缓冲爆破装药结构优化及应用

缓冲爆破装药结构优化及应用

摘要：随着经济和各行各业的快速发展，工缓冲爆破作为一种靠帮控制爆破技术，越来越多地应用于水利水电、矿山生产、道路修建等领域中。传统缓冲爆破

的主要特点是，在开挖区域正常设置连续装药的主生产炮孔，沿着设计的开挖边

界布置1-2排缓冲孔，并后于主爆孔起爆。以往对缓冲爆破的研究集中在爆破参

数优化、实际应用两方面，而对装药结构的研究较少。因此对爆破施工的安全控

制和经济效益提出了更高的要求。

关键词：缓冲爆破；装药结构；优化及应用

1缓冲爆破技术的工作原理分析

所谓的爆破技术的工作原理主要是利用炸药在爆炸的瞬间所释放出能量去达

到工程的目的。根据本文对现阶段我国爆破技术的调查结果发现，应用的比较广

泛的是爆炸气体和冲击波相结合的理论体系对其进行指导，除此之外，随着现阶

段我国科学技术水平的不断发展，爆破技术也是不断的改进和完善之中，已经从

传统的杀伤力较强、破坏性和污染性较大的模式中走出来，逐渐往绿色化和实用

化的模式中进行转变。对于露天金属矿缓冲爆破技术来说，在其现阶段的运行过程，爆破体所释放的能量一般都会从爆破药包中心向四周进行辐射，其能量也会

随着距离的增加而减少，但是由于各个区域内对于爆破能量的需求不同，如何有

效的控制整个爆破能量的传输距离和传输能量的大小，既能保证整个对于爆破能

量的需求，又能有效地保障施工人员的安全，对其他岩体也不至于发生损害现象

成为现阶段企业和相关部门所研究的重要问题。经过多年的实验和实践，相关技

术人员发现可以通过减少炸药单耗和减弱装药力度的方式去进行这一全新模式的

实现，技术人员将这一全新的模式总结为“疏通”和“堵塞”。所谓的“疏通”主要指

的是在现阶段炸药药包装置的过程中，可以采用现代化的聚能槽技术对整个爆破

力进行加强，同时还能有效地控制整个爆破的方向和其在各个区域内的不同强度，其不仅能够对整个岩体进行强有力的爆破，同时对于保留区的岩体结构也能进行

很好的保护作用；对于“堵塞”来说，其主要指的是在现阶段的露天金属矿山缓冲

爆破技术的应用中，通过现代化的技术将整个爆炸应力进行有效地控制，使其在

能量传输的过程中减小对于其他岩体的破坏程度。本文通过一系列的调查分析发现，现阶段通过相关技术人员多年的努力，我国在露天金属矿山缓冲爆破技术方

面已经取得了非常大的成就，能够在充分实现岩体爆破的同时，对整个缓坡区域

进行有效的保护。

2装药结构特点

2.1底部空气间隔装药结构特点

底部空气间隔装药，就是在孔底与药柱下端之间设置一段空气间隔。这种装

药结构的爆轰波作用原理是：当炸药起爆后，爆轰波传播到与空气层相邻的药柱

表面时，前方空气层被强烈压缩，形成一个向孔底传播的冲击波，当冲击波到达

孔底坚硬岩石表面时，又经反射形成反射冲击波。它特点一是药柱上移，二是操

作过程简单方便，三是可发挥空气层调节爆炸气体压力的作用，改善炸药能量分布，达到均匀破岩的效果。池恩安等利用小波分析与AOK分布相结合的方法对底部空气间隔装药进行了研究，结果表明随空气层比例的增加，爆破地震波的总能

