露天深孔爆破中不同裝藥技術(shù)對(duì)炸藥單耗的影響研究

雷在政，許勇波，黃朝喜，周亞麗

（廣西工程技術(shù)研究院有限公司，廣西 南寧 530200）

0 引言

公路工程是我國(guó)重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，它能推動(dòng)地區(qū)間經(jīng)濟(jì)文化的交流，近年來(lái)各地區(qū)紛紛加強(qiáng)公路工程建設(shè)，以期為人民群眾提供更加便利的出行條件。露天深孔爆破是公路工程施工中常用的施工技術(shù)，在爆破的過(guò)程中，通過(guò)各種手段控制炸藥用量，能夠在一定程度上降低公路工程的總成本。但是從實(shí)際的施工情況來(lái)看，目前針對(duì)露天深孔爆破中不同裝藥技術(shù)對(duì)炸藥單耗影響的研究還不夠深入，因此本文針對(duì)這一課題進(jìn)行研究，以期露天深孔爆破能更好地運(yùn)用在公路基礎(chǔ)建設(shè)中。

1 研究露天深孔爆破中不同裝藥技術(shù)對(duì)炸藥單耗影響的意義

對(duì)露天深孔爆破中不同裝藥技術(shù)對(duì)炸藥單耗的影響進(jìn)行研究，不僅能夠優(yōu)化現(xiàn)有的爆破裝藥技術(shù)，還能幫助施工企業(yè)更好地控制采用人工直接投擲裝藥方式等產(chǎn)生的成本，對(duì)提升公路工程施工經(jīng)濟(jì)效益具有積極意義［1］。

結(jié)合實(shí)際施工情況來(lái)看，現(xiàn)行露天深孔爆破施工主要存在以下問(wèn)題。

第一，雖然采用人工拋投裝藥技術(shù)具有效率高、復(fù)雜性低的施工優(yōu)勢(shì)，但是這樣的裝藥方會(huì)增大炸藥單耗及施工成本，不符合新時(shí)期露天深孔爆破的發(fā)展要求。在這種情況下，探索不同裝藥技術(shù)對(duì)炸藥單耗的影響，并通過(guò)研究數(shù)據(jù)比對(duì)、圖形分析、參數(shù)優(yōu)化，提出綜合效益較高的露天深孔爆破裝藥技術(shù)，無(wú)疑對(duì)該行業(yè)的發(fā)展具有重要的價(jià)值［2］。

第二，現(xiàn)階段，我國(guó)爆破施工行業(yè)存在高污染的問(wèn)題，這與我國(guó)全面實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的目標(biāo)相悖，而對(duì)炸藥用量進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，達(dá)到既定爆破效果的同時(shí)降低炸藥用藥量，能夠在一定程度上控制環(huán)境污染問(wèn)題，這與我國(guó)的生態(tài)文明建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)不謀而合。

第三，露天深孔爆破施工最常用的炸藥是2#巖石乳化炸藥，其具有密度高、爆速大、猛度強(qiáng)、抗水性好、臨界直徑小和起爆感度好等一系列優(yōu)勢(shì)，密度可控制在1.05～1.25 g/cm3，爆速為 3 500～5 000 m/s，一般不需要利用火炸藥作為敏化劑，因此具有較高的安全性和環(huán)保性。但是，在露天深孔裝填炸藥的情況下，其需要采取非控制量的、安全危險(xiǎn)系數(shù)高的人工投擲裝藥方式，即工作人員將藥卷通過(guò)投擲的方式裝入預(yù)計(jì)爆炸的位置，當(dāng)炸藥到達(dá)孔底并與炮孔底部發(fā)生碰撞時(shí)，炸藥外部包裝將會(huì)破損，藥卷本身會(huì)出現(xiàn)軸向壓縮變形、長(zhǎng)度減小等變化，在這種情況下，炸藥一般都會(huì)集中在炮孔中下部，而留在炮孔中上部的炸藥藥量不足以產(chǎn)生預(yù)計(jì)的爆破效果，最終導(dǎo)致爆破效果不理想。

基于此，越來(lái)越多的爆破研究人員開(kāi)始深入探索露天深孔爆破中不同裝藥技術(shù)對(duì)爆破效果的影響［3］。從整體上看，在工程施工過(guò)程中采用較為先進(jìn)的爆破技術(shù)具有重要且現(xiàn)實(shí)的意義，既能夠減少炸藥的實(shí)際消耗量，也有利于提高工程施工單位的核心競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)能夠?qū)?duì)周邊環(huán)境的影響降至最低。

