水介质换能爆破技术

水介质换能爆破技术

秦健飞秦如霞

中国水电八局湖南长沙410004

摘要：自从炸药用于工程爆破以来，炸药爆炸的能量有效利用率一直维持在一个较低的水平。如何提高炸药能量的有效利用率、降低爆破危害、降低爆破作业施工成本成为工程

爆破科技工作者孜孜追求的目标。

本文从爆破热力学和物质化学的理念出发，提出水介质换能爆破新技术，能够较大幅度

地提高炸药能量的有效利用率、降低爆破危害、降低爆破作业施工成本。

关键词：爆炸热力学系统；水介质换能爆破技术；最优值M；爆破水柱装置

Blasting technology of water medium

energy transfe

Qin jian-fei Qin ru-xia

Sinohydro Bureau Eight Changsha,Hunan 410004 China Abstract:Since the explosive was used in engineering, the effective utilization rate of the energy of explosive explosion has been maintained at a low level. How to improve the effective utilization of explosive energy rate, reduce the harm of blasting and reduce blasting cost of construction operations become scientific and technical workers in engineering blasting diligently pursue the goal.

The blasting from thermodynamics and chemical concept of water transfer medium to a new blasting technique was put forward, and can greatly improve the effective utilization of explosive energy rate, reduce the harm of blasting and reduce the construction cost of blasting operation.

Key words: Explosion thermodynamics system; Blasting technology of water medium energy transfe; optimum value M; blasting water column device 1技术背景

1.1炸药爆破技术

自从炸药发明以来人们都在为提高炸药能量的有效利用、减小炸药爆炸的危害作用进行不懈努力，但是效果至今仍然不十分理想，炸药爆炸能量利用率仍然停留在20%~30%一个不高的水平。

2007年铁道建筑设计院何广沂教授等对“节能环保工程爆破”进行了总结〔1〕，并且出版了专著和申报了专利——《工程水压爆破炮眼及其爆破法》〔2〕

（ZL200710051361.9）该技术方案记载有其爆破技术原理为“由于炮眼的水袋中有水，在水中传播的冲击波对水不可压缩，爆炸能量无损失地经过水传递到炮眼围岩中，这种无能量损失的应力波十分有利于岩石破碎，此外水产生‘水楔’效应，更利于岩石破碎”。

但是该技术方案仍存在下述不足：

（1）该技术方案认为其破岩机理是靠水的不可压缩性挤压岩石，即利用在水中传播的冲击波对水不可压缩的特性，故要求水袋与炮孔紧密接触，其水袋厚度≮0.8mm等等，但事实上水在炮孔中炸药爆炸后会气化或发生化学反应生成新

物质，并非不可压缩的液态水，与假设边界条件矛盾。

（2）该技术方案已申请近十年，但是其应用仍然局限于在“中铁集团”内部的隧道开挖中推广阶段，在互联网没有见到普遍采用和用于其他爆破行业的报道，究其原因主要是在施工中该技术方案要求水袋与炮孔紧密接触，因此在露天深孔爆破将水袋放入炮孔过程中，尽管水袋壁很厚，但是由于下落的冲击力容易发生破裂，导致水袋破损或水袋破损也无从发现。

（3）施工工艺麻烦，在洞挖时对“炮眼”的堵塞要求繁琐苛刻，如对于炮孔堵塞炮泥材料要求为，土：砂：水=7.5：1：1.5并且需要用专用设备炮泥机加

工制作成直径34~35mm,长度20~25cm不软不硬的炮泥卷进行堵塞炮孔，施工单位难以实施或难以严格按要求执行。

（4）对“炮眼”中的水的质量没有在理论上确定一个有依据的数值，让人无法认定一个确定值。换句话说，没有从理论上对水参与炸药爆炸的内在破岩机理作出切合客观实际的分析评判。因此，虽然有一定的效果实际实施存在较大的难度和疑点，致使在内部推广也受阻，故该项技术至今仍然难以在全国爆破行业普遍推广应用。

尽管如此，何广沂教授等仍然不失为致力于提高炸药爆炸能量利用率的先行者。

1.2 二氧化碳爆破技术

近几年国内引进国外80年代的二氧化碳爆破法，其爆破机理为：二氧化碳气体在一定的高压下可转变为液态，通过高压泵将液态的二氧化碳压缩至圆柱体容器（爆破筒）内，装入安全膜、破裂片、导热棒和密封圈，拧紧合金帽即完成了爆破前的准备工作。将爆破筒和起爆器及电源线携至爆破现场，把爆破筒插入钻孔中固定好，连接起爆器电源。当微电流通过高导热棒时，产生高温击穿安全膜，瞬间将液态二氧化碳气化，急剧膨胀产生高压冲击波致泄压阀自动打开，被爆介质受二氧化碳气体膨胀作用完成爆破作业，并且爆破振动危害小。

其破岩机理为CO2由液体变为气体的瞬时以冲击波/应力波和高压气体膨胀做功破碎岩石。

虽然二氧化碳爆危害小，但爆破效果不是十分理想，一般破碎粒度在1.0m3左右甚至更大，见图1.1，且目前只能实施单排爆破，换句话说其爆破规模在一次300~500m3左右。因此在不允许使用炸药或限制爆破飞石的复杂条件下的工程爆破有其优势，应用范围有较大的限制。且其配套设备成本高，一般在60~80万元人民币，增加了爆破作业的附加成本。尽管二氧化碳获取方便（工业生产采用高温煅烧石灰石即可得到）但二氧化碳爆排放会对空气造成污染、会对大气产生温室效应，与环保低碳背道而驰，因此大规模用于一般工程爆破目前有一定的难度。