量降低、质点振动速度峰值下降，主频降低、主频的持续时间延长，爆破振动信

号的优势能量主要集中在低频部分，最大能量主要集中在主频所在的频带，高频

部分能量所占比例较小。

2.2中部空气间隔装药结构特点

中部空气间隔装药就是在两段炸药中间存在空气间隔，上下两端药柱分别设

置起爆点，同时起爆。爆破时，两段等量炸药同时被引爆，直接与炸药接触的孔

壁岩石先受到爆炸产生的冲击波作用，冲击波在向间隔内传播过程中，对途经的

孔壁岩石也产生作用，使其表面产生很多微断裂。下一时程中，上下两段炸药的

冲击波在空气层中发生碰撞，压力增高，然后经过反射、回弹，分别向炮孔底部

和顶部填塞物方向运动，对周围岩石形成二次破坏作用，同时加深、扩张裂隙。

随后爆生气体会形成新一轮压力波，对孔壁、孔底、填塞物均产生作用，进一步

贯通扩张、破碎已成的微裂隙，抛掷岩石，直至爆破过程结束。在实际装药中，

中部空气间隔存在一个缺点，即是需要在上下药柱分别设置一个起爆药包，增加

了装药工序。相关学者的研究结果表明，将空气层置于炮孔中部的间隔装药方式，在降低振动和破碎岩石两方面取得了很好的效果。

2.3顶部空气间隔装药结构特点

当冲击波传到炮孔底部时，因炮孔底部界面是较坚硬的岩石，因此可以认为

是刚壁，即冲击波的反射为全反射。底部空气柱中的反射波超压较顶部空气柱中

的反射波超压强。通过推导分析，将孔口空气间隔装药的作用过程分为四个阶段：第一阶段，爆轰波在炸药中传播，爆生气体在孔壁运动受阻形成新运动区域；第

二阶段，爆轰波传播至空气界面，冲击波传入至空气中，稀疏波传入至爆轰产物中，且爆轰产物向空气中飞散；第三阶段，冲击波和稀疏波分别在堵头和孔底被

反射；第四阶段，被反射后的冲击波和稀疏波经过孔内与接触界面的反复作用，

孔内压力最终趋于稳定。

3不同装药结构缓冲爆破块度分析

岩体爆破块度是定量评价爆破质量的重要指标，块度大小分布情况会影响到

工程后续生产工作的效率和生产的总成本。通常在爆破工程中，合理的爆破块度

分布能够大大提高生产效率，降低二次破碎炸药的使用量和工人工作量，它对爆

破之后矿石的装、运输、二次破碎都有直接的影响：块度过大会降低挖机铲装效率，增加二次破碎成本；块度过小必然增加炸药使用量，过多的粉尘也会降低铲

装率。块度二次破碎的方法有：凿岩机破碎、小孔径钻孔爆破。爆堆岩石块度尺

寸衡量指标并非岩石块度重量而是岩石几何两端最大距离长度，不同工程对岩石

块度所指的大块并不是绝对的，它由铲装设备的型号及破碎设备的尺寸决定。爆

堆岩石超过铲装设备的型号及破碎设备的尺寸决定值，均称为大块。不同的施工

工艺对大块要求各不同，一般根据产生效益及施工便捷性，分为一般大块及特大块。一般大块根据具体工艺要求而定，为一个范围，如修路及砂石料场一般经验

值为30~40cm，而特大块指岩石块度超过铲运设备的最大值，如露天挖机铲斗容

量或者地下运输皮带的宽度。

4缓冲爆破技术的应用效果及其经济效益分析

4.1缓冲爆破技术的应用效果分析

本文通过调查发现，通过运用现代化的缓冲爆破技术能够有效的对爆破施工

的稳定性进行加强，同时对其他岩层也起到了很好的保护作用。缓冲爆破技术在

其应用过程中操作相对简便，对于操作人员的技术要求也不是很高。除此之外，

采用现代化的缓冲爆破技术之后对于那些钻孔深度小于10米的区域进行开挖的

时候，能够在保障爆破力的同时也确保了其他岩层结构的完整性和稳定性。

4.2缓冲爆破技术的经济效益分析

采用现代化的缓冲爆破技术之后，将钻孔难度和爆破难度都进行了一定的降