大倾角层状岩体微差爆破盲炮研究.pdf

第３４卷 第３期 ２０１７年９月 爆 破 ＢＬＡＳＴＩＮＧ Ｖｏｌ． ３４ Ｎｏ． ３  Ｓｅｐ． ２０１７ ｄｏｉ１０． ３９６３／ ｊ． ｉｓｓｎ． １００１ -４８７Ｘ． ２０１７． ０３． ０２４ 大倾角层状岩体微差爆破盲炮研究* 张修玉 １，２， 张光雄３， 殷雅婷４， 方颜空１ （１．贵州新联爆破工程集团有限公司， 贵阳５５０００２；２．贵州贵安新联爆破工程有限公司， 贵阳５５００００； ３．保利民爆哈密有限公司， 贵阳５５００００；４．贵阳久联化工有限责任公司， 贵阳５５００００） 摘 要 在一些节理面较明显的大倾角顺层岩体上爆破施工过程中， 往往由于施爆网路微差时间设计不合 理而导致产生一些盲炮。结合某工程实际地质情况下的爆破工况和爆破效果， 计算分析了部分爆破网路中 第一个炮孔起爆产生的振动导致层状岩体在软弱结构面产生一个炮孔直径的位移时间小于爆破网路地表总 延期时间， 致使地表网路还未完全传爆完毕岩体就已发生移动， 岩体滑移导致炮孔错位将孔内未传爆导爆管 切断而产生的盲炮现象。针对此种情况产生的盲炮， 通过计算滑移体滑动一个炮孔的时间， 确定了合理的爆 破网路总延期时间， 消除了盲炮现象， 对同类工程具有一定的参考价值。 关键词 层状岩体；微差爆破；爆破振动；盲炮 中图分类号 ＴＵ２３５ 文献标识码 Ａ 文章编号 １００１ -４８７Ｘ（２０１７）０３ -０１３６ -０４ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｃｅｒｔａｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｎ Ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ Ｂｌａｓｔｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆ Ｌａｒｇｅ Ｉｎｃｌｉｎｅｄ Ｌａｙｅｒｅｄ Ｒｏｃｋ Ｍａｓｓ ＺＨＡＮＧ Ｘｉｕ-ｙｕ１， ２， ＺＨＡＮＧ Ｇｕａｎｇ-ｘｉｏｎｇ３，ＹＩＮ Ｙａ-ｔｉｎｇ４，ＦＡＮＧ Ｙａｎ-ｋｏｎｇ１ （１． Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｘｉａｎｌｉａｎ Ｂｌａｓｔｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｒｐ，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５０００２，Ｃｈｉｎａ； ２． Ｇｕｉｙａｎｇ Ａｎｘｉｎ Ｌｅａｇｕｅ Ｂｌａｓｔｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ Ｌｔｄ，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００００，Ｃｈｉｎａ； ３． Ｐｏｌｙ Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｈａｍｉ Ｃｏ ＬＴＤ，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００００，Ｃｈｉｎａ； ４． Ｇｕｉｙａｎｇ Ｊｉｕｌｉａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏ Ｌｔｄ，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００２５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｓｏｍｅ ｊｏｉｎｔｓ ｏｂｖｉｏｕｓ ｌａｙｅｒｅｄ ｄｉｐ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｅｐ ｈｏｌｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ，ｂｌａｓｔｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｉｍｅ ｄｅｓｉｇｎ ｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅ，ｏｆｔｅｎ ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｈｏｔ ｈｏｌｅ ｏｆ ｂｌａｓｔ ｈｏｌｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｓｏｍｅ ｂｌｉｎｄ ｓｈｏｔ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｓｏｍｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｓｈｏｔ ｈｏｌｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｌａｙｅｒｅｄ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ｐｒｏｄｕｃｅ ａ ｈｏｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｄｅｌａｙ ｔｉｍｅ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｗｅａｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐｌａｎｅ，ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｓ ｎｏｔ ｆｕｌｌｙ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｒｏｃｋ ｍｏｖｅ ｈａｓ ｏｃｃｕｒｒｅｄ，ｔｈｅ ｈｏｌｅ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｈｏｌｅ ｗｉｔｈｏｕｔ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｏｎｅｌ Ｄｅｔｏｎａｔｏｒ ｉｓ ｃｕｔ ｏｆｆ，ａｎｄ ｔｈｕｓ ｃａｎ ｎｏｔ ｃｏｎｔｉｎｕｅ ｔｏ ｓｐｒｅａｄ ｔｈｅ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｗａｖｅ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｌｉｎｄ ｓｈｏｔ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ，ａｎｄ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｃｏｎ- ｔｒｏｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ． Ａ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｏｆ ｓｌｉｄｉｎｇ ａ ｈｏｌｅ ｉｎ ａ ｓｌｉｄｉｎｇ ｂｏｄｙ， ｔｈｕｓ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆ ｂｌｉｎｄ ｇｕｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｌａｙｅｒｅｄ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ；ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ ｂｌａｓｔｉｎｇ；ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ 收稿日期２０１７ -０４ -０５ 作者简介张修玉（１９８４ -） ， 男， 工程师、 硕士， 主要从事爆破技术研 究， （Ｅ-ｍａｉｌ）６０２５７４７１６＠ ｑｑ． ｃｏｍ。 