚至還發(fā)生了口角，爆破公司爆破員也曾拒絕采用我的設(shè)計(jì)方案，但是經(jīng)過(guò)多次溝通，他們還是采取了我們的方案，成本的降低是顯而易見(jiàn)的。

左圖為石場(chǎng)臺(tái)階爆破裝藥階段，右圖為爆破后的效果。

4.結(jié)束語(yǔ)

爆破并不是新技術(shù)，在國(guó)外進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)的前提是了解駐在國(guó)對(duì)爆破器材的管理辦法，其次是知道每種器材的英文名字和功能，才能利用爆破理論進(jìn)行設(shè)計(jì)。爆破一般要委托駐在國(guó)的公司完成，所以要實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)一定要注意和國(guó)外的工程師建立良好的合作關(guān)系，才能達(dá)到又快又省的目的。