爆破技術

blasting technique

作為工程爆破能源的炸藥，蘊藏著巨大的能量。一公斤普通工業炸藥爆炸時釋放的能量為的6次方焦耳，溫度高達,經過快速的化學反應所產生的功率為的8次方千瓦,其氣體壓力達幾千到一萬多兆帕，遠遠超過了一般物質的強度。在這種高溫高壓作用下，被爆破的介質(如岩石等)呈現為流體或彈塑性體狀態，完全破壞了原來的結構。

由於岩石結構和地質構造的複雜性，以及被爆破介質在動力作用下的響應特徵各異，還沒有一種切合實際的爆破理論能夠完滿地解釋爆破作用機理。多數學者認為流體動力學或應力波反射理論較能反映爆破的實際狀況，然而在工程設計計算上，仍以經驗公式為主。

經驗公式是根據藥包重量和它所爆破的體積成正比例並出現漏斗狀爆破坑的關係建立的(圖1) 式中 Q為藥包重量； K為單位耗藥量，是和介質有關的係數； W為最小抵抗線； n為爆破作用指數， 為爆破漏斗底部半徑 r與最小抵抗線的比值,當 時定義為標準拋擲爆破漏斗, 時為鬆動爆破, 時為拋擲爆破；為爆破作用指數函數； R 為爆破作用半徑。工業炸藥必須用雷管才能引爆，比較安全。現代起爆方法有電和非電兩種方式：前者由電熱點燃電雷管內的灼熱橋絲引爆炸藥；後者則由導火索的火焰或導爆索、導爆管傳遞的衝擊波引爆雷管，從而起爆藥包。兩種起爆方式都能做到由毫秒到秒量的時間間隔，按設計要求依次起爆每個藥包，而作為提高各種爆破效果的重要手段。

爆破作業的步驟是向要爆破的介質鑽出的炮孔或開挖的葯室或在其表面敷設炸藥，放入起爆雷管，然後引爆。根據藥包形狀和裝藥方式的不同，爆破方法主要分為三大類：

在介質內部鑽出各種孔徑的炮孔，經裝葯、放入起爆雷管、堵塞孔口、聯線等工序起爆的，統稱炮孔法爆破。如用手持式風鑽鑽孔的，孔徑在 50毫米以下、孔深在4米以下的為淺孔爆破；孔徑和孔深大於上述數值的為深孔爆破；在孔底或其他部位事先用少量炸藥擴出一個或多個葯壺形的為葯壺法爆破。炮孔法是岩土爆破技術的基本形式。

在山體內開挖坑道、葯室，裝入大量炸藥的爆破方法，一次能爆下的土石方數量幾乎是不受限制的，在每個葯室里裝入的炸藥有多達千噸以上的。中國四川攀枝花市獅子山大爆破(1971 )總裝藥量 10162.2噸，爆破1140萬立方米，在世界上也是最大規模的大爆破之一。葯室法爆破廣泛應用於露天開挖塹壕、填築路堤、基坑等工程，特別是在露天礦的剝離工程和築壩工程，能有效地縮短工期，節省勞動力，而且需用的機械設備少，並不受季節和地方條件的限制。

不需鑽孔，直接將炸藥包貼放在被爆物體表面進行爆破的方法。它在清掃地基的破碎大孤石和對爆下的大塊石作二次爆破等工作方面，具有獨特作用，仍然是常用的有效方法。

在上述三種爆破方法的基礎上，根據各種工程目的和要求，採取不同的藥包布置形式和起爆方法，形成了許多各具特色的現代爆破技術，主要有以下幾種。

又稱毫秒爆破，是40年代出現的爆破新技術。在雷管內裝入適當的緩燃劑，或連接在起爆網路上的延期裝置，以實現延期的時間間隔，這種系列產品間隔時間，一般以13～25毫秒為一段。通過不同時差組成的爆破網路，一次起爆后，可以按設計要求順序使各炮孔內的藥包依次起爆，獲得良好的爆破效果。

微差爆破的特點是各藥包的起爆時間相差微小，被爆破的岩塊在移動過程中互相撞擊，形成極其複雜的能量再分配，使岩石破碎均勻，縮短拋擲距離，減弱地震波和空氣衝擊波的強度，既可改善爆破質量，不致砸壞附近的設施，又能提高作業機械的使用效率，有較大經濟效益，在採礦和採石工程中廣泛應用。

光面爆破和預裂爆破

50年代末期，由於鑽孔機械的發展，出現了一種密集鑽孔小裝藥量的爆破新技術。在露天塹壕、基坑和地下工程的開挖中，使邊坡形成比較陡峻的表面；使地下開挖的坑道面形成預計的斷面輪廓線，避免超挖或欠挖，並能保持圍岩的穩定。

