爆破技术在非洲地区的应用

庞龙

【摘 要】结合在刚果金的施工实践，介绍了非洲的爆破器材与功能，阐述了浅孔爆破和深孔爆破的基础理论和爆破参数的选取，列举了桥涵基坑开挖，石场开采石材的爆破实例。

【关键词】非洲；爆破器材；爆破参数设计

1.背景概述

随着国际建筑市场的变化和我国对非洲投资力度的加大，我集团公司在非洲市场占据了先机，在多个国家占有很大的市场份额。在路桥施工过程中难免会出现爆破这道特殊工序，尤其是在碎石母材的开采、桥梁基坑的开挖、石方路基开挖等项目中合理的使用爆破技术会很大的提高工效，并降低成本。

由于非洲国家的政治动荡，政府对爆炸器材管制较严，一般不会允许外国人独立进行爆破，而是指定经过政府审批注册的爆破公司进行，由他们负责设计和实施，由于他们的思维方式和我们的不同，他们有时往往把很简单的事情复杂化，所以我们中方的爆破技术人员一定要了解和参与他们的设计过程，才能真正的达到事半功倍的效果。

2.爆破技术简介

2.1爆破器材简介

非洲很多国家是十分落后的，不具有生产爆破器材的能力，例如刚果的民用爆破器材都来自赞比亚进口，爆破公司也只有一家（AEL公司），这些器材基本上采用欧美标准，和我们在国内常用的有所不同，只有了解它们的基本性能，才能做好爆破设计。

2.1.1雷管 Benchmaster

LENGTH：7.5M 长度7.5米（还有长度为12米，一般在潜孔钻作业，深孔爆破中应用）

DELAY PERIOD 500MS 是指延迟时间为500MS

其余的英语是说明包装数量、生产日期和箱子编号的。

照片中的金属管就是普通的雷管，用这可以引爆炸药，另一端的塑料卡子是在用导爆索起爆时连接导爆索的，一般我们不采用，我们常用连接雷管来引爆实现孔外微差。

2.1.2连接雷管 HANDMASTER TRUNKLINE

HANDMASTER TRUNKLINE连接雷管

LENGTH 6.0M 长度6.0M

DELAY PERIOD 延迟时间，左侧的是17毫秒，右侧是0毫秒。

HANDMASTER TRUNKLINE连接雷管 FIRE 起爆雷管

LENGTH 6.0M 长度6.0M

DELAY PERIOD 25MS 延迟时间25MS

塑料导爆管由高压聚乙烯，内外径分别为1.4和3mm的软管，内涂有Homocyclonite或黑索金为主的混合炸药，可用雷管、导爆索、火帽、引火头、起爆器等能产生冲击波的器材激发，很安全。该起爆法具有抗杂电、操作简单、作用安全可靠等优点。它和国内的毫秒雷管功能是基本一致的，只是在起爆雷管外部设置了一个连接原件，起爆时用以连接雷管端头的导爆管，一般可以连接5～6枚，（国内是绑扎连接，一般是捆扎30～50枚，有时会产生拒爆现象）这样控制了雷管的激发数量，保证了起爆质量，实践证明基本上可以达到100%的引爆。 这里用照片介绍0、17、25MS延时连接雷管，施工中还会遇到42毫秒的连接雷管，它们完成爆破的孔外微差。从外观上可以看出每个雷管外面都有不同颜色的连接原件，不同颜色是为了便于区分不同的延时长。

2.1.3起爆雷管 FIRE

导火线和火雷管的组合体，和国内的相比它的优点是雷管和导火线一次成型，保证了传导的成功率，另外只有一个点火头强制性地保证了导火线的长度，从而增加了安全性。见上面右侧图。

2.1.4炸药 EXPLOSIVE

炸药有箱装和袋装的两种，每个包装单位是25kg，箱装炸药是卷状炸药，常用药卷直径为30和65mm，袋装炸药为粉末炸药，和国内基本类似，不做多余的介绍。

2.2爆破设计基础

非洲路桥工程接触的爆破主要是碎石厂的深孔或浅孔台阶爆破、桥涵基坑的沟槽爆破，所以这里只阐述和这相关的理论和经验。

2.2.1爆破分类

在非洲地区的路桥施工过程中主要是利用钢钎炮和深孔爆破。

2.2.1.1钢钎炮（眼炮）

钢钎炮也就是浅孔爆破，通常是指炮眼直径和深度分别小于7cm和5m的爆破方法。一般情况下单独使用钢钎炮爆破石方是不大经济的，因为炮眼浅，用药少，每次爆破的量不多，功效较低，尤其是在非洲雷管较贵的情况下雷管的利用率低是不经济的；另外也不利于爆破能量的利用，由于眼浅，爆破时爆炸气体很容易冲出，变成不做工的声波，以致响声大而炸下的石方不多，个别飞石飞得很远。因此在施工过程中应尽可能少用这种炮型。但是，由于它比较灵活因而它又是一种不可缺少的炮型，在地形艰险及爆破量较小地段（如打水沟、开挖便道、基坑、二次破碎等）仍属必需，也是一种改造地形，为深孔爆破辅助的一种炮型。用药量可以按照装药长度LZ与炮眼深度之间的比值进行控制，即

