“T”型防护装置爆破技术的研究与应用

凌文杰 周祥云

摘 要：炸药在岩体中爆炸会产生很多爆破性危害，如爆破振动、爆破飞石、爆破粉尘、爆破炮烟等。后两种危害会产生一定的环境污染问题，但随着时间的推移这种危害会逐渐消除。但爆破振动和爆破飞石控制不当则会引发严重的事故，对周围环境、设备、建筑造成危害，甚至危及到工作人员及周围人员的生命安全。针对爆破危害，提出“T”型防护装置爆破技术，旨在将爆破危害控制在有限的范围内。

关键词：主动防护；爆破飞石；爆破振动；本质安全

中图分类号：TU715                                文献标识码：A                                 文章编号：2096-6903（2023）06-0036-03

0 引言

為维护人民生命安全和财产安全，减少对周边环境影响，有必要开展高速公路复杂环境深孔爆破技术应用与研究。研究高速公路复杂环境中实施爆破作业的规范和安全规定，及其影响深度和广度，有利于减少爆破作业对周边环境的危害效应，完善建立爆破行业规范，加强爆破行业自律。

1 爆破飞石的产生与防护

1.1 爆破飞石的产生

爆破飞石是指在爆破作业过程中，炸药释放出的巨大能量，将砂石、泥土、杂物等物质从作业点或作业面抛掷到空中或沿地面的一种爆破危害。

爆破危害包括对人员（或牲畜）伤亡、建（构） 筑物损坏、机器设备损毁等方面。爆破飞石相当复杂，既包括设计方面的原因，又包括施工方面的原因。总结起来主要包括以下5项：①对被爆体材料的力学性质和内部结构了解不透彻。②抵抗线偏小或起爆时差过大等爆破参数存在较大误差。③爆破单孔装药量过大，或者炸药猛度、爆速过高，由此造成单耗过大。④未按照药量设计装药，施工操作不仔细，炮孔填塞未达到质量标准。⑤施工中网路连接不当，由此引发个别炮孔拒爆，最终改变了抵抗线方向[1]。

从飞石的形式来看，主要包括抛射和抛掷两种。研究发现，抛射飞石的影响因素多与被爆破介质结构有关，比如介质结构出现爆生裂隙，或结构中存在弱面。抛掷飞石多与爆炸剩余能量相关，比如装药过量或抵抗不足。一直以来，人们总想精确计算出爆破产飞石具体参数，但该数值受到爆破参数、装药量、装药结构、地质条件、气象条件、炸药填塞质量等众多因素影响[2]。事实上，想要精确计算出飞石的大小、距离、方向是不可能的问题。

通过分析爆破作业产生的原因、爆破飞石部位，并采取主动防护措施，能起到较好的防护作用，可最大限度控制爆破飞石效果。同时还能对爆破作业产生的振动进行控制，避免由此对周围环境产生破坏性影响。

1.2 爆破飞石的计算方法

虽然飞石飞行的距离和方向不能精确算出，但结合爆破飞石的众多因素，通过计算能估算出主要数据。针对重点部位进行防护，比如划定相应的警戒范围。实际应用中，多根据简化弹道学公式，爆破飞石距离计算公式如式（1）（2），能计算出飞散物最大水平抛射距离。

Smax=f1f2v02sin2α/g                                                    （1）

v0= Q2/3/W2                                                               （2）

式中：f1为防护系数，防护1层数值取2，防护2层时数值取1，防护3层时数值取0.5；f2为介质种类系数；α为飞石抛射角；V0为初始速度，单位为m/s；g为重力加速度，单位为m/s?；Q为单孔最大装药量，单位为kg；W为距保护目标最近处装药最小抵抗线，单位为m。

1.3 爆破飞石的主动控制和防护措施

1.3.1 飞石的控制与防护

具体包括以下4个要点：①进一步优化爆破参数。爆破时选择科学的孔（排）距离、合理的炸药单耗量和最小的抵抗线。②钻孔控制。根据设计严格控制钻孔数据，保证填塞的密实和连续。③爆破设计需掌握被爆体的具体数据，如结构、性质、软弱部位等。如果时间等条件具备，可以进行小规模试爆，以此掌握更多数据。④装药及其他[3]。针对特殊部位可以选择不耦合装药，非连续装药，或者根据实际情况调整延期时间等。

