空气间隔装药在中深孔台阶爆破中的应用＊

魏 兴

（贵州新联爆破工程有限公司， 贵州 贵阳 550002）

1 间隔装药的理论研究与发展现状

间隔装药是在中深孔爆破中利用空气为间隔，进行轴向不耦合装药的爆破技术。与传统的中深孔连续装药相比，空气间隔装药技术更能有效地利用炸药爆炸释放的能量，有效地提高岩石的破碎效果和爆堆形态，对边坡控制也有一定改善。这主要是因为：空气间隔装药降低了爆炸冲击波的峰值压力，减少了炮孔周围岩石的过度粉碎；爆破冲击波在到达堵塞物或孔底后又返回到孔内间隔空气中，在冲击波的反复作用下，炮孔周围应力场得到了增强，应力波作用的时间延长；炮孔周围除了受到爆破冲击波的作用，还受到爆生气体所产生的静压力作用以及炮孔底部的应力波反射作用，当这两者的压力之和超过岩石的极限破碎强度时，岩石的原生裂隙将得到进一步扩展，并产生新的裂隙。空气间隔装药又可分为空气层在顶部、空气层在中部、空气层在底部3种情况，如图1所示。

图1 空气间隔装药示意

大量实践和研究表明［1－4］，空气间隔装药能克服连续装药爆破存在的诸多问题，在不改变爆破效果的情况下，降低了炸药单耗，提高了炸药能量的利用率，降低了爆破成本，而且能够降低爆破振动的强度，有效控制爆破的危害效应。前苏联采用空气间隔装药技术，使炸药的单耗降低了10%～30%，同时改善了爆破后碎块的抛掷程度和破碎效果；澳大利亚使用空气间隔装药技术控制了边坡的破碎程度，有效降低了炸药的使用成本；美国马里兰大学则利用动光弹的测试方法观测了聚异丁烯酸树脂中空气间隔装药的爆破效果，实验表明，空气间隔装药可以有效延长爆破冲击波对周围介质的作用时间［5］；南芬露天铁矿从2000年末开始使用底部空气间隔装药技术，有效控制岩石的破碎块度，降低了炸药单耗，提高了铲装效率，当年创造经济效益145万元［6］；歪头山铁矿从2002年开始使用空气间隔装药技术，降低了采矿的综合成本，截至2003年4月，创造经济效益100余万元。

目前，间隔装药技术及其理论研究正在不断完善，但在实际应用中也存在一些问题，本文将结合遵义新浦洪水台场地平整项目中空气间隔装药的实际情况，对空气间隔装药技术及其应用中存在的问题进行研究，为类似工程提供经验。

2 空气间隔装药在中深孔台阶爆破中的应用

遵义新浦新区洪水台场地平整项目爆区岩石为薄至中厚层灰岩，微风化，陡倾斜产出，走向北东，节理发育，泥质充填，局部风化严重有岩溶，从地表延伸数十米。断裂构造不发育，区域地块稳定性好。经现场多次踏勘，整个爆破开挖山体岩石普氏坚固系数f约为6～10，从岩石地质构造及岩石坚固系数上看较有利于爆破开挖。为了改善爆破效果，取得合理的爆破块度，避免或减少根底，决定采用空气间隔装药技术。

在实际爆破工程中，采用中间空气间隔装药技术，其中关键的一点是要保证底部装药量，底部装药长度不低于最小抵抗线的1.4倍。根据实际最小抵抗线W＝3m，则应保证底部装药长度不小于4.2 m，中间留空隙1.5m，上部装药长度最好不小于2.5m，加上堵塞3.0m，因此要求爆破台阶高度必须大于11m。

空气间隙爆破的具体操作是：在装好底部炸药后（包括起爆药包），将用尼龙绳捆紧的麻袋塞到孔内，并用竹竿送到计算好的孔深处，然后在孔口横拴一条小木棍，将尼龙绳绑在木棍上，以便固定悬吊的孔中麻袋塞。之后继续上部装药，并再装一个起爆药柱，堵塞等，如图2所示。

图2 空气间隔装药

在爆破台阶高度不够采用中部空气间隔爆破技术的情况下，除了适当增加孔网参数外，采用了底部耦合装药，上部不耦合装药。底部耦合装药的高度同样要大于最小抵抗线的1.4倍。装药方式为：底部装多孔粒状硝酸铵，而上部用直径为70mm的条状乳化炸药。采用吊装的办法，即用绳子将70mm炸药一条条的垒上，如图3所示。

从爆堆形态上看，采用中间空气间隔装药技术的爆堆抛掷有所减弱，但岩石爆破的块度更均匀，大块率有所降低。底板的平整度和残留的根脚率与耦合装药爆破的效果相差无几。从经济的角度来比较，孔径为90mm炮孔，平均延米装药量为5.5 kg／m，那么每个孔相比较可以少装9kg的炸药，每1kg炸药价格为8元，这样每孔可以节省炸药成本72元，扣除多用的1个非电导爆管雷管7元，则每个孔可以节省65元。假设矿山每天要爆破200个孔的话，那么采用空气间隙爆破相对可以为矿山节省13000元，这是相当可观的数目。