通讯作者张光雄（１９７９ -） ， 男， 博士， 主要从爆破安全及安全技术， （Ｅ-ｍａｉｌ）ｚｇｘｎｅｗ＠ ｓｉｎａ． ｃｏｍ。 基金项目黔科合重大专项［２０１５］６００３； 黔科合高Ｇ字［２０１５］４００４； 贵州省工业和信息发展专项基金（２０１５０３０） 随着社会的不断发展， 城市化建设的步伐逐渐 加大， 其中移山填海、 路网工程及其一些场平工程等 基础建设离不开土石方爆破施工， 在爆破施工过程 中由于网路连接、 雷管炸药质量问题、 不当装药填塞 等各种因素导致出现盲炮， 该类盲炮产生的原因在 万方数据 国内外均有不少研究［ １，２］。然而在常规爆破施工过 程中由于长期爆破振动对软弱结构面的累积损伤， 形成潜在滑坡体， 或在具有潜在滑坡特性的特殊地 质情况下进行微差爆破， 由于爆破过程中岩体滑移 导致产生盲炮的研究并不多。根据某工程现场爆破 出现盲炮频率增加、 数量较多， 且盲炮在爆后检查时 不易发现等具体情况， 通过现场调查分析， 发现该工 程盲炮高发原因为该工程地质情况为层理较为发育 的大倾角顺向层状岩， 由于爆破振动产生的应力波 在软弱结构面处反复反射拉伸的作用下形成潜在滑 坡体， 甚至在爆破过程中滑移， 将孔内导爆管拉断而 产生盲炮。通过对滑移体建立简化模型， 计算滑移 体位移一个炮孔的距离所用的时间， 若时间小于爆 破网路总延期时间， 将未传爆炮孔孔内的雷管脚线 隔断， 或药柱隔断， 从而导致发生盲炮或留有残药， 该类盲炮在爆后检查时由于地表网路未受影响不易 被发现， 在后续施工过程中或者在处理盲炮过程中 由于孔内雷管完好， 造成很大的安全隐患［ ３-５］。针对 该种地质情况下的爆破， 根据实际地质情况及时调 整了孔外爆破网路的延期时间及一次起爆孔数， 最 终消除盲炮， 对同类工程具有一定的参考价值。 １ 工程概况 贵州某道路路堑爆破工程， 工程量约７０万ｍ３， 道路宽度４４ ｍ， 主线双向６车道。该工程待爆山体 表面岩石裸露， 无茂密植被， 山体主要为石灰岩， 微 风化，陡倾斜产出，走向北东，节理发育，产状为 ３００∠４０， 表面粗糙， 为钙、 铁质胶结， 局部岩屑夹 泥充填， 结构面结合一般， 区域地块稳定性差。开挖 高度４７． ５ ｍ， 分５个台阶， 从上至下１ ～ ４台阶高 １０ ｍ， 最下面台阶高度７． ５ ｍ， 工况条件如图１所 示。采用深孔爆破， 孔径为９０ ｍｍ。采用反向起爆 法，用导爆管毫秒延时逐孔起爆网路，孔内用 ＭＳ９（３１０ ｍｓ） ， 排间接力用ＭＳ５（１１０ ｍｓ） ， 孔间接力 ＭＳ３（５０ ｍｓ） ， 爆破网路图见图２。 图１ 工程地质台阶设计剖面图１∶ ５００（ 单位ｍ） Ｆｉｇ． １ Ｔｈｅ ｓｔｅｐ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｙ（１∶ ５００） （ｕｎｉｔｍ） 图２ 原爆破网路设计图 Ｆｉｇ． ２ Ｔｈｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ｄｅｓｉｇｎ ２ 盲炮产生原因分析 ２． １ 盲炮情况 经现场查看每次盲炮特征总结如下 （１）爆破 后除了爆破区域内岩体发生破碎滑移， 爆破区域外 部分岩体发生滑移； （２）盲炮大部分发生在爆破网 路最后起爆的部分炮孔处； （３）爆破后地表爆破网 路传爆完全、 盲炮区域岩石发生松动位移， 爆后不易 查出是否有盲炮产生； （４）在清渣过程中发现盲炮， 部分炮孔内雷管、 炸药保存完好； （５）采用反向起爆 法， 滑移面下部孔内炸药、 雷管传爆完毕， 滑移面上 半部孔内留有残药。 ７３１第３４卷 第３期 张修玉， 张光雄， 殷雅婷， 等 大倾角层状岩体微差爆破盲炮研究 万方数据 ２． ２ 盲炮原因分析 在装药作业过程中， 常出现人为损坏雷管脚线， 或雷管本身质量原因导致盲炮， 但在本工程盲炮发 生的位置较为规律、 集中、 地表爆破网路传爆完全， 且现场技术员已加强雷管检查及采取多种装药措施 后， 仍有这种情况发生。因此可排除人为装药因素 和炸材质量因素。 