2 露天深孔爆破中降低炸藥單耗的裝藥技術(shù)

本文以天峨（黔桂界）至北海高速公路（巴馬至平果段）二分部取料場(chǎng)K37+700、天峨—北海公路巴馬至平果（巴馬至羌圩）項(xiàng)目經(jīng)理部三分部MK9+400～MK9+500、南寧至博白那卜段高速公路2標(biāo)一分部K133+600～K134+300安石互通等爆破施工項(xiàng)目為例，在對(duì)項(xiàng)目地質(zhì)資料及周邊環(huán)境進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，研究這類公路工程中的露天深孔爆破施工，并總結(jié)了降低炸藥單耗的裝藥技術(shù)。

2.1 增加深孔爆破自由面?zhèn)€數(shù)

施工人員在總結(jié)以往的施工經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，自由面的個(gè)數(shù)對(duì)炸藥單耗會(huì)產(chǎn)生一定的影響，增加露天深孔爆破的自由面?zhèn)€數(shù)是降低炸藥單耗比較行之有效的措施。在公路工程施工中，施工單位首先需要確定爆破施工區(qū)域，然后對(duì)該區(qū)域內(nèi)的巖石特性進(jìn)行仔細(xì)勘察，根據(jù)不同的巖石特性對(duì)炸藥性能參數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，并在此基礎(chǔ)上科學(xué)地增加自由面?zhèn)€數(shù)。

2.2 改變網(wǎng)孔參數(shù)

露天深孔爆破施工的難度非常大，在爆破中巖石結(jié)構(gòu)最終被破碎到何種程度，取決于炮孔裝藥量和炸藥本身的性能等，爆破后的巖石碎塊越小，表明爆破效果越好，炸藥單耗越低，則爆破施工經(jīng)濟(jì)效益越突出。在露天深孔爆破的過(guò)程中，炸藥爆炸形成的能量表現(xiàn)在應(yīng)力波和氣體兩個(gè)方面，應(yīng)力波會(huì)順著巖石結(jié)構(gòu)的裂縫延伸到巖石內(nèi)部更深處，應(yīng)力波越大，則裂紋越明顯；膨脹氣體能夠?qū)Ξa(chǎn)生裂紋的巖石結(jié)構(gòu)造成更進(jìn)一步的破壞，從某種程度上來(lái)說(shuō)，應(yīng)力波越強(qiáng)、膨脹氣體越大，巖石結(jié)構(gòu)的破碎程度就越高，產(chǎn)生大塊巖石結(jié)構(gòu)的可能性就越小。因此，想要保證爆破效果、控制炸藥單耗，施工人員可采用大孔底距、小抵抗線的孔網(wǎng)參數(shù)，讓炸藥產(chǎn)生的應(yīng)力波實(shí)現(xiàn)疊加，以更少的炸藥單耗達(dá)到最大化的爆破效果。

2.3 調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)

目前，爆破施工中較為常見(jiàn)的裝藥結(jié)構(gòu)為耦合裝藥和不耦合裝藥，其中不耦合裝藥又分為軸向不耦合裝藥（間隔裝藥）和徑向不耦合裝藥。耦合裝藥，即炮孔內(nèi)采取連續(xù)裝藥且炸藥與孔壁不留空隙，一般采用炮棍將炸藥輕輕搗實(shí)，或者采用粉狀膨化硝銨炸藥，或者在現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥。軸向不耦合裝藥，即在炮孔底部連續(xù)裝藥，中部用空氣袋或水袋或惰性材料作為間隔材料，使孔內(nèi)炸藥軸向不耦合。徑向不耦合，即炮孔存在介質(zhì)使炸藥和孔壁不直接接觸，控制藥柱的直徑小于炮孔的直徑，炸藥與孔壁之間充填空氣或水或惰性材料。通常，徑向不耦合裝藥方法為連續(xù)吊裝小于炮孔直徑的乳化裝藥。實(shí)際施工中，要對(duì)炮孔裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇和調(diào)整，在條件允許的情況下應(yīng)盡可能地增加炮孔的裝藥高度，讓炸藥更加分散，提升其爆破效果，最終達(dá)到降低炸藥單耗的目標(biāo)。在調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，要根據(jù)裝置的實(shí)際情況選用合適的方式，操作人員也要遵守操作流程，避免在裝藥過(guò)程中發(fā)生安全事故。

