摘要：相较于传统的爆破技术，空气间隔装药可以有效提高炸药的利用率，提高爆炸效果，而且更加易于控制，能够减少事故发生率，提高了爆炸作业的安全性，在矿物开采领域得到了广泛的应用。但是因为爆破试验十分复杂而且危险性高，目前仍然没有准确的理论体系来指导空气间隔装药爆破技术的发展。本文对该技术进行了简要的分析，并指出其存在的部分问题，最后举出实例进行论证，希望能起到抛砖引玉的作用，吸引更多的专业人士进行深入研究。
关键词：空气间隔装药爆破技术；爆破试验；理论体系
前言
近年来,随着我国经济建设的高速发展,中深孔爆破作为矿山开釆、场地平整和交通设施建设等工程开挖石方的常用技术得到了广泛应用与极大发展。而传统的柱状连续装药方式存在着炸药单耗大、爆破震动大、爆轰波初压过高、爆生气体作用时间短、岩石破碎效果差、易产生大块和根底等缺点,带来爆破振动危害、铲装和运输效率低下以及炸药能量利用率低等诸多问题。与之相比,不耦合装药爆破技术能够使爆炸能量得到更为充分地利用。工程实践和模拟实验都表明：用轴向间隔装药的方式来代替连续柱状装药,可以有效地克服连续装药燡破的诸多弊端。
1 装药结构对爆破效果的影响
装药结构就是炸药在炮孔内被安置的方式,对实际的爆破效果有着重要的影响。使用不同的装药结构主要是为了按照工程实际的需求来调节炸药的能量分布,以期达到较为理想的控制效果。轴向间隔装药即在炮孔的轴向方向使炸药呈间断式分布,在炮孔中以一定比例加入隔断是施工中常采用的方法。例如,按照设计将药卷和竹筒分批装入炮孔内,由于竹筒对于爆炸能量传播的阻碍较小,可以认为是一种空气间隔装药结构。图1展示的就是空气间隔装药示意图。
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图1 空气间隔装药示意图
其他常见的装药结构有：
（1）耦合装药：药卷直径和炮孔直径相等,药卷和孔壁之间不存在间隙。
（2）不耦合装药：药卷直径比炮孔直径要小,存在间隙
（3）连续装药：药卷或炸药在炮孔内连续装填,不存在间隙。
（4）间隔装药：药卷或炸药在炮孔内分段裝填,用炮泥、竹筒或空气柱隔开。
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图2 装药结构示意图
目前，国内外对空气间隔装药技术的研究大多还处于试验和摸索阶段,还没有形成完备、系统的理论能够全面指导生产实践,研究得到的各项参数、指标也存在不小的差异。但几乎所有的硏究和实践以及相关的数值模拟计算都表明：空气间隔裝药技术确能提高燡破能量利用率、优化燡破效果、降低炸药单耗、节约生产成本。表1为国内外主要的爆破模拟模型。
表1 国内外主要的爆破模拟模型
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2 空气间隔装药破岩过程
间隔装药结构由于存在间隔介质的影响,爆破破岩过程和连续装药结构有所不同。有关试验表明,在一定的条件下利用空气间隔装药结构能够有效提高炸药的利用率，增强爆破效果。其作用原理如下：
(1)降低了作用在炮孔壁上的爆轰冲击压力的峰值。当冲击压力过高时,就会在岩体内激发出冲击波,导致炮孔周围围岩被过度破碎形成粉碎圈。这个过程会消耗大量爆破能量,严重影响了粉碎圈以外的岩石的破碎效果。
(2)延长了应力波的作用时间。首先,由于降低了冲击压力的峰值,冲击波的能量就会较弱甚至没有冲击波,这就会相应地増加应力波的能量,从而能增加应力波的作用时间：其次,由于存在空气间隔,炸药爆炸后首先会在空气柱内激发出相向传播的空气冲击波,同时产生反射冲击波于相反方向传播,其后又发生发射和碰撞。炮孔内空气冲击波往返传播、多次碰撞,增加了冲击压力及由其激发出的应力波的作用时间。
（a）
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（b）
图3 连续装药间隔药激起应力波波形的比较
（a）连续装药 （b）空气柱间隔装药
(3)增大了应力波传递给岩石的能量,而且比冲量沿炮孔分布的更加均匀,这是前面两个带来的结果。相关试验结果表明：采用连续装药结构时,炮孔底比冲量远高于炮孔口比冲量,比冲量沿炮孔分布的不均匀会导致爆破块度不匀、大块率较高等问题：采用空气间隔装药时,能大幅改善上述问题。
