爆破有害效应控制方法与工程应用

爆破有害效应控制方法与工程应用

摘 要：文中叙述了目前国内外关于爆破有害效应控制的主要测试方法、手段，主要从爆破冲击波、爆破地震效应、爆破地震波、个别飞散物、 爆生有毒气体、粉尘的控制角度，探讨了爆破有害效应的控制措施，并通过工程实践，验证了爆破有害效应的控制措施的实用性。

关键词：爆破冲击波 爆破地震效应 爆破地震波 爆破飞散物 控制措施

一、引 言

爆破法是采矿、铁路、公路、水利等工程领域中开挖的主要方法，在一定时间是无法替代的。虽然高效、快速、安全和经济的爆破技术方法取得了突飞猛进的发展 , 且日趋成熟 , 但是爆破作业仍潜在的诸多不安全因素，会导致安全事故和爆破有害效应，影响爆区周边人员及财产安全，甚至影响矿山安全，引发滑坡、坍塌等地质灾害，引起瓦斯和粉尘的爆炸。因此爆破地震效应、爆破振动、爆破冲击波、个别飞散物及有毒气体等有害效应的控制设计已成为爆破技术设计的重点。为全面贯彻落实新国家方针政策，加强矿业领域生态文明建设，加快矿业转型和绿色发展，落实绿色矿山建设，这就要求在矿山企业在硬件方面投入的同时，要加强软件方面的投入，尤其在深孔爆破开采过程中，利用新技术、新方法、监测的技术方法，控制爆破有害效应，实现绿色爆破，提高经济社会效益。本文结合我公司矿山爆破施工的工程实践，分析爆破有害效应的控制技术方法。

二、爆破有害效应控制技术

2.1爆破地震效应的控制

炸药在岩石中爆炸时产生强烈的冲击波和应力波，随着传播距离的增加，逐渐衰减为地震波。地震波虽然不能使岩石破坏，但它会引起岩石的强烈弹性震动，从而使爆区周围建筑物出现破坏甚至倒塌现象，矿山边坡滑动。

国内外普遍采用速度或加速度作为爆破震动安全判据，但是考虑到地震加速度最大值主要反映高频成分的震动，结合决定结构震动反应和岩土工程震动反应与破坏的震动载荷的因素，取爆破震动的振动速度特征参数作为爆破震动安全判据是合理的。

美国矿业局 (usMBE)和露天矿复垦管理处(osMRE)的标准给出了振动频率与建 (构 ) 筑物质点安全振动速度间的关系曲线；德国 DIN4150 标准中将建 (构) 筑物分成了3个类

别，综合考虑了爆破引起质点振动的最大振速和地震波的频率的影响；芬兰、瑞典的标准与此类似；中国《爆破安全规程 》提出了爆破对建筑物和构筑物的爆破震动安全标准判断可采用保护对象所在地质点峰值振动速度和主频率的对应关系，以主振频率的频段确定相应的振动速度，并考虑了延时间隔的影响 。 2.1.1 爆破地震波测试系统

我国对爆破地震效应的观测已基本形成了自己的观测系统和手段，在爆破监测技术方面已取得了较大的进步 ，研制出了一些便捷、简单、测试数据可靠的测震仪器，并且在数据处理软件方面也有了更大的改进，能将爆破数据精确分析，从而通过控制装药量、控制爆速以达到控制爆破地震效应的目的。

数字测震系统可以进行分散测量，便于野外作业，所记录的数字化波形可以通过计算机上相应的软件系统进行分析，所以应用越来越广。常用的国产爆破震动厕试仪器有：中爆数字CBSD-VM-M01，中科测控TC-4850N，托普测控NUBOX-8016等。 2.1.2 爆破地震效应的控制措施

(l) 控制爆源强度，严格控制最大一段的起爆药量。爆破震动强度和一次齐爆的药量有密切的关系，但也不能盲目追求降低装药量，如抛掷爆破与松动爆破相比，前者振速平均降低 5% -20 %。

(2) 减震沟、减震孔、预裂缝的减震。在爆区四周挖宽0.8 -1.0 m、深度不小于爆区开挖底部的减震沟，阻隔爆破产生的地震波向外延伸，以减弱振动；在爆源和被保护目标物之间采用预裂爆破，先爆出一条预裂缝，也会起到较好的减震作用；也可以钻一排或两排不装药的空孔-减震孔 (孔距要小) ，亦能起到良好的减震效果。

(3) 采用微差爆破技术减震。在总的装药量相同的条件下，与齐发爆破相比，微差爆破的振速可降低30 %-60 %，降低程度视间隔时间、延发段数、爆破类型和爆破条件的不同而有所差异。延期起爆间隔时间应满足各段爆破所形成的地震波主震相互不叠加的要求，最佳间隔时间在满足爆破效果的前提下，对减震一般是越大越好。

(4) 选用适当的装药结构，采用分散装药形式。工程实践中能较好地降低爆破震动的几种装药结构有：不藕合装药，在大爆破中采用铜室条形药包，空气间隔装药，底为空气垫层的装药结构。在保证填塞长度和质量要求的前提下，采用分散装药比集中装药更能降低地震效应 。

(5) 利用有利的地形形成天然减震沟。在爆破地震波传播过程中遇到的诸如小河沟、地面沟渠、深沟、断层等都有减震效果 。

(6) 利用不同的起爆顺序控制地震波传播方向。也就是在爆破中将地震波传播方向背向被保护的目标，以达到减震的目的。距被保护物近的目标先起爆，这样后爆装药产生的地震波将会在已经破碎的岩石中传播，破碎的岩石有很多空隙，整体性很差，一定程度上阻碍了应力波的传播 。