2.4 間隔裝藥

間隔裝藥的實(shí)施要點(diǎn)如下。

第一，要合理選擇間隔位置，目前常見(jiàn)的間隔位置類型主要有上部間隔、中部間隔、孔底間隔3種。間隔位置的變化會(huì)對(duì)爆破效果產(chǎn)生不同的影響，因此施工人員必須結(jié)合爆破施工目標(biāo)和巖石結(jié)構(gòu)特性等適當(dāng)?shù)剡x擇間隔位置，進(jìn)而達(dá)到較好的爆破效果，同時(shí)降低炸藥單耗。根據(jù)施工人員的研究結(jié)果來(lái)看，孔底間隔容易導(dǎo)致較為明顯的根底現(xiàn)象，上部間隔可能導(dǎo)致破碎后的巖石結(jié)構(gòu)體積過(guò)大等，而中部間隔的裝藥方式比較合理。因此，在沒(méi)有特殊要求的爆破施工中，應(yīng)盡量選擇中部間隔的裝藥方式。

第二，要合理選擇間隔長(zhǎng)度，間隔長(zhǎng)度和巖石的破碎效果成反比關(guān)系，簡(jiǎn)而言之，間隔長(zhǎng)度越大，則破碎程度越小，但是這并不意味著可以無(wú)限增加間隔長(zhǎng)度，在超過(guò)間隔長(zhǎng)度臨界值以后，破碎程度將不再受間隔長(zhǎng)度的影響。所以，工作人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工條件和巖石特性確定合理的間隔長(zhǎng)度臨界值，在此基礎(chǔ)上控制間隔長(zhǎng)度。

第三，在選擇中部間隔的裝藥方式后，工作人員需要根據(jù)爆破場(chǎng)地的大小、爆破巖石的結(jié)構(gòu)特征等，按照炮孔數(shù)量設(shè)計(jì)炮孔位置，讓炮孔位置前后排錯(cuò)開(kāi)，從而達(dá)到提升爆破效果的目的，進(jìn)而降低炸藥單耗。操作人員通過(guò)合理采用間隔方式能夠進(jìn)一步提高爆破效果，也有利于降低炸藥的消耗量，在提高作業(yè)質(zhì)量和效率的同時(shí)，也能節(jié)約施工成本。

3 爆破效果和經(jīng)濟(jì)效益分析

從爆破效果來(lái)看，優(yōu)化后的爆破參數(shù)起爆的效果相對(duì)于優(yōu)化前的爆破參數(shù)起爆的效果要好，主要體現(xiàn)為碎石均勻、爆堆整齊，利于后續(xù)施工。從表1中的數(shù)據(jù)可知，在相同的條件下進(jìn)行裝藥，孔深為15 m時(shí)，采用連續(xù)吊裝藥炸藥單耗可降低0.12 kg/m3，按炸藥單價(jià)15元/kg計(jì)算，爆破施工成本降低約1.80元/m3；孔深為30 m時(shí)，采用連續(xù)吊裝藥炸藥單耗可降低0.11 kg/m3，按炸藥單價(jià)15元/kg計(jì)算，爆破施工成本降低約1.65元/m3。

表1 經(jīng)濟(jì)效應(yīng)對(duì)比分析

此外，施工單位管理層應(yīng)當(dāng)高度重視露天深孔爆破中不同裝藥技術(shù)對(duì)降低炸藥單耗的研究，在實(shí)際工作過(guò)程中對(duì)先進(jìn)的爆破技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)與升級(jí)，并不斷拓展其應(yīng)用空間。

4 項(xiàng)目實(shí)踐研究總結(jié)

第一，針對(duì)深孔爆破中不同裝藥技術(shù)的爆破效果的研究。對(duì)露天深孔爆破中不同裝藥方法和機(jī)理進(jìn)行分析，著重分析采用吊裝藥、間隔裝藥、混合裝藥等裝藥技術(shù)的爆破效果，在巴平路二分部K37+700取料場(chǎng)、南湛路2-1分部K133+600～K134+300安石互通現(xiàn)場(chǎng)研究試驗(yàn)了露天深孔爆破中采用乳化炸藥吊裝藥、間隔裝藥、混合裝藥等不同裝藥技術(shù)的應(yīng)用效果，根據(jù)研究結(jié)果，對(duì)露天深孔爆破中不同裝藥技術(shù)在不同孔深、不同巖性的情況下產(chǎn)生的爆破效果進(jìn)行總結(jié)歸納，并以此為基礎(chǔ)對(duì)裝藥技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