1.3.2 被动防护措施

具体包括以下3点：①覆盖保护。通过覆盖防护材料，如草袋、车胎、竹笆等材料，对爆破体进行被动性防护（尤其是炮眼等部位），以降低飞石发生的概率和严重程度。②近体防护措施。针对爆破附近的建筑体、道路、耕田等设置防护装置。通过遮挡降低爆破产生的飞散物带来的损伤，遮挡物多选用条笆或竹笆等。③针对重点防护对象做好缓冲和防护工作，一般使用棉被、竹笆等对防护物品进行遮挡和覆盖。是拆除较高的山体或建筑物时，需尽量减少触地振动和触底反弹，可在抛石落地处铺设砂、土等垫层进行保护。

1.3.3 其他防护

采用主动与被动防护后，还需要做好安全警戒工作，并且相关工作人员要做好人身防护工作。安全警戒范围必须超过飞石最大飞散范围，从而提升爆破的安全性。

2 “T”型爆破主动防护装置作用

本次研究采用了“T”型爆破主动防护装置，其作用如下7方面：①防止炮孔爆破冲孔；②杜绝抛掷爆破产生；③减少对周边环境影响；④减少爆破空气冲击波；⑤加强炸药爆生气体二次做功；⑥减少有毒有害气体溢出地层地表土壤，强化含氮有用气体与土壤有效中和，减少对空气毒害；⑦减少爆破用炸药量，达到减少CO2排放，达到碳达峰碳中和的国家政策。

3 爆破理论基础

3.1 岩石爆破及相关知识

爆炸包括物理爆炸（锅炉爆炸、气球爆炸）、化学爆炸（炸药爆炸、瓦斯爆炸）、核爆炸（核裂变、核聚变）3大类。

本次研究目标为炸药爆炸（化学爆炸）。炸药爆炸从爆炸的基本特征来看，包括了“一大，二块，三多”。爆炸过程中会释放大量的热量，一般矿用炸药爆炸时的放热量为700～1500 kcal/kg。爆炸过程中的反应与传播速度非常快。爆炸时的爆点仅为几微秒或几十微秒之间，单位时间威力极大，做功能力非常强。爆炸时生成的气体非常多，通常1kg工业炸药能产生700～1000升气体。

炸药按组成部分划分为单质炸药和混合炸药，按用途劃分为起爆药、猛炸药和发射药等。爆炸时炸药的保温达到最高值，单质炸药一般在3000～5000°C。矿用混合炸药一般在2000～2500°C之间。岩石爆破多选择铵梯炸药（硝酸铵+TNT），其主要成分为氧化剂、松散剂、防潮剂等，一般岩石爆破采用1号、2号、2号抗水、3号抗水和4号抗水等岩石铵梯炸药[4]。岩石铵梯炸药有效期多在6个月，制成直径多为27 mm、32 mm、35 mm、38 mm等规格，质量主要包括100g、150g、200g药卷。药卷一端为平顶，另一端为内凹形（聚能穴）。

3.2 岩石爆炸应力波

炸药在岩体中爆炸所激起的应力扰动的传播称为爆炸应力波与表面波。这种爆炸应力波在岩体中为脉冲波，不具有周期性，能对岩石造成不同程度地破坏作用。炸药在炮孔内发生爆炸，产生大量高温高压气体膨胀做功，达到破裂岩体、抛掷岩体。除了岩体钻孔中炸药爆炸产生的爆炸应力波对岩体作用，还存在大量高温高压气体膨胀做功，故岩体钻孔中炸药爆炸作用分为内部作用和外部作用。但岩体特性为抗压不抗拉，在爆炸应力波和爆生气体的循环作用下，岩体产生裂隙并破碎，岩体碎块被爆炸气体抛出。

3.3 炸药在岩石中爆破的破坏模式

具体有以下5种：①炮孔周围岩石的压碎作用；②径向裂隙作用；③卸载引起的岩石内部环状裂隙作用；④反射拉伸引起的“片落”和引起径向裂隙的延伸；⑤爆炸气体扩展应力波所产生的裂隙。

4 “T”型主动防护装置工艺和技术性文件

4.1 “T”型防护装置图

“T”型防护装置最下部为起爆雷管，其上部依次为：起爆炸药、炸药、孔内沙袋、空口沙袋、雷管脚线、覆盖防护。该装置不仅能够保障爆炸效果，还能有效控制冲击波对岩体上部的扰动，有效降低飞石和散落物的产生。其中，孔内沙袋和空口沙袋，以及空口覆盖物能杜绝抛掷爆破的发生，对于周围环境影响较少，还能保证爆炸生成气体的二次做功。“T”型防护装置图如图1所示。

