裂隙岩体毫秒延时与空气间隔装药爆破关键参数优化研究

方 钊，殷 同，周建敏



裂隙岩体毫秒延时与空气间隔装药爆破关键参数优化研究

方 钊1,2，殷 同1,3，周建敏4

(1.南京理工大学，江苏 南京 210000；2.遵义市公安局治安管理支队，贵州 遵义市 563000；3.贵阳市公安局，贵州 贵阳 550002；4.保利新联爆破工程集团有限公司，贵州 贵阳 550002)

为提高裂隙岩体爆破效果，以贵州省某道路施工爆破工程为背景，在爆破施工现场进行毫秒延时与空气间隔装药爆破试验。毫秒延时爆破试验结果表明，随着延时加，毫秒延时爆破的平均块度和最大块度呈先下降后上升趋势。其中，60 ms延时爆破产生的平均块度为15.8 cm，最大块度为49.11 cm，获得的爆破效果最好。空气间隔装药爆破试验结果表明，随着空气间隔比例的增大，各组爆破产生的平均块度和最大块度呈现增加趋势，且当间隔比例超过20%后，其大块的增幅较为明显。因此，裂隙岩体毫秒岩石爆破的最优延期时间建议为60 ms，空气间隔装药爆破的最佳空气间隔比例建议为10%~15%。

裂隙岩体；微差爆破；块度分布；延期时间；空气间隔装药

大量工程实践表明，毫秒延时爆破和空气间隔装药爆破技术对于改善爆破效果、降低爆破振动效应具有重要作用[1−3]。其关键在于延期时间的合理选择。过短的延期时间容易导致前爆药包起爆后未能及时形成新的自由面，不利于后爆药包岩体破碎；过长的延期时间则容易导致后爆药包无法充分利用前爆药包爆炸所剩余的能量，不利于岩块的二次碰撞破碎[4−6]。因此，为提高裂隙岩体的爆破效果，必须要确定毫秒延时爆破最优的毫秒延期时间。

当采用空气间隔装药爆破时，若空气间隔比例过小，会导致冲击波持续时间过短，影响整体爆破效果；而间隔比例过大，势必导致大块率增加[7−8]。总的来说，节理裂隙的存在改变了岩体的结构强度，直接影响着爆破过程中炸药与岩石的相互作用，对爆破效果的影响不容忽视。

本文以贵州省某道路施工爆破工程为试验对象，进行了裂隙岩体毫秒延时与空气间隔装药爆破试验。通过现场爆破效果对比，以确定毫秒延时爆破的最优延期时间和空气间隔装药爆破的最佳空气间隔比例。

1 毫秒延时爆破试验

现场爆破试验在贵州省某道路工程爆破施工区域进行，该工程的岩体主要由石灰岩组成。通过现场地质调查，该区域的岩体节理裂隙较为发育，节理裂隙的间距平均为30～40 cm，岩体整体上较为破碎，属于易爆性岩体(见图1)。

图1 工程典型地质条件

1.1 试验方案

现场的爆破孔网参数为孔径110 mm，孔距4 m，排距3.5 m，孔深12 m，最小抵抗线2.5 m，填塞距离3 m。现场采用三角形布孔，每次爆破布置3排炮孔，孔数为12个。试验布孔及起爆顺序见图2。

图2 试验布孔及起爆顺序

为研究不同延期时间裂隙岩体毫秒延时爆破对爆破效果的影响，选择延期时间分别为20，40，60，80 ms进行爆破试验。在保证每次工况一致的条件下，每种延期时间的毫秒延时爆破重复试验5次。

本试验采用爆破块度分布作为爆破效果的评价指标，其中包括爆破的平均块度和最大块度。通过拍照收集每次试验后的爆堆形态分布，采用Split-Desktop软件对爆堆图片进行块度分析，获得其爆破块度分布结果。