(7) 其他措施。根据工程具体情况，可采用低爆速炸药或静态破碎剂爆破减震；对于高大建筑物爆破拆除时的塌落造成的地震效应，一般是在倒塌范围内铺设缓冲材料，或者合理安排爆破顺序，使先爆的部位落地后形成缓冲层，可减少地震效应；结合爆破环境，在一定的场合下 (如地下室、坑道内 ) ，可实施飞散爆破，利于减震，对于水下爆破可人工制造气泡帷幕减少水介质的震动冲击 。

2.2 爆破冲击波的控制

炸药爆炸时，无论介质是空气还是岩石，都将有空气冲击波从爆炸中心传播出来。炸药若是在空气中爆炸，具有高温、高压的爆炸产物在岩石破裂的瞬间冲入大气，强烈地压缩邻近空气，使其压力、密度 、温度突然升高而形成空气冲击波。 2.2.1 克服爆破冲击波对爆破网路的影响

虽经过合理的计算和设计仍然会有拒爆现象，是由于爆破冲击波对爆破网路的冲击作用导致的。下面提出几点建议以减小爆破冲击波对爆破网路的影响：

(l) 控制爆破规模，减少雷管使用段数，以减少空气冲击波的强度和作用时间。如果爆破规模无法控制时，应采用多排同段爆破方案。它综合了挤压爆破和微差爆破的优点，是一种新型爆破方法。

(2) 对爆破网路进行简化，甚至可以取消孔外联结部分。由于爆破冲击波的作用，实际上除第一响之外的后几段导爆索已经失去了辅助起爆功能，只能起到加强孔内爆轰的作用。

(3 ) 采用孔内延时。由于爆破冲击波对后几排网路的冲击作用，孔外延时不可行，而孔内延 时可以有效地避免这种冲击。

( 4 ) 采用交叉起爆网路。交叉起爆网路具有较高的可靠性 。

( 5 ) 孔底起爆方式。当药包装在孔底时，传爆方向从孔底传向孔口，因此从起爆药包起爆瞬间开始， 高温、高压气体流动就受到未爆炸药的阻塞 ，因此尚未爆炸的炸药本身就对爆破气体起着阻塞作用 。 2.2.2 爆破冲击波的控制措施

(l) 为确保人员和建筑物的安全，在爆破作业时必须对爆破 冲击波加以控制，使之低于允许的超压值。精心设计爆破施工，采用最优的爆破参数和爆破器材，减少一次爆破的起

爆药量，微差爆破，良好的堵塞 ，反向起爆，分散装药等，都是既能改善爆破效果又能降低冲击波强度的有效措施。

(2) 如果作业条件不能满足爆破药量和安全距离要求，可在爆源或保护对象附近构筑障碍物 (阻波墙 ) ，以削弱爆破冲击波的强度。常用障碍物有以下几种：水力阻波墙、沙袋阻波墙、防波排柱、木垛阻波墙、防护排架。

2.3个别飞散物的控制

在工程爆破中，被爆介质中那些脱离主爆堆而飞得较远的碎石，即为爆破个别飞散物。 经过精心设计，爆破作业时大部分飞散物是能够控制的，对于已经飞出的个别飞散物则主要采取如下防护措施：

(l) 改变自由面方向，控制个别飞散物的方向。飞散物的方向即最小抵抗线的方向，在各个方向安全距离不同时可安排合适的、条件较好的方向作为临界面方向，使其他的方向受到保护。控制实际抵抗线的大小，并且根据抵抗线的大小调整装药量，以防飞散物沿小抵抗线方向飞出 。

(2) 控制装药量。合理装药结构和良好的堵塞是控制个别飞散物的重要措施 。 (3) 合理控制排间微差时间，做好爆破起爆网路设计。一般相邻排间延迟时间控制在 25 -50 m s为宜， “ V ” 形起爆顺序的爆岩飞散物比 “ 一 ” 形起爆顺序的要少。

(4) 采用微差挤压爆破技术。可在台阶前排预留一定的堆渣，控制个别飞散物的飞散。 (5) 个别飞散物的直接防护。 在我国，直接防护一般是柔性防护和刚性防护共同使用。 柔性防护主要缓冲个别碎块的抛掷初始速度，减小飞掷距离。 覆盖材料要求强度高、质量大、韧性好，能相互连接成厚大的整体，并能被牢固地固定。 具体来说，可使用橡胶防护垫、铁丝网、用环索连接的圆木、工业毡垫、帆布、草垫子，等等。刚性防护主要缓冲整体或部分爆破岩块飞离。 因此，爆破中 (尤其是控制爆破 ) 不仅要采用柔性防护垫覆盖整个爆破区，同时要在柔性防护垫上加上质量大的防护网、砂袋、岩粉袋等刚性防护，以达到良好的防止飞石的效果。

(6) 重点对象的保护性防护。当在爆破危险区内或爆破点附近有重要机具、设备、设施需要保护时，在被保护物体上再进行遮挡或覆盖防护。

2.4有毒气体及粉尘的控制

无论是露天爆破还是井下掘进爆破，都将产生大量的有毒气体。 由于井下通风条件差 , 爆生有毒气体对爆破工作人员的身体健康有直接的危害。根据我国爆破事故统计，炮烟中毒事故占26% 。爆生气体中的一氧化碳和氮氧化物都是有毒气体，如果炸药中含有硫，则还