用炸藥爆炸的能量破壞某種物體的原結(jié)構(gòu),并實現(xiàn)不同工程目的所采取的藥包布置和起爆方法的一種工程技術(shù)。這種技術(shù)涉及到數(shù)學 、力學、物理學 、化學和材料動力學、工程地質(zhì)學等多種學科。作為工程爆破能源的炸藥,蘊藏著巨大的能量。
工業(yè)炸藥必須用雷管才能引爆,比較安全。現(xiàn)代起爆方法有電和非電兩種方式:前者由電熱點燃電雷管內(nèi)的灼熱橋絲引爆炸藥;后者則由導火索的火焰或?qū)П?、導爆管傳遞的沖擊波引爆雷管,從而起爆藥包。
利用炸藥爆炸的能量破壞某種物體的原結(jié)構(gòu),并實現(xiàn)不同工程目的所采取的藥包布置和起爆方法的一種工程技術(shù)。這種技術(shù)涉及到數(shù)學、力學、物理學、化學和材料動力學、工程地質(zhì)學等多種學科。作為工程爆破能源的炸藥,蘊藏著巨大的能量。
由于巖石結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造的復雜性,以及被爆破介質(zhì)在動力作用下的響應(yīng)特征各異,還沒有一種切合實際的爆破理論能夠完滿地解釋爆破作用機理。多數(shù)學者認為流體動力學或應(yīng)力波反射理論較能反映爆破的實際狀況,然而在工程設(shè)計計算上,仍以經(jīng)驗公式為主。
經(jīng)驗公式是根據(jù)藥包重量和它所爆破的體積成正比例并出現(xiàn)漏斗狀爆破坑的關(guān)系建立的(圖1)
圖1
式中Q為藥包重量;K為單位耗藥量,是和介質(zhì)有關(guān)的系數(shù);W為最小抵抗線;n為爆破作用指數(shù),n=r/W為爆破漏斗底部半徑r與最小抵抗線的比值,當n=1.0時定義為標準拋擲爆破漏斗,n<1.0時為松動爆破,n>1.0時為拋擲爆破;f(n)為爆破作用指數(shù)函數(shù);R 為爆破作用半徑。
工業(yè)炸藥必須用雷管才能引爆,比較安全?,F(xiàn)代起爆方法有電和非電兩種方式:前者由電熱點燃電雷管內(nèi)的灼熱橋絲引爆炸藥;后者則由導火索的火焰或?qū)П鳌П軅鬟f的沖擊波引爆雷管,從而起爆藥包。兩種起爆方式都能做到由毫秒到秒量的時間間隔,按設(shè)計要求依次起爆每個藥包,而作為提高各種爆破效果的重要手段。
爆破作業(yè)的步驟是向要爆破的介質(zhì)鉆出的炮孔或開挖的藥室或在其表面敷設(shè)炸藥,放入起爆雷管,然后引爆。根據(jù)藥包形狀和裝藥方式的不同,爆破方法主要分為三大類:
爆破技術(shù)
在介質(zhì)內(nèi)部鉆出各種孔徑的炮孔,經(jīng)裝藥、放入起爆雷管、堵塞孔口、聯(lián)線等工序起爆的,統(tǒng)稱炮孔法爆破。如用手持式風鉆鉆孔的,孔徑在
在山體內(nèi)開挖坑道、藥室,裝入大量炸藥的爆破方法,一次能爆下的土石方數(shù)量幾乎是不受限制的,在每個藥室里裝入的炸藥有多達千噸以上的。中國四川攀枝花市獅子山大爆破(1971 )總裝藥量 10162.2噸,爆破1140萬米3,在世界上也是最大規(guī)模的大爆破之一。藥室法爆破廣泛應(yīng)用于露天開挖塹壕、填筑路堤、基坑等工程,特別是在露天礦的剝離工程和筑壩工程,能有效地縮短工期 ,節(jié)省勞動力,而且需用的機械設(shè)備少,并不受季節(jié)和地方條件的限制。
不需鉆孔,直接將炸藥包貼放在被爆物體表面進行爆破的方法。它在清掃地基的破碎大孤石和對爆下的大塊石作二次爆破等工作方面,具有獨特作用,仍然是常用的有效方法。
在上述三種爆破方法的基礎(chǔ)上, 根據(jù)各種工程目的和要求,采取不同的藥包布置形式和起爆方法,形成了許多各具特色的現(xiàn)代爆破技術(shù),主要有以下幾種。
爆破技術(shù)
又稱毫秒爆破,是40年代出現(xiàn)的爆破新技術(shù)。在雷管內(nèi)裝入適當?shù)木徣紕蜻B接在起爆網(wǎng)路上的延期裝置,以實現(xiàn)延期的時間間隔,這種系列產(chǎn)品間隔時間,一般以13~25毫秒為一段。通過不同時差組成的爆破網(wǎng)絡(luò),一次起爆后,可以按設(shè)計要求順序使各炮孔內(nèi)的藥包依次起爆,獲得良好的爆破效果。
微差爆破的特點是各藥包的起爆時間相差微小,被爆破的巖塊在移動過程中互相撞擊,形成極其復雜的能量再分配,使巖石破碎均勻,縮短拋擲距離,減弱地震波和空氣沖擊波的強度,既可改善爆破質(zhì)量,不致砸壞附近的設(shè)施,又能提高作業(yè)機械的使用效率,有較大經(jīng)濟效益,在采礦和采石工程中廣泛應(yīng)用。
50年代末期,由于鉆孔機械的發(fā)展,出現(xiàn)了一種密集鉆孔小裝藥量的爆破新技術(shù)。在露天塹壕、基坑和地下工程的開挖中,使邊坡形成比較陡峻的表面;使地下開挖的坑道面形成預計的斷面輪廓線,避免超挖或欠挖,并能保持圍巖的穩(wěn)定。