第二，針對(duì)深孔爆破中使用不同類型炸藥的爆破效果的研究。為進(jìn)一步確定露天深孔爆破情況下，不同種類炸藥可能對(duì)爆破效果產(chǎn)生的影響，在巴平路二分部K37+700取料場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)研究試驗(yàn)了不同類型的炸藥在露天深孔爆破的應(yīng)用效果［4］。在這個(gè)過(guò)程中，嘗試?yán)门蚧蹁@炸藥代替常規(guī)使用的巖石乳化炸藥進(jìn)行爆破施工，同時(shí)調(diào)整了裝藥技術(shù)和裝藥條件等因素，根據(jù)不同類型炸藥在露天深孔爆破中不同孔深、不同巖性的產(chǎn)生的爆破效果，提出了進(jìn)一步優(yōu)化裝藥技術(shù)的新思路。為確保實(shí)驗(yàn)研究的準(zhǔn)確度，計(jì)劃后續(xù)在巴羌路三分部MK9+400～MK9+500取料場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，通過(guò)了解不同類型炸藥、不同的裝藥技術(shù)的應(yīng)用效果，更準(zhǔn)確地分析采用膨化硝銨炸藥在露天深孔爆破中不同孔深、不同巖性的爆破效果。

第三，針對(duì)深孔爆破中不同裝藥技術(shù)的參數(shù)設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究。不同裝藥技術(shù)必然會(huì)對(duì)露天深孔爆破的炸藥單耗產(chǎn)生一定的影響，為了進(jìn)一步明確參數(shù)變化與炸藥單耗變化的關(guān)系，進(jìn)行了針對(duì)深孔爆破不同裝藥技術(shù)的參數(shù)設(shè)計(jì)的研究，主要根據(jù)巴平路二分部K37+700取料場(chǎng)、南湛路2-1分部K133+600～K134+300安石互通爆破現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況（巖石性質(zhì)、巖層情況、炮孔狀態(tài)、防護(hù)等級(jí)等），選擇爆破裝藥技術(shù)，確定爆破參數(shù)設(shè)計(jì)。此處提到的參數(shù)主要為炮孔方向、炮孔直徑、最小抵抗線、孔距、排距、炸藥單耗、裝藥長(zhǎng)度、堵塞長(zhǎng)度等，根據(jù)不同參數(shù)下爆破施工產(chǎn)生的環(huán)境污染情況和爆破效果，對(duì)裝藥技術(shù)和爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化［5］。

第四，針對(duì)深孔爆破中采用不同裝藥技術(shù)對(duì)炸藥單耗及成本影響的研究。炸藥單耗最終會(huì)對(duì)工程的總成本產(chǎn)生影響，對(duì)露天深孔爆破中采用不同裝藥技術(shù)對(duì)炸藥單耗的影響進(jìn)行研究，很大程度上也是為了控制爆破成本，因此有必要進(jìn)行針對(duì)不同裝藥技術(shù)下的炸藥單耗及成本的研究。工作人員通過(guò)對(duì)不同裝藥技術(shù)下的炸藥單耗及成本進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，明確不同裝藥技術(shù)對(duì)炸藥單耗及成本的影響，并最終提出了可以降本增效、精細(xì)化控制的露天深孔爆破技術(shù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)在短短幾十年間建成了世界上規(guī)模最大的公路網(wǎng)，為廣大人民群眾創(chuàng)造了極其便利的出行條件。露天深孔爆破施工是確保公路工程順利施工的重要施工工藝之一，不同的裝藥技術(shù)對(duì)炸藥單耗有著重要的影響。因此，在對(duì)不同裝藥技術(shù)的爆破效果進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出通過(guò)增加自由面?zhèn)€數(shù)、改變孔網(wǎng)參數(shù)和調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)等措施降低炸藥單耗，這些措施在具體工程實(shí)踐中已證明是有效且可行的，本文的研究可為施工企業(yè)后續(xù)的爆破施工提供有價(jià)值的參考。