浅谈工程爆破中炸药的选择
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摘要：工程爆破的条件复杂多样，不同品种炸药都有它特定的用途。本文就炸药、岩石的性能，炸药在炮孔中的爆破及其作用等方面，阐述了工程爆破中选择炸药的方法
关键词：工程爆破炸药 选择
1、前言
爆破工程在国民经济建设中应用已相当普遍了，随着科学技术的发展，炸药的品种越来越多，性能各异。目前在工程实际中，选择炸药时一般都考虑采用类比法，虽能完成爆破作业，但未必能达到最理想的效果。如何合理地选择和使用炸药，从而取得最低的费用、最好的爆破效果和最优的安全性，已成为工程爆破中非常重要的问题。实践证明，只有在充分了解岩石性质对破碎特性和程度的影响、熟悉炸药爆炸特性，爆破作用机理及综合要求时，才能较好地解决上述问题。
2、从岩石性质考虑选择炸药
岩石的密度与纵波在该岩石中传播速度的乘积，称为岩石的波阻抗。炸药爆轰传给岩石的总能量及能量传递效率与岩石和炸药波阻抗有关。炸药爆轰对孔壁产生的冲击波压力，随岩石和炸药波阻抗值变化而变化。不同炸药在同一岩石中或同一炸药在不同岩石中爆炸所激发的冲击波压力不同，则爆炸能量转换成粉碎、破坏和抛掷的能量不同，破坏效率不同。岩石波阻抗越大，在孔壁产生的冲击波压力越大，炸药传给岩石的能量越多，产生的应变值越大。炸药与岩石波阻抗之比值愈接近或等于1时，或使用波阻抗较大的炸药，则爆炸能量传递效率愈高，传递的能量愈多引起的应变也越大，爆破效率越高，破岩能量最大。当两者的阻抗相差太大，如不耦合装药，因炸药和岩石波阻抗为空气波阻抗的一万倍，则爆炸能由炸药传到空气在传到岩石过程中将严重衰减，其能量传递效率很低。因此，为提高爆破效率应尽量使炸药与岩石波阻抗相匹配。
一般说来，对于松软岩石（即低波阻抗的岩石），爆破时宜选用低密度、低威力炸药，如普通的铵油炸药、低密度的乳化炸药等；而对于坚硬难爆的岩石（即高波阻抗的岩石），通常选用高威力、高爆速的炸药，如铝化铵油炸药、高威力的乳化炸药、胶质炸药、TNT含量较高的铵梯炸药等。
3、从爆破方面考虑选择炸药
3.1爆破的方法和目的
当爆破方法和目的不同，应选用不同的炸药。当破碎度在爆破效果等评价因素中起控制作用时，主要考虑炸药爆速这一因素；对有减震要求而采用的预裂及光面爆破，应选择爆速低、猛度低、密度小的小直径炸药；如EL―102乳胶及粉状硝化甘油光面爆破专用炸药；为确保传爆可靠，宜选用水胶或乳胶炸药以消除间隙效应的影响；在煤气与瓦斯突出的矿井和巷道，应选用乳化煤矿炸药，且有毒气体生成量要少。在城市中进行控制爆破可选用普通工业炸药，如2岩石铵梯、1铵油及多孔粒状铵油炸药等等；也可选用特种混合炸药，如塑性或粘性炸药；一般宜选用低爆速炸药，如2硝铵、6%粉状硝化甘油及1～3光面爆破炸药。
3.2合格的破碎块度
合格破碎块度是工程爆破的主要经济技术指标，主要取决于所采用的铲装、运输设备、初级破碎机的类型和规格，它对劳动生产率和经济效益有重要的影响。对于被爆破的矿岩和网孔参数已定的情况来说，矿岩的破碎块度主要取决于炮孔装药的能量集中程度。经验表明，在有限的炮孔空间里炸药能量愈集中，爆破矿岩破碎块度愈小愈均匀。这种炮孔装药的能量分布可以通过炸药的威力和密度来控制。例如，在VCR采矿法的爆破作业中，采用高密度达1.5克/厘米的高威力乳化炸药进行球形药包装药，可以保证良好的分层爆破效果和小而均匀的破碎块度。
3.3炮孔直径
随着凿岩工具、爆破场地和爆破方法的不同，爆破炮孔的直径变化很大。例如，光面爆破的炮孔直径约为35毫米，而大型露天台阶爆破的炮孔直径约为380毫米。相应的炮孔有效容积也相差甚多。
炮孔直径和有效容积的变化必然影响所选用的炸药品种。一般地说，炮孔的直径越小，要求炸药的爆轰感度越高。例如，露天大直径炮孔爆破通常选用乳化粒状铵油炸药和普通铵油炸药；而小直径（20毫米或25毫米）的光面爆破的药卷一般宜选用低密度的粉状硝化甘油类炸药和低密度乳化炸药。
3.4炮孔含水量
随着爆区的矿岩性质、地质条件和气候条件的变化，爆破炮孔含水量也有很大的变化。对于干孔爆破可任意选用那些能与矿岩特性相匹配的炸药；对于含水量大的炮孔，宜选用密度大于1.1克／厘米抗水性能好的乳化炸药、浆状炸药和水胶炸药，也可选用硝化甘油类胶质炸药；而对于含水量较少（如水深小于2米）的炮孔可以选用低含量乳胶（如乳胶含量为10～30%）的乳化粒状铵油炸药、铵松蜡炸药、铵沥青炸药。或者在炮孔底部使用高抗水性炸药，而在炮孔上部装填普通铵油炸药或低含量乳胶的乳化粒状铵油炸药。