因此,在一定的岩石和炸药条件下,合理设定间隔比例就可以达到调整应力波参数、提高爆炸能量有效利用率和优化爆破效果的目的。
3 存在的问题
众多爆破工程实践都表明,炮孔内设置空气间隔后对爆破效果有明显改善,空气间隔位置的不同、长度的差异都会影响到最后的爆破效果。但在理论层面,不考虑爆轰波在孔内传播的前提下,计算作用在孔壁上冲击力和爆生气体产生的静压时并没有将是否有空气间隔这个因素考虑进去,计算公式都是相同的,显然没能很好地体现其作用机理的差异。
国内外的专家学者对空气间隔装药技术做了大量的研究与试验,但由于爆破试验本身的特殊性和复杂性,导致对于空气间隔具体如何影响爆破效果的作用机理以及不同条件下的最优参数都还存在诸多不同认识。所以,对于空气间隔装药技术的具体作用机理和最优参数的确定,都还有待于进一步地探讨和硏究,特别是利用计算机模拟技术方便、高效的特点来进行相关模拟试验,不断优化空气间隔装药构与相关参数。
4 空气间隔装药技术应用实例
4.1 工程概述
根据建筑规划,莆田市城厢区莆田西霞林地块A建设工程占地面积8677887平方米,建筑占地面积约59153平方米,由A#~D#四栋高层办公楼(即办公区)和1#~3#、5#~11#十栋高层住宅组成(即住宅区)。办公区由四栋一至三层商业,四至二十七层办公,地下二层。住宅区由十栋三十三层住宅裙楼三层商业,地下一至二层组成。依据提供有关材料及现场查勘情况分析,该工程场地平整地基开挖爆破共有待爆破方量约80万立方米
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图4 现场平面示意图
4.2 工程地质条件
根据相关地质资料及现场勘察报告,本区区域构造位于闽东断拗带中部,长乐—南澳断裂斜贯全区,断裂构造控制了岩浆侵入活动,各期次岩体大多呈东向带状展布,区内岩浆活动强烈,广泛分布着燕山晚期第三次侵入岩体,该岩体侵入属于埭头花岗闪长岩体,具同化混染带和细粒边缘相,接触面呈舒缓波状。岩体裂隙较为发育,岩石多为弱风化和微风化岩石,岩石呈中、长颗粒结构成分,主要由长石组成,节理缝隙发育较好,硬度为中硬及以下可爆性较好。
4.3 现场施工情况
为方便对比爆破效果,使得结果更为可靠,应选择地质情况相同的地方来进行两次爆破施工。但由于现场地质情况的复杂性,只能尽可能选取地质情况变化较小的区域进行施工并对比。两次施工的具体爆破设计参数见表2.
表2 爆破设计参数表
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按照控制变量的原则,两次爆破设计只调整了装药间隔位置这一个参数作为变量,孔孔间距、排距、堵塞长度、空气间隔比例均保持一致,炸药单耗根据该工程前期施工优化经验取为045kg/m3。炮孔深度和总装药量由于工程现场的实际情况不可避免的做出了调整,存在微小差异,近似地认为也是相同的。
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图5 两次爆破装药结构图
通过对最后的爆破结果进行分析，ab组爆破后的岩石块比aa组要排列整齐，同时岩石块的平均块度也比aa组要小，说明ab组的整体爆破破岩效果要比aa组要好。此外，ab组爆破后的岩石块只要集中在中间区域，而aa组的岩石块则比较散乱，更进一步说明了ab组的爆破效果要优于aa组。
结果表明,相邻炮孔间空气间隔位置错开布置对爆破效果有一定的优化作用,在破岩效果、爆堆块度大块率和爆破振动等方面均有所体现,也在一定程度上提高了后续装岩转运的效率。
结语
综上所述，本文对空气间隔装药爆破技术进行了简要的分析，从装药结构对爆破效果的影响入手，通过分析空气间隔装药破岩过程，得到了有关结论，并发现空气间隔装药爆破技术中存在的问题。最后再通过工程实例来进行对比分析，得出相邻炮孔空气间隔位置错开对爆破效果有一定优化作用的结论，为该技术的发展起到了一定的推动作用。希望本文能为有关研究人员提供参考和帮助作用。
参考文献
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