根据盲炮发生的集中性、 常态化性及其每次发 生盲炮的情况， 结合具体爆破区域工程地质情况， 初 步分析为以下原因 第一， 该区域地质情况为陡倾斜 顺向层状岩体， 层里面明显、 稳定性较差； 从上至下 爆破过程中， 由于爆破产生的应力波的反复拉伸、 压 缩作用下累积损伤， 使得层里面间松动、 摩擦系数减 小， 且当具有一定烈度的爆破地震波通过软弱结构 面时， 由于地震波在结构面处的反射增强作用， 导致 在结构面处发生相对位移。第二， 在潜在滑坡体上 爆破过程中结合该种爆破网路的情况下， 前面部分 炮孔孔内雷管起爆， 岩体在爆破地震波的作用下发 生大于一个炮孔的位移， 切断孔内未传爆的雷管脚 线， 此时地表爆破网路未完全传爆结束， 致使不能引 爆剩余部分孔内雷管。如图３所示， 爆破网路被起 爆后， 若岩体发生滑移， 则第３排、 第４排部分炮孔 可能发生拒爆。 图３ 爆破过程中岩体滑移示意图 Ｆｉｇ． ３ Ｔｈｅ ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ ｒｏｃｋ ｓｌｉｄｅ ｄｕｒｉｎｇ ｂｌａｓｔｉｎｇ ２． ３ 理论计算分析 如图２所示， 炮孔总数为３２个， 按照设计微差 时间， 爆破网路起爆后３１０ ｍｓ第１个炮孔内炸药被 引爆， 第１排链接管传爆至第７个炮孔， 第２排链接 管传爆至第５个炮孔， 第３排传爆至第３个炮孔， 第 ４排传爆至第１个炮孔。假如此时因第１个炮孔产 生的爆破扰动边坡开始滑移， 剩余１６个炮孔可能因 岩体滑移切断孔内雷管脚线， 产生一定数量的盲炮。 （１） 岩体滑移简化模型 岩体在一定的力学作用下滑移速度计算问题一 直是一个较为复杂的力学问题， 文献［６-８］ 详细介绍 了滑移速度的计算。一方面， 计算时要考虑滑坡区 的地形地貌、 岩土体和软弱带的强度参数等条件； 另 一方面要考虑滑动面的平直程度、 滑移体在运动过 程中滑动带参数的变化及滑块受力条件的变化， 因 此计算有一定的困难。本次研究滑移体是滑移一个 炮孔（９０ ｍｍ）的位移对爆破带来的影响， 移动距离 较小， 为了简化计算， 假设滑移面平直， 滑移体在滑 移过程中摩擦系数不变、 不受其他外力作用。先对 整个滑体进行分块， 条块垂直划分， 对于每个条块， 其受力图如图４所示， 假定条块发生位移时按刚体 运动， 即条块内部不发生相对的位移， 认为当前条块 所受的前后块体相互作用力矢量为零。被研究岩体 石灰岩在累积振动损伤情况下， 以及在贵州梅雨季 节， 可视为岩体层理间介质为湿润泥浆， 摩擦系数一 般为０． ３４ ～０． ３８， 岩层倾角为４０。 （２） 滑移体位移时间计算 假设岩体摩擦系数为μ， 岩层倾角为θ， 根据物 理学公式， 岩体在重力和摩擦力的合力为Ｆ［合］ ， 如图４所示。 图４ 物体在倾斜面上受力分析图 Ｆｉｇ． ４ Ｔｈｅ ｆｏｒｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｎ ｏｂｊｅｃｔ ｏｎ ａｎ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｐｌａｎｅ Ｆ合＝ ｍｇｓｉｎ θ - μｍｇｃｏｓ θ 根据牛顿第二定律Ｆ ＝ ｍａ可得 ｍｇｓｉｎ θ - μｍｇｃｏｓ θ ＝ ｍａ 得 ａ ＝ ｇｓｉｎ θ - μｇｃｏｓ θ ８３１爆 破 ２０１７年９月 万方数据 则岩体在ｔ时间的速度为 υｔ＝ ａｔ ＝（ｇｓｉｎ θ - μｇｃｏｓ θ） ｔ 位移为 Ｓｔ ＝ υ ０ ＋ １／２ａｔ２ 初速度为０， 则 Ｓｔ＝ １／２（ｇｓｉｎ θ - μｇｃｏｓ θ） ｔ２ 将摩擦系数 μ ＝ （０． ３４ ～ ０． ３８） ， 岩层倾角 θ ＝ ４０代入上湿计算位移９０ ｍｍ所用时间为２１９ ～ ２２８ ｍｓ。 （３） 计算结论 根据爆破网路设计孔内ＭＳ９段（３１０ ｍｓ） ， 第１ 个炮孔被引爆２１９ ～２２８ ｍｓ后岩体产生了９０ ｍｍ的 位移， 也就是爆破网路微差时间在５２９ ｍｓ后起爆的 炮孔恰好穿过滑移面时孔内导爆管均有可能被切断 而发生拒爆现象。 ３ 预防措施 根据该工程盲炮具体情况及盲炮发生原因理论 计算分析， 除了炸材本身质量因素、 人为不当操作因 素而导致产生盲炮外， 还必须考虑特殊地质情况下 爆破网路设计的合理性， 需调整一次起爆孔数与爆 破网路总微差时间。