實現光面爆破的技術措施有兩種：一是開挖至邊坡線或輪廓線時，預留一層厚度為炮孔間距1.2倍左右的岩層，在炮孔中裝入低威力的小葯卷，使葯卷與孔壁間保持一定的空隙，爆破后能在孔壁面上留下半個炮孔痕迹；另一種方法是先在邊坡線或輪廓線上鑽鑿與壁面平行的密集炮孔，首先起爆以形成一個沿炮孔中心線的破裂面，以阻隔主體爆破時地震波的傳播，還能隔斷應力波對保留面岩體的破壞作用，通常稱預裂爆破。這種爆破的效果，無論在形成光面或保護圍岩穩定，均比光面爆破好，是隧道和地下廠房以及路塹和基坑開挖工程中常用的爆破技術。

50年代末和60年代初期，在中國推行過定向爆破築壩，3年左右時間內用定向爆破技術築成了 20多座水壩，其中廣東韶關南水大壩（1960），一次裝葯 1394.3噸，爆破226萬立方米，填成平均高為62.5米的大壩，技術上達到了國際先進水平。

定向爆破是利用最小抵抗線在爆破作用中的方向性這個特點，設計時利用天然地形或人工改造后的地形，使最小抵抗線指向需要填築的目標。這種技術已廣泛地應用在水利築壩、礦山尾礦壩和填築路堤等工程上。它的突出優點是在極短時期內，通過一次爆破完成土石方工程挖、裝、運、填等多道工序，節約大量的機械和人力，費用省，工效高；缺點是後續工程難於跟上，而且受到某些地形條件的限制。

不同於一般的工程爆破，對由爆破作用引起的危害有更加嚴格的要求，多用於城市或人口稠密、附近建築物群集的地區拆除房屋、煙囪、水塔、橋樑以及廠房內部各種構築物基座的爆破，因此，又稱拆除爆破或城市爆破。控制爆破所要求控制的內容是：①控制爆破破壞的範圍，只爆破建築物需要拆除的部位，保留其餘部分的完整性；②控制爆破后建築物的傾倒方向和坍塌範圍；③控制爆破時產生的碎塊飛出距離，空氣衝擊波強度和音響的強度；④控制爆破所引起的建築物地基震動及其對附近建築物的震動影響，也稱爆破地震效應。

將炸藥裝填在海底或水下進行工程爆破的技術，是和露天爆破相對的另一個領域。舉凡疏通航道，炸除礁石，拆毀水下沉船、建築物，開挖港口碼頭和航道基坑，以及處理碼頭堤壩的軟弱地基等類爆破，都屬於水下爆破的範疇。

水下爆破也和露天爆破一樣，都要用裸露鑽孔和葯室裝葯等方法實現爆破目的；不同的是水下施工比較複雜、困難，長期以來多由潛水員在水下進行鑽孔和裝葯等技術作業。工作範圍既受水深的限制，又受潮汐水流的影響，效果欠佳。

由於水作為介質的阻力遠比空氣大，因此計算裝藥量時，必須考慮水的深度，才能保證爆破效果；同時水介質傳播衝擊波的能力也遠大於空氣，附近若有其他水工建築物時，多採取氣泡帷幕方法，降低水中衝擊波的峰值壓力，作為防護手段。

80年代以來，試驗成功了水下壓縮爆破方法，以水為傳播壓力的介質，壓實水下淤泥等類軟土地基，代替過去用機械船挖除淤泥的清基方法，既經濟又方便，有效地擴大了水下爆破的應用範圍。

不同於露天和水下爆破，通常是在一個狹窄的工作面上進行鑽爆作業，因此，它的特點是裝藥量少或使用低威力的炸藥，多炮眼，裝藥量分散，爆破作用力均勻分佈，屬於前述鬆動爆破的情況，最大限度地減少對圍岩的破壞程度，技術上的要求比較嚴格。地下爆破從技術上可分為兩種：一是起掘進作用的掏槽爆破。其目的是在只有一個臨空面的條件下，首先在工作面中央形成較小但有足夠深度的槽穴，這個槽穴是整個地下坑道、隧道等施工開挖中的先導。掏槽爆破的炮孔布置方法很多，必須根據地質構造、斷面大小和施工機械等條件，確定良好的掏槽眼（孔）的布置形式。二是要使地下坑道造成一定橫斷面形式的成形爆破。這種布孔法稱周邊孔，也稱刷幫爆破。爆破的作用力是在兩個臨空面上均勻分佈的，除了要使炸落的岩石塊度均勻，便於清渣，拋置不太遠，不致打壞支撐等以外，還應保證坑道開挖限界外的圍岩受到最小的破壞，以減少超挖的數量。

隨著地下工業的發展，為開挖地下飛機場、庫、廠房等大面積空間的工程，使地下爆破技術也逐漸向大規模的大鑽孔爆破技術發展。但目前地下大爆破技術經驗較少。自從光面、預裂爆破技術應用於地下工程以後，促進了錨桿噴混凝土支護技術的發展，每次爆破的超挖量減少到了最低量，圍岩的穩定性大為增加，使地下工程收到很大的經濟效益。