4.2 安装装置操作流程与流程图

第一步，炮孔内按照炮孔设计参数装好炸药并引出雷管脚线，固定好。第二步，采用测量绳子复测填塞长度，校准填塞深度。第三步，采用铲子铲入粗细混合堵塞料（孔口凿岩岩渣），为0.3m。第四步，紧接着放入袋装砂袋（见图2）。第五步，随即填入0.1填塞长度的孔口凿岩岩渣。第六步，紧接着放入第二个孔内砂袋。第七步，及时将炮孔填塞，填满至孔口。

4.3 安全操作规定

4.3.1 一般规定

在安装孔内第一个沙袋时，先填入0.2m 长度炮孔的砂子。在安装第一个沙袋之后，再填入0.2m 长度炮孔的砂子。在安装沙袋和填塞时，保护好脚线。孔外覆盖沙袋应将孔口全覆盖，覆盖物中心应对应孔口中心。

4.3.2 人工装药

具体注意事项有以下5点：①人工搬运炸药、雷管等爆破器材时应遵守《爆破安全规程》的规定，起爆体、起爆药包应由技术员和爆破员制作，携带、运送。②炮孔装药应使用木质或竹制炮棍，炮孔应防静电。③不应往孔内投掷起爆药包和敏感度高的炸药，起爆药包装入后应采取有效措施，防止后续药卷直接冲击起爆药包。④装药发生卡塞时，若在雷管和起爆药包放入之前，可用非金属长杆处理。装入雷管或起爆药包后，不应用任何工具冲击、挤压。⑤在装药过程中，不应拔出或硬拉起爆药包中的导爆管、导爆索和电雷管脚线[5]。

4.3.3 注意事项

炮孔孔口固定雷管脚线牢固，不得让脚线掉入孔内。如果孔内炸药装多，则在保护雷管安全前提下，将多余炸药勾出。如果孔内炸药实际装药较少，则需要注明原因。所用钩子为防静电炮棍制作而成。

5 “T”型主动防护装置爆破技术应用与分析

涉及爆破作业的工程项目，实施爆破作业过程，影响爆破飞石和产生的爆破飞石的原因是多方面的，情况也就比较复杂。在当前所具有的爆破理论知识，很难有一个常规的爆破系统理论来对其进行分析或解释。根据众多爆破施工现场经验和实践经验统计显示，爆破作业过程中爆破飞石的产生部位主要有堵塞段（可见爆破漏斗内）、孔口和最小抵抗线3处。

6 结束语

在广西基础建设高质量发展，随着高速公路的路基开挖、路堑爆破等，均涉及爆破作业现场安全技术。必须减少爆破危害效应对周边居民房、工厂、学校、林地、农田、果园等影响，控制或杜绝爆破飞石对周边环境影响。

采用“T”型防护装置爆破技术应用，可对爆破技术水平提高和实现爆破作业一体化提供借鉴和技术保障，达到以下作用：①源头杜绝爆破飞石。②主动控制飞石。③实现爆破飞石杜绝，实现本质安全。④保护周边环境，保护周边居民房的安全，保护周边居民生命安全，确保人民群众的财产不损失。⑤安全效益。企业安全效益。⑥通过该技术推广与应用，在深孔爆破，特别是露天石场台阶爆破，杜绝爆破飞石的危害，确保爆破作业安全意义重大。

参考文献

[1] 詹锦明.岩石路堑边坡爆破施工控制[J].兰州工业高等专科学校学报，2005，12（2）：47-50.

[2] 谭咸松，张文新，李云涛.海域围堰基坑内基岩与孤石爆破施工技术研究[J].路基工程，2019（2）：206-211.

[3] 商令国，商祥民，商兆平，等.复杂环境的浅孔控制爆破[J].工程爆破，2017，23（4）：72-74.

[4] 叶朝良，张天宇.徐淮场路堑近邻建（构）筑物爆破安全防护技术[J].工程爆破，2018，24（2）：27-33.

[5] 刘公宁.免覆盖无飞石爆破拓宽既有路堑施工方法[J].施工技术，2005，34（4）：73-74.