1.2 试验结果及分析

在爆破现场进行了20～80 ms 4组不同延期时间的毫秒延时爆破，获得了不同延期时间的毫秒延时爆破的部分典型爆破效果(见图3)。

每组爆破试验获得的块度分布取其平均值作为对比，通过平均计算得到不同延期时间毫秒延时爆破 块度分析结果(见表1)。其爆破块度分布曲线如图4所示。

(a) 20 ms；(b) 40 ms；(c) 60 ms；(d) 80 ms

表1 不同延期时间毫秒延时爆破块度分析结果

对比上述结果可知，各组试验的爆破块度主要集中在150 cm以内。其中0~20 cm块度的占比以60 ms延时爆破最佳，达到53.32%。其次是20，40和80 ms的延时爆破。只有80 ms的延时爆破产生了80 cm以上的块度。

通过软件分析，得到各组试验的平均块度及最大块度，分布情况如图5所示。

上述分析结果表明，随着延期时间的增加，毫秒延时爆破的平均块度和最大块度呈先下降后上升趋势。其中，60 ms延时爆破产生的平均块度为15.8 cm，最大块度为49.11 cm，获得的爆破效果最好。因此，建议毫秒延时爆破的最佳延期时间选择为60 ms。

2 空气间隔装药爆破试验研究

2.1 试验方案

为研究裂隙岩体混装炸药空气间隔装药爆破的最佳空气层比例，在现场进行了不同空气层比例的中部空气间隔装药爆破试验。各组试验均以5%的间隔比例为步长增加，主要分为10%、15%、20%和25% 4种不同空气层比例的空气间隔装药进行爆破试验。本文将炮孔装药段内空气间隔器的长度与整个装药高度的比值定义为空气间隔比例。现场试验条件与爆破孔网参数选择与前述毫秒延时爆破条件一致。

2.2 试验结果及分析

在爆破现场进行了10%~25% 4组不同空气间隔装药爆破试验，每组试验重复5次，部分典型爆破效果如图6所示。每组爆破试验获得的块度分布取其平均值作为对比，各组爆破块度分布结果如表2所示。图7为各组爆破平均块度及最大块度的分布情况。

根据以上分析结果可知：

(1) 当空气间隔装药爆破的间隔比例由10%增加到25%时，各组爆破产生的平均块度分别为15.98，37.63，54.12 cm和73.42 cm。结果表明，随着空气间隔比例的增大，其平均块度大小几乎呈线性增加。

(a) 20 ms毫秒延时爆破块度分布；(b) 40 ms毫秒延时爆破块度分布；(c) 60 ms毫秒延时爆破块度分布；(d) 80 ms毫秒延时爆破块度分布。

图5 各组试验的平均块度和最大块度分布

(2) 10%和15%间隔比例空气间隔爆破没有出现块也呈现增加趋势。且当间隔比例超过20%后，其大块的增幅较为明显。

(3) 对比各组爆破试验的平均块度、大块率分布情况可知，裂隙岩体中部空气间隔装药爆破的最佳间隔比例为10%~15%。

表2 各组试验爆破块度分布结果

3 结 论

本文结合贵州省某道路施工爆破工程实例，进行了裂隙岩体毫秒延时与空气间隔装药爆破试验，主要结论如下所示：

(a) 10%间隔比例；(b) 15%间隔比例；(c) 20%间隔比例；(d) 25%间隔比例

图7 各组爆破的平均块度和最大块度分布

(1) 随着延期时间的增加，毫秒延时爆破的平均块度和最大块度呈先下降后上升趋势。其中，60 ms延时爆破产生的平均块度为15.8 cm，最大块度为49.11 cm，获得的爆破效果最好。

(2) 空气间隔装药爆破实验表明，随着空气间隔比例的增大，各组爆破产生的平均块度和最大块度呈现增加趋势。且当间隔比例超过20%后，其大块的增幅较为明显。

(3) 在节理裂隙发育岩体中，采用空气间隔装药爆破的最佳间隔比例为10%~15%。

[1] 刘 庆,康 强,赵明生.孔内微差爆破数值模拟及试验研究[J].矿业研究与开发,2013,33(3):108−110.

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[7] 王冬兵,张建华.不同介质间隔装药爆破数值模拟[J].矿业研究与开发,2016,36(3):93−96.

(2018−09−21)

方 钊，男，贵州遵义人，主要从事民爆安全管理工作，Email: 377413454@qq.com。