针对本工程特殊地质情况爆破 网路设计， 如下孔管为ＭＳ９段（３１０ ｍｓ） ， 则调整爆 破网路使总微差时间不超过５２９ ｍｓ， 如下孔管为 ＭＳ１１段（４６０ ｍｓ） ， 则总微差时间不超过６７９ ｍｓ。 根据计算结论， 调整一次起爆孔数及总微差时间后 该工程再无发生类似盲炮。 ４ 总结 爆破过程中因炸材质量原因、 人为不当操作、 不 合理的爆破网路设计均可能导致产生盲炮， 产生盲 炮后需仔细观察、 认真总结其规律， 寻找其原因。在 一些特殊地质情况下， 需综合考虑地质情况， 有针对 性的设计爆破网路， 从而避免因爆破网路不适应特 殊地质情况而产生盲炮， 造成安全隐患、 降低施暴效 率。该实际工程因爆破区域具有一定滑坡倾向的特 殊地质情况， 爆破应力波在结构面处反复反射拉伸 作用下， 弱化了结构面凝结力， 摩擦系数减小， 形成 滑坡体， 在爆破时发生滑移， 从而产生盲炮。结合盲 炮产生的规律及爆破网路设计， 通过理论计算分析， 查明产生盲炮的原因， 并针对其原因调整一次起爆 孔数与爆破网路总微差时间后， 该实际工程中再无 类似盲炮事故， 不仅提高了爆破效率、 节约了爆破成 本， 而且大大地提高了爆破的安全性。因此， 爆破作 业技术人员应在爆破作业的过程中不断优化爆破设 计， 提高施工管理和工艺技术水平， 从而提高爆破作 业的安全系数以及爆破效率。 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ） ［１］ 邓 涛， 池恩安， 张修玉．露天深孔爆破盲炮产生原因 事故树分析［Ｊ］．现代矿业，２０１５，５６０（１２） １３２-１３３， １３９． ［１］ ＤＥＮＧ Ｔａｏ，ＣＨＩ Ｅｎ-ａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉｕ-ｙｕ． Ｆａｕｌｔ ｔｒｅｅ ａｎａｌｙ- ｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｌｉｎｄ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｉｎ ｄｅｅｐ ｈｏｌｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ［Ｊ］． Ｍｏｄｅｒｎ ｍｉｎｉｎｇ，２０１５，５６０（１２） １３２-１３３，１３９．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［２］ 张修玉， 张义平， 池恩安， 等．某浅埋隧洞爆破盲炮原 因分析及预防措施［Ｊ］．金属矿山，２０１２，４２７（１） ３３- ３５． ［２］ ＺＨＡＮＧ Ｘｉｕ-ｙｕ，ＺＨＡＮＧ Ｙｉ-ｐｉｎｇ，ＣＨＩ Ｅｎ-ａｎ，ｅｔ ａｌ． Ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅ ｏｆ ｂｌｉｎｄ ｃａｎｎｏｎ ｉｎ ｓｈａｌｌｏｗ ｃｏｖｅｒｅｄ ｔｕｎｎｅｌ ｂｌａｓｔｉｎｇ［Ｊ］． Ｍｅｔａｌ Ｍｉｎｅ，２０１２， ４２７（１） ３３-３５．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［３］ 曾庆伟．微差爆破技术在露天矿试验研究［Ｊ］．爆破， ２０１５，３２（４） ６０-６３，９８． ［３］ ＺＥＮＧ Ｑｉｎｇ-ｗｅｉ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ ｂｌａｓ- ｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｏｐｅｎ ｐｉｔ ｍｉｎｅ［Ｊ］． Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２０１５， ３２（４） ６０-６３，９８．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［４］ 何斌全， 高宇梁， 张德明， 等．中深孔切槽爆破设计与 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