實現(xiàn)光面爆破的技術(shù)措施有兩種:一是開挖至邊坡線或輪廓線時,預留一層厚度為炮孔間距1.2倍左右的巖層,在炮孔中裝入低威力的小藥卷,使藥卷與孔壁間保持一定的空隙,爆破后能在孔壁面上留下半個炮孔痕跡;另一種方法是先在邊坡線或輪廓線上鉆鑿與壁面平行的密集炮孔,首先起爆以形成一個沿炮孔中心線的破裂面,以阻隔主體爆破時地震波的傳播,還能隔斷應(yīng)力波對保留面巖體的破壞作用,通常稱預裂爆破。這種爆破的效果,無論在形成光面或保護圍巖穩(wěn)定,均比光面爆破好,是隧道和地下廠房以及路塹和基坑開挖工程中常用的爆破技術(shù)。
50年代末和60年代初期,在中國推行過定向爆破筑壩,3年左右時間內(nèi)用定向爆破技術(shù)筑成了 20多座水壩,其中廣東韶關(guān)南水大壩(1960),一次裝藥 1394.3噸,爆破226萬米3,填成平均高為
定向爆破是利用最小抵抗線在爆破作用中的方向性這個特點,設(shè)計時利用天然地形或人工改造后的地形,使最小抵抗線指向需要填筑的目標。這種技術(shù)已廣泛地應(yīng)用在水利筑壩、礦山尾礦壩和填筑路堤等工程上。它的突出優(yōu)點是在極短時期內(nèi),通過一次爆破完成土石方工程挖、裝、運、填等多道工序,節(jié)約大量的機械和人力,費用省,工效高;缺點是后續(xù)工程難于跟上,而且受到某些地形條件的限制。
不同于一般的工程爆破,對由爆破作用引起的危害有更加嚴格的要求,多用于城市或人口稠密、附近建筑物群集的地區(qū)拆除房屋、煙囪、水塔、橋梁以及廠房內(nèi)部各種構(gòu)筑物基座的爆破,因此,又稱拆除爆破或城市爆破。
爆破技術(shù)
控制爆破所要求控制的內(nèi)容是:①控制爆破破壞的范圍,只爆破建筑物需要拆除的部位,保留其余部分的完整性;②控制爆破后建筑物的傾倒方向和坍塌范圍;③控制爆破時產(chǎn)生的碎塊飛出距離,空氣沖擊波強度和音響的強度;④控制爆破所引起的建筑物地基震動及其對附近建筑物的震動影響,也稱爆破地震效應(yīng)。
將炸藥裝填在海底或水下進行工程爆破的技術(shù),是和露天爆破相對的另一個領(lǐng)域。舉凡疏通航道,炸除礁石,拆毀水下沉船 、建筑物 ,開挖港口碼頭和航道基坑,以及處理碼頭堤壩的軟弱地基等類爆破,都屬于水下爆破的范疇。
水下爆破也和露天爆破一樣,都要用裸露鉆孔和藥室裝藥等方法實現(xiàn)爆破目的;不同的是水下施工比較復雜、困難,長期以來多由潛水員在水下進行鉆孔和裝藥等技術(shù)作業(yè)。工作范圍既受水深的限制,又受潮汐水流的影響,效果欠佳。
由于水作為介質(zhì)的阻力遠比空氣大,因此計算裝藥量時,必須考慮水的深度,才能保證爆破效果;同時水介質(zhì)傳播沖擊波的能力也遠大于空氣,附近若有其他水工建筑物時,多采取氣泡帷幕方法,降低水中沖擊波的峰值壓力,作為防護手段。
80年代以來,試驗成功了水下壓縮爆破方法,以水為傳播壓力的介質(zhì),壓實水下淤泥等類軟土地基,代替過去用機械船挖除淤泥的清基方法,既經(jīng)濟又方便,有效地擴大了水下爆破的應(yīng)用范圍。
不同于露天和水下爆破,通常是在一個狹窄的工作面上進行鉆爆作業(yè),因此,它的特點是裝藥量少或使用低威力的炸藥,多炮眼,裝藥量分散,爆破作用力均勻分布,屬于前述松動爆破的情況,最大限度地減少對圍巖的破壞程度,技術(shù)上的要求比較嚴格。
爆破技術(shù)
地下爆破從技術(shù)上可分為兩種:一是起掘進作用的掏槽爆破。其目的是在只有一個臨空面的條件下,首先在工作面中央形成較小但有足夠深度的槽穴,這個槽穴是整個地下坑道、隧道等施工開挖中的先導。掏槽爆破的炮孔布置方法很多,必須根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造、斷面大小和施工機械等條件,確定良好的掏槽眼(孔)的布置形式。二是要使地下坑道造成一定橫斷面形式的成形爆破。這種布孔法稱周邊孔,也稱刷幫爆破。爆破的作用力是在兩個臨空面上均勻分布的,除了要使炸落的巖石塊度均勻,便于清渣,拋置不太遠,不致打壞支撐等以外,還應(yīng)保證坑道開挖限界外的圍巖受到最小的破壞,以減少超挖的數(shù)量。
隨著地下工業(yè)的發(fā)展,為開挖地下飛機場、庫、廠房等大面積空間的工程,使地下爆破技術(shù)也逐漸向大規(guī)模的大鉆孔爆破技術(shù)發(fā)展。但目前地下大爆破技術(shù)經(jīng)驗較少。自從光面、預裂爆破技術(shù)應(yīng)用于地下工程以后,促進了錨桿噴混凝土支護技術(shù)的發(fā)展,每次爆破的超挖量減少到了最低量,圍巖的穩(wěn)定性大為增加,使地下工程收到很大的經(jīng)濟效益。