關(guān)于兩個(gè)爆破設(shè)計(jì)公式的思考與改進(jìn)

丁漢堃，石磊，西子陽

(北京中科力爆炸技術(shù)工程有限公司， 北京 101318)

根據(jù)長(zhǎng)期從事爆破設(shè)計(jì)與施工的經(jīng)驗(yàn)，有意識(shí)地體驗(yàn)參數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)的差距，預(yù)估與現(xiàn)實(shí)爆破效果的差距，思考問題根源，其中設(shè)計(jì)所選用公式是否合理是產(chǎn)生問題的原因之一。因此，結(jié)合爆破理論、爆破設(shè)計(jì)公式進(jìn)行了分析研究，認(rèn)為存在不足。一是公式建立的理論基礎(chǔ)不合理，二是應(yīng)用結(jié)果與實(shí)際有較大差距。鑒于以上情況，作者對(duì)爆破設(shè)計(jì)公式進(jìn)行解析，指出其中的不足，并提出改進(jìn)意見。

1 兩面臨空爆破設(shè)計(jì)公式分析

1.1 理論分析

集中藥包處在兩面臨空狀態(tài)時(shí)，文獻(xiàn)[1]提供的設(shè)計(jì)公式為：

式中，Q1，Q2為兩側(cè)等效子藥包藥量，kg。

上述推導(dǎo)結(jié)果說明，當(dāng)子藥包藥量相等時(shí)，公式（1）才能成立，也可以說，無論兩側(cè)的W值、n值如何變化，集中藥包的子藥包的藥量永遠(yuǎn)是平均分配的。這種假設(shè)推導(dǎo)出的公式（1）是值得商榷的。兩面臨空巖體兩側(cè)呈現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不是由子藥包藥量相等決定的，而是由兩側(cè)巖體所獲動(dòng)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(shù)為Q1≠Q(mào)2，而Q1=Q2只是其中特例。

式（1）中f(n)沒有指出具體函數(shù)式，在利用f(n)=0.4+0.6n3計(jì)算時(shí)，n值會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，是無意義的情況。因此，式（1）不適合爆破設(shè)計(jì)應(yīng)用，應(yīng)考慮重新建立新的公式。

文獻(xiàn)[2]指出，炮孔內(nèi)爆炸氣體對(duì)拋體做功，根據(jù)動(dòng)量守恒定理，氣體作用于藥室氣腔內(nèi)壁的沖量等于拋體獲得的動(dòng)量，進(jìn)而推出公式：

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

表1 n-f(n)關(guān)系

1.2 工程實(shí)例

兩面臨空地形硐室爆破，一側(cè)要求拋擲爆破，另一側(cè)為松動(dòng)爆破。

基本參數(shù)：

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(fù)值無意義，以下參數(shù)無法計(jì)算。

2.1 露天爆破設(shè)計(jì)公式分析

2.1.1 理論分析露天爆破在設(shè)計(jì)施工中廣泛使用的公式是Q=qabH。實(shí)踐證明，用此公式計(jì)算結(jié)果與實(shí)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(jìn)意見。

泵站設(shè)置在澇河渠道左岸，采用立式管道離心泵。澇河灘地片區(qū)與賢莊周圍片區(qū)管線在泵站上游分開，兩片區(qū)進(jìn)行分組輪灌，各管道設(shè)置控制閥，以控制管道水流方向。兩片區(qū)均采用一級(jí)干管布置，干管設(shè)給水管，田間為當(dāng)?shù)刈詡滠浌芄喔取?/p>

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(tái)階高度，m。

式（13）可以變換成（裝藥結(jié)構(gòu)詳見圖1）：

圖1 裝藥結(jié)構(gòu)

或

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

分析式（14）、（15）存在以下問題。

（1）超深部位的藥量沒有計(jì)算在內(nèi)。應(yīng)該裝藥的位置沒有裝藥。

（2）堵塞部位計(jì)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(jì)算出的藥量或多或少以致堵塞長(zhǎng)度或短或長(zhǎng)，造成炮孔裝藥結(jié)構(gòu)不合理，給現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)造成困擾，見表2。

表2 運(yùn)用Q=q0abH 計(jì)算參考值

筆者認(rèn)為式（13）中的單耗q0為綜合單耗。在工程預(yù)算、工程投標(biāo)、工程成本核算等項(xiàng)目中，式（13）中的單耗q0是可以應(yīng)用的。

在以式（13）為基礎(chǔ)的常規(guī)設(shè)計(jì)中，常以單耗q0為不變量求出藥量，但實(shí)際上單耗q0是隨孔深變化的。筆者認(rèn)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(wèi)～q0 關(guān)系

圖3 公式Lp=q1W 2 中l(wèi)～q1 關(guān)系

式（13）是以巖體爆破后形成矩形柱體而推導(dǎo)出來的，而實(shí)際上巖體爆炸后形成的是三角形柱體，由此而推導(dǎo)出來的公式是Lp=q1W2，強(qiáng)調(diào)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(guān)系，其中q1是直接決定巖體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及影響爆破質(zhì)量的重要參數(shù)，也可稱為設(shè)計(jì)單耗。

為了改變式（13）計(jì)算藥量與現(xiàn)場(chǎng)裝藥量差距較大的情況，在上述分析的基礎(chǔ)上，調(diào)整爆破設(shè)計(jì)程序使得各參數(shù)符合實(shí)際，以提高藥量計(jì)算的準(zhǔn)確性。

設(shè)計(jì)程序以線裝藥密度為基礎(chǔ)，優(yōu)先確定炮孔裝藥結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)其他參數(shù)，最后計(jì)算綜合單耗。

以溫嶺山體爆破工程為例，設(shè)計(jì)參數(shù)見表3～表6。

表3 基礎(chǔ)參數(shù)

表6 綜合參數(shù)

其中：抵抗線按經(jīng)驗(yàn)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(shù)。

表4 裝藥結(jié)構(gòu)參數(shù)

表5 孔網(wǎng)參數(shù)

2.2 實(shí)施效果

上述工程實(shí)例數(shù)值僅為多項(xiàng)爆破工程中的一項(xiàng)。在采用Q=q0abH公式設(shè)計(jì)施工時(shí)，計(jì)算出的藥量或多或少致使施工時(shí)常發(fā)生退藥或缺藥的情況，給裝藥作業(yè)、庫房管理造成很大影響。有時(shí)也發(fā)生裝藥不到位或堵塞過長(zhǎng)的情況，影響了爆破效果。以線裝藥密度為固定值改進(jìn)設(shè)計(jì)方法后，現(xiàn)場(chǎng)爆破施工主要表現(xiàn)在設(shè)計(jì)參數(shù)貼合實(shí)際，依據(jù)趨于科學(xué)，現(xiàn)場(chǎng)裝藥結(jié)構(gòu)合理。依據(jù)公式Q=(L?n1·l1)Lp（L為炮孔總長(zhǎng)度）計(jì)算爆破作業(yè)總用藥量更為準(zhǔn)確，有效減少了以前存在的不良現(xiàn)象。

3 結(jié)語

根據(jù)爆破工程實(shí)際的體驗(yàn)，對(duì)兩個(gè)常用的爆破設(shè)計(jì)公式進(jìn)行詳細(xì)的解析，指出了其中的不足并提出了改進(jìn)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(bǔ)了設(shè)計(jì)公式的缺憾，改進(jìn)了鉆孔爆破的設(shè)計(jì)程序，使爆破設(shè)計(jì)更加合理，工藝參數(shù)更加實(shí)用，可對(duì)相關(guān)爆破工程設(shè)計(jì)施工提供參考指導(dǎo)作用。