LZ=（1/3～2/3）L

多临空面和阶梯地形，采用低限；临空面少，夹制力大，采用上限，但堵塞长度不得小于炮眼的1/5。

炮孔间距和排间距的选取可参考深孔爆破的选取方法。笔者认为孔间距一般选取孔深的1/2～2/3，排间距在不大于孔深的2/3，岩石较硬时可选取小值，此经验还需以后的施工中多多检验。

2.2.1.2深孔爆破

就是孔径大于75mm，深度5m以上，采用延长药包的一种爆破方法。炮孔需用大型的潜孔凿岩机或穿孔钻机钻孔，如用挖运机械清方可以实现石方施工全面机械化，是大量石方（万方以上）快速施工的发展方向之一。其优点是劳动率高，一次爆破的方量多。但由于需要用大型机械，故转移工地、开辟场地、修筑便道等准备工作都较复杂，且爆破后仍有10%～25%的大石块需进行二次爆破改小。进行深孔爆破，要求先将地面修成台阶，称为梯度。梯度的倾角最好为60°～75°，高度在5～15m之间。炮孔分垂直孔和斜孔两种。公路常用的炮孔直径D为100～150mm为宜。超钻长度h大致是梯段高度的10%～15%，岩石坚硬取大值。

垂直炮孔的深度等于梯段高度H和超钻深度h之和，斜孔的深度等于梯段斜长H加上超钻长度h，底板抵抗线W根据笔者多次爆破的总结可根据下列公式选取：

W=（30～50）D，D为炮孔直径，当岩石坚硬或者需要控制块度时取小值，当岩石较软或者追求的只是施工进度时可以选取大值。同时笔者认为靠近梯段边缘，第一排炮孔与梯段边缘的距离，可选（0.5～0.8）W，岩石较硬时可取小值，反之取大值，这样会取得更好的爆破效果。为了确保凿岩机作业安全，炮孔与梯段边缘的距离应大于2～3m，否则需调整W值。

炮孔间距a=（0.6～1.4）W，多排孔时，排间距b可取b=W。可以按照下式计算单孔用药量：

Q=eKWHa kg

e 为系数，当松动爆破时取0.33，标准抛掷爆破时取1，K为炸药单耗。

深孔爆破除需要正确选用设计参数和布孔外，对装药、堵塞等操作技术要求也比较严格。国外石方施工机械化程度较高，应尽量采用该种爆破方法。深孔爆破的单位耗药量为0.40～0.75kg/m3，平均每米钻孔爆落岩石11～20m3。因此，在有条件时应尽可能采用这种爆破方法。

2.2.2微差起爆

两相邻药包或前后排药包以毫秒的时间间隔依次起爆，称为微差爆破，亦称毫秒爆破。前面介绍的连接雷管（HANDMASTER TRUNKLINE）就是进行孔外微差爆破而采用的爆破器材。多发一次爆破最好采用毫秒连接雷管。当药量相等时其优点是：可以减震1/3～2/3左右；前排药包为后排药包开创了临空面，从而加强了岩石的破碎效果；降低了多排孔一次爆破的堆积高度，有利于挖掘机作业；由于逐发或逐排依次爆破，减少了岩石的夹制力，可节省炸药20%，并可增大孔距，提高每米钻孔的炸落方量。微差爆破的起爆顺序可根据断面形状和岩性及需要的抛掷方向确定，多排孔微差爆破是浅孔和深孔爆破的发展方向。

微差爆破各种起爆网络图（图中数字为起爆顺序）

a）直排依次顺序起爆法 b）直排中心掏槽起爆法

c）“V”形起爆网路 d）波形起爆网路

直排依次顺序起爆的方法连接简单，用的比较广泛，但爆炸石方沿轴线方向散布，石场装碴作业时挖装机械移动较多，不利于提高机械效率，笔者在石场开采爆破时建议采用“V”形起爆方法，这种起爆方法的碴子比较集中，有利于装碴作业。直排中心掏槽起爆法，结合光面爆破适用用路堑一次开挖成型，在路堑开挖中应用比较广泛。波形起爆使用于分散集中的控制爆破，笔者认为是“V”起爆的延长扩大应用。

2.2.3炸药单耗的选取

上面已经介绍了，浅孔和深孔爆破的孔深、孔距、排距和抵抗线的选取方法和基础原则，这里介绍炸药单耗的选取的经验数值表。下列表中的数值是非洲常见的岩石的炸药耗用量，炸药是指标准的岩石炸药。

