深孔爆破飞石产生的机理计算及控制措施

兰 振

（金堆城钼业股份有限公司，陕西 渭南 714102）

1 爆破飞石产生的机理

爆破飞石是由于爆破中能量分配不均匀，岩块从抵抗线方向或薄弱带抛出，脱离爆堆而飞散到较远的地方。特别是当最小抵抗线较小时[1]，炸药爆炸生成的高温高压气体沿被爆岩体中的薄弱面高速喷出，携带其中被破碎的岩石碎块加速冲出,形成飞石。

通过实际爆破过程中飞石的现场观察,并结合理论上的判断,我们分析,飞石的产生存在以下机理:①炮孔堵塞缺陷，施工过程因水孔、冻孔造成堵塞质量不好，堵塞段长度不够、再加之爆区周边和孔口顶部破碎的岩石,高温高压的爆轰气体携带较多碎石冲出炮孔,形成冲炮,产生飞石[2]。②岩石结构不均匀，在断层、节理、软弱夹层等薄弱面时[1],爆轰气体通过薄弱岩层面集中冲出,导致过远的飞石或者前冲。③因爆破区域前排孔临空面下部被挖空,形成“伞檐”，导致局部抵抗线过小,岩体在破碎过程中,爆轰气体首先沿着最小抵抗线方向集中冲出[1]，并携带破碎岩石，从而形成飞石。④两个爆区衔接距离较大，导致前排孔抵抗线过大,炸药爆炸的能量不能完全推动前部岩体,而是先从抵抗较薄弱的孔口迅速泄出,导致冲天飞石。

2 爆破飞石的运动分析和理论计算

2.1 岩石抛掷示意图

根据地形情况及外弹道学原理[4]，可将爆破飞石运行距离分为两部分。一为飞石水平飞掷距离S1，二为飞石沿山坡向下坠落距离S2。（如图1示）

图1 岩石抛掷示意图

VO——岩石抛出时初速度，m/s；

VX——的水平分速度，m/s；

Vy——的垂直分速度，m/s；

α——飞石抛掷角，飞散最远的抛掷角为45°；

S1，S2，S——飞石各时间段水平飞散的距离，m；

h1——飞石最高点与1284平盘的高差，m；

h2——1284平盘与1164平盘的高差，m；

H——飞石最高点与1164平盘的高差，m。

2.2 岩石抛出初速度计算

式中：VO——岩石抛出时初速度，m/s；

Q——装药量，kg；取Q=430kg；

W——最小抵抗线，m；计算得W=6.5m；

计算得：VO=26.968m/s。

(2)飞石的水平速度：VX=VOCosα；

飞石的垂直速度：Vy=VOSinα；

2.3 岩石水平飞掷距离计算

(1)平坦地形，根据外弹道学原理，忽略空气阻力的飞石计算距离[4]

式中：S1——平坦地形岩石水平飞散距离，m；

VO——同上；

α——同上，取α=45°；

g——重力加速度，m/s2，取g=9.8。

(2)由于地形高差的影响，飞石向下坠落所增大的距离S2。如忽略空气阻力的影响，可按下式计算[5]：

式中：S1——平坦地形岩石水平飞散距离，m；

θ——最小抵抗线与水平线的夹角，计算θ=20°；

β——山坡坡角，β=40°。

(3)岩石水平飞散的总距离

式中：S——岩石水平飞散的总距离，m；

S1，S2，——同上；

3 飞石飞散经验公式估算[3]

L=20Kn2W

式中：L——飞石飞散距离，m；

K——安全系数，与地形、风向、岩性及地质条件有关，一般取1.5～2；

n——最大一个药包的爆破作用指数，取n=1.5；

W——最大一个药包的最小抵抗线，m；计算得W=6.5.

4 飞石控制工程实例

（1）周围环境。山顶标高1284m，山脚标高1164m，东侧有大片居民区，北侧紧邻公路干道和厂房，爆破区东距最近民房260m，北距最近厂房230m。见图2。

图2 爆区周围环境示意

（2）防护措施。①根据布孔区域岩性确定不同的孔网参数进行布孔。②施工前，认真校核周边孔抵抗线变化情况，及时调整装药量和装药方式。③选择起爆孔方向尽量避开民房和厂房，控制爆破飞石主方向，保证被保护对象避开飞石主方向。④采用爆破软件精心设计爆破网路，达到逐孔起爆，降低单响段最大药量。⑤对爆区周边孔采用间隔装药。⑥严格要求施工质量，确保充填质量，对堵塞不合格的炮孔进行孔口堆渣处理，使其堵塞达到设计要求。⑦由理论和生产经验来估算爆破飞石飞散距离。

5 爆后效果评价

由于距离近，爆破时周围民房均有振感，但因起爆网路控制得当，单响最大段药量分配合理，爆破飞石抛掷及滚动距离最远不超过200m，且民房没有产生裂隙、裂缝扩张或掉墙皮等不安全现象。

6 结语

山坡露天台阶深孔爆破飞石飞散较远，飞石距离除了进行抛掷飞散外，还要加上沿山坡滚动距离。虽然飞石产生的过程中不确定因素较多，量化难度大，但通过理论和经验公式计算，并采取恰当的防护措施，可以找到一个带有理论数据的防护方案，通过实践证明，该方案可作为控制飞石的理论依据，可有效地降低飞石的危害。