3.5炮孔的装药结构
为充分发挥不同类型的炸药特性，当孔径大于120mm时，采用组合装药结构更经济合理。组合装药是在同一炮孔内分段装填不同的炸药，组合装药的基本原则是：炮孔上部装填低威力炸药，炮孔下部装填高威力炸药。通常在炮孔底部装填浆状炸药，上部装填铵油炸药，置于孔底的浆状炸药既能防止积水的影响，又能克服底盘抵抗线的巨大阻力及岩石的夹制作用，避免爆后产生根底；置于上部的铵油炸药，既能降低炸药成本又能避免装药过量造成浪费，还能提高装药高度，使炮孔上部岩石充分破碎，获得较好的爆堆松散度。
4、从炸药性能方面的考虑选择炸药
4.1炸药爆炸的总能量
炸药爆炸能量通常以爆轰压和爆孔压两种形式传播。爆轰压主要对岩石的最终块度起作用，它与猛度密切相关。爆轰压力越高，在岩石中激起的冲击波压力和造成的应力与应变也越大，有利于岩石破碎，特别是致密坚硬岩石；对这类岩石应选择爆速和密度较高的炸药。但是，爆轰压过高将使药柱周围岩石过度粉碎而消耗大量的能量，且冲击波对岩石作用时间短，能量利用率低，岩石破碎不均匀。
炮孔压由膨胀的高温高压气体形成，是相对较慢的准静态作用过程。炮孔压力越高，爆炸气体中具有的能量越大，其胀裂推力越大，对岩石的膨胀和抛掷作用愈强。炮孔压作用的时间长于爆轰压，有利于应力波形成的初始裂纹的延展和扩张，能提高爆炸能量的利用率。炮孔压的大小取决于炸药的暴热、爆温、爆轰气体的体积和堵塞质量。在爆破软弱岩石及抛掷爆破中宜选则上述性能参数值较大的炸药。
炸药的威力即做功能力，是衡量炸药爆炸性能的重要参数；猛度是指局部的破坏的效应。单位体积炸药所具有的威力是比较适用，且在一定程度上表示了炸药的能量。实际工作中常用相对体积威力的概念，水电系统常用2岩石硝铵炸药为比较标准。相对体积威力越大，被爆岩石的位移越大，破碎块度越小越均匀。
在爆破作业中，由爆轰压和爆轰产物的运动速度决定的炸药猛度，它指炸药爆炸时粉碎与其接触的岩石的能力。对致密坚硬岩石，应选用高猛度炸药；对于中硬以下的岩石宜选用低猛度大威力的炸药。
根据不同岩石条件选择不同威力的炸药，可以合理利用爆炸能量及提高爆破效果。实践表明：在坚硬岩石中增加炸药波阻抗会提高岩石的破碎度，而在次坚硬岩石中，当炸药阻抗未达到岩石阻抗时，岩石破碎度随炸药阻抗增大而提高；当炸药阻抗超过岩石阻抗时，岩石破碎度随炸药阻抗提高反而下降。
4.2炸药密度
密度的大小对炸药威力有一定影响，而对猛度的影响更显著。炸药的密度与体积威力成正比例关系。对致密坚硬难爆岩石，钻孔费用较高时，宜选用高密度高能量的炸药。通常高密度炸药在孔中会达到较高的炸药密度和取得较好的破碎效果；在有水的孔中其沉降速度快，下沉能力大，可缩短装药过程中炸药与水的接触时间并形成连续药柱，将水排于其上，缩小了炸药与水的接触面积。当孔中是浑浊的泥水，应选用密度大于1.1克/厘米的炸药；在清水中使用时，其密度应大于1.05克/厘米，以保证沉降速度。
4.3炸药的爆速
爆速是指爆轰波在炸药中稳定传播的速度。由于炸药的波阻抗是爆速和装药密度的乘积，而炸药波阻抗和岩石波阻抗的匹配是提高爆破效果的因素之一，因此，爆速是一个非常重要的指标。爆破工作者在实际工作中已摸索出一些经验性的标准。如：低爆速炸药适用于作软岩爆破和光面爆破，而高爆速炸药宜于在硬岩爆破中使用。
4.4炸药的抗水性
炸药的抗水性主要取决于炸药本身，其次是炸药的包装。一般情况下乳化炸药、浆状炸药和胶质炸药都有良好的抗水性能，可以无需包装的用于有水爆破作业中。而对于粒状铵油炸药和2#岩石炸药等抗水性差的炸药，则需采用防水包装才可以用于水孔爆破，但应注意防水药包对炮孔的耦合作用。
应该指出，在进行深水爆破时，较高的水压可能引起的炸药爆轰感度降低，乃至拒爆。在当今许多工业炸药的性能指标中都给出了耐水压的数值，即允许的最大水压。一般来说，胶质炸药和乳化炸药，尤其是含空心玻璃微球者，都具有相当高的承受水压的能力，可以较深（例如40米）的水下使用，而不要采取特殊措施。
5、结论
总之，要想取得良好的爆破效果，选择合适的炸药非常重要，而选择炸药需要对岩石性质、炸药、爆破参数、环境等因素进行综合全面的分析，根据各种炸药的特点，选择合适的炸药，才能取得理想的爆破效果。
参考文献：
1.《采矿手册》编辑委员会， 采矿手册 北京: 冶金工业出版社，1990
2.《工程爆破》翁春林叶加冕北京: 冶金工业出版社 2008
3.《掘进工程》陈际福黄志强 地质出版社1995
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