高毓山¹  張敢生²  陳慶凱³  雷  高³

(1．本鋼礦業(yè)公司南芬露天鐵礦，遼寧本溪，117014；2．遼寧科技學(xué)院，

遼寧本溪，l17004；3．東北大學(xué)，遼寧沈陽(yáng)，110819)

摘要：飛石是露天爆破工程中最為嚴(yán)重的潛在事故因素之一，是造成人員、設(shè)備、結(jié)構(gòu)物和建筑物損傷的主要原因之一，對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的威脅。飛石產(chǎn)生的機(jī)理很復(fù)雜，既有設(shè)計(jì)原因，也有施工問(wèn)題。本文分析了爆破飛石產(chǎn)生的原因，介紹了飛石產(chǎn)生的部位。通過(guò)對(duì)飛石飛行參數(shù)的理論計(jì)算，相應(yīng)地提出了控制飛石的措施。在實(shí)際工作中，對(duì)露天礦山和類似爆破工程防止飛石事故的發(fā)生具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：露天礦山；爆破飛石；控制方法

爆破飛石是指在工程爆破中，被爆介質(zhì)中那些脫離主爆堆而飛得較遠(yuǎn)的碎石^[1]。由于這些碎石沒(méi)有具體的飛行方向和距離，并且拋擲的比較遠(yuǎn)，對(duì)爆區(qū)周圍的人員、設(shè)備的安全造成嚴(yán)重的威脅^[2]。根據(jù)美國(guó)在1982～1985年的統(tǒng)計(jì)，飛石事故占露天爆破事故的59．1％；日本在1979年發(fā)生的爆破事故中，飛石事故高達(dá)61％，在1988年，更是高達(dá)73％^[3]。我國(guó)爆破飛石造成人員傷亡、建筑物損壞的事故占整個(gè)爆破事故的15％～20％，露天礦山爆破飛石傷人事故占整個(gè)爆破事故的27％^[4,5]。如2008年10月16日18時(shí)13分，神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司大峰礦露天剝離工程現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)生一起重大爆破飛石事故，造成死亡16人、53人受傷。由此可見(jiàn)，在工程爆破中，控制爆破飛石的重要性。

1爆破飛石產(chǎn)生的原因

筆者認(rèn)為，爆破飛石產(chǎn)生的原因可以歸納為以下三個(gè)方面。

1．1客觀因素——地質(zhì)條件多變

大多數(shù)情況下爆破對(duì