图3 不耦合装药

3 空气间隔装药技术的几个问题探讨

（1）空气间隔位置的选择。在实际爆破工程中，有底部空气间隔装药，中间空气间隔装药和顶部空气间隔装药，文献［7］指出在装药量不变的情况下，中间间隔装药的破碎效果要优于底部间隔装药的破碎效果。Moxon N T［8］等也认为空气间隔置于中间的装药结构其爆破效果要优于空气间隔置于其它位置的装药结构，但是在实际装药操作中，采用中间空气间隔装药结构则相当麻烦，而且要求两端同时起爆，这对起爆时间的控制和起爆器材都有较高要求。卢文波、朱红兵［7］等则通过理论分析和试验研究发现空气间隔层置于上部比较合理；刘振东［2］等从能量角度出发认为空气间隔层置于炮孔底部可以更好地利用爆破冲击波的能量、避免和减少留根底。也有其他学者认为空气间隔层置于炮孔底部可用于保护底板。

（2）空气间隔与炮孔装药的比值选取问题。Melnikov N V［9］等认为空气间隔应取炮孔内总体积的11% ～35%；Moxon N T［8］认为应取炮孔内总体积的15%～35%；国内部分学者认为当空气间隔体积为炮孔内总体积的30%～40%时爆破效果最好。卢文波、朱红兵［10］等运用一维冲击波理论推导了在中深孔台阶爆破中合适空气间隔层比例约为30%～42%。对于空气间隔层比例的选取，除了理论分析之外，更应该结合工程实际情况，根据被爆体的岩石性质、地质条件、钻孔直径、炸药类型等具体情况，确定合理的比值范围，并根据现场试爆情况和生产实际情况，灵活调整空气间隔层的比值范围。

（3）空气间隔装药情况下，在应力波加卸载作用下炮孔周围岩石动态损伤的演化问题。在进行空气间隔装药爆破时，由于空气间隔层的存在，使得炸药在爆炸后，会对炮孔周围岩石产生二次或反复加卸载的作用，从而加强了压力波造成的裂隙岩体的进一步破碎，其对炮孔周围岩体的破坏机理与连续装药有所不同，应对其进行更深入的研究，从而更好地利用应力波的二次或反复加卸载作用，提高岩体的破碎效果。

因此应根据具体情况对空气间隔装药的爆破参数进行研究，并根据实际爆破情况和爆破效果对爆破参数做适当调整，才能取得更好的爆破效果，为爆破施工带来更大的经济效益。

4 结 论

实践表明，空气间隔装药技术以空气为间隔，延长了炮孔中应力波的作用时间，降低了爆炸冲击波的峰值压力，改善了炮孔中应力波的作用效果，减少了炮孔周围岩石的过度粉碎，增大了应力波的作用时间，提高了炸药能量的利用率，在不改变爆破效果的同时，降低了单位岩石爆破的炸药单耗，为爆破工程带来了可观了经济效应。在实际应用中，要根据爆破工程的具体情况，在实践中不断探索总结，找到适合工程条件的爆破参数，实现最佳的爆破效果。

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［2］ 汪旭光，于亚伦，刘殿中.爆破安全规程实施手册［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］ 邓三才，唐其林.垂直深孔中部间隔装药技术在露天灰岩采石场的应用［J］.矿业研究与开发，2011，31（3）：94－96.

［4］ 张楚灵，姜建明，黄铁平.云浮硫铁矿底部间隔装药技术的应用［J］.采矿技术，2001，1（2）：64－65.

［5］ 辜大志，谢圣权，陈寿如.孔底空气间隔装药改善爆破震动和效果的研究［J］.采矿技术，2004，4（4）：64－66.

［6］ 刘振东，高毓山，谭永后.底部间隔装药结构在南芬露天矿的试验研究［J］.矿业快报，2002，385（7）：13－15.

［7］ 孙效先.深孔水间隔装药爆破在掘沟中的应用［J］.金属矿山，1997（8）：40－41.

［8］ Moxon N T，Mead D，Richar dso n S B.Airdecked Blasting Techniques：Some Collabo rativ e Ex per iments［J］.Transactions of the Institution of Mining ＆ Metallurgy，Section A：Mining Industry，1993，102：A25－A30.

［9］ Melniko v N V.Charg e Co nstr uctio n Influence on Explosion Operations Efficiency［R］.Reports of the VI science symposium on drilling，explosives，explo sion operations and study of phy sical and mechanical proper ties of rocks，（Rolla，USA），Gosgo rtekhizdat，1962.

［10］朱红兵，卢文波，吴 亮.空气间隔装药爆破机理研究［J］.岩土力学，2007，28（5）：986－990.