常用单位耗药K值表

岩石名称 岩石等级 坚实系数 岩石密度 标准抛掷单位耗药量kg/m3

砂 Ⅰ 0.5-0.6 1500 1.8-2.0

坚实的粘土 Ⅳ 1.0-1.5 2000 1.2-1.5

泥灰岩 Ⅴ-Ⅵ 2.0-4.0 1900-2300 1.2-1.5

钙质砾岩 Ⅵ-Ⅶ 4.0-6.0 2200-2800 1.35-1.65

砾岩 Ⅵ-Ⅶ 4.0-6.0 2500 1.35-1.65

粘土质砂岩 Ⅵ-Ⅷ 6.0-8.0 2200 1.35-1.65

泥质页岩、石灰岩 Ⅵ-Ⅷ 6.0-8.0 2300 1.35-1.65

泥灰岩 Ⅵ-Ⅷ 6.0-8.0 2500 1.35-1.65

石灰岩 Ⅷ-Ⅻ 8.0-16 2900-3100 1.5-2.4

钙质砂岩 Ⅷ-Ⅹ 8.0-12 2600 1.5-1.95

砂岩 Ⅷ-Ⅻ 8.0-16 2700 1.5-2.4

3.工程实例

笔者在刚果金卢卡卡公路施工过程中曾经设计和实施过桥涵基坑拉槽浅眼爆破和石场开采石方的深孔爆破，下面对它们分别进行简单的阐述。

3.1基坑爆破

介绍刚果金路卡卡公路K59+380桥台凹形基坑和条形基坑的简单的爆破设计。在基坑开挖过程中，这里遇到坚实完整的泥灰岩，用机械开挖方法不科学很浪费机时，刚好这里临近石场，经过测算决定利用爆破一次成型开挖基坑。

3.1.1桥墩条形扩大基础爆破

图中尺寸以厘米计

如上图基坑需要挖2.5m深，可见该爆破的典型的拉槽爆破，由于断面较窄两侧的夹制力很大，采用了微差爆破并“V”型起爆，利用前一排为后排提供临空面，每排的时间间隔为25毫秒。考虑到对基坑周边围岩的保护，周边预留了30cm的保护层。由于本次爆破是利用石场的潜孔钻所以眼孔直径为100mm，炸药采用了65mm直径的防水炸药，每孔装药是2.7kg，炸药单耗采用1.35kg/m3，属于标准的抛掷爆破。经过实践证明拉槽爆破，尤其是平坦地面下挖超过2m时，为了提高功效和提高眼孔的利用率，采用加强松动或者是标准抛掷爆破是比较合理的。

3.1.2凹形桥台基坑的爆破

由于桥台的基坑较大，采用光面爆破来保护基坑周边围岩，本次爆破的炸药单耗取0.8kg/m3，属于加强松动爆破，孔眼直径是100mm，周边眼装药1.6kg，掏槽眼装药2.4kg。

结合上述两例爆破，可以看出同样的地质情况，不同的断面尺寸，要采用不同的爆破方法，不同的炸药单耗，这需要在实践中的不断总结。

3.1.3爆破效果对比

左图为爆破前检查连接网路，右图为爆破后的情况。

3.2石场爆破

石场的爆破采用潜孔钻机施工，孔深6m， W=30D为3m，孔距取4m，则每米爆落岩石设计为12m3，炸药单耗取0.42kg/m3，每孔装药是30kg，前排的抵抗线取2m，前排每孔装药是20kg。这是简单的台阶爆破，不再重复阐述。由于单孔装药量较大，黑人爆破工程师喜欢逐发起爆，也就是说每个炮孔连接一个延时雷管，再依次相连，这样虽然减小了单响药量，减小了振动，但是增加了成本（每个延时雷管将近5美金）。由于石场爆破都是在野外进行，对振动引起的危害可以不考虑，笔者认为可以采用波形起爆，每个5个炮孔用一个连接雷管，这样就节省了80%的连接雷管，深孔爆破一次爆破300余孔，可节省直接成本1200美金，尤其是刚刚开孔时一次起爆千孔以上时节约的成本更是明显，这一点做为中方的爆破技术人员一定要多多和他们沟通。笔者在刚果金的第一次爆破时就发生这样的事情，他们不要我们中方人员靠近，不要中方人员连接，甚至还发生了口角，爆破公司爆破员也曾拒绝采用我的设计方案，但是经过多次沟通，他们还是采取了我们的方案，成本的降低是显而易见的。

左图为石场台阶爆破装药阶段，右图为爆破后的效果。

4.结束语

爆破并不是新技术，在国外进行爆破设计的前提是了解驻在国对爆破器材的管理办法，其次是知道每种器材的英文名字和功能，才能利用爆破理论进行设计。爆破一般要委托驻在国的公司完成，所以要实现自己的设计一定要注意和国外的工程师建立良好的合作关系，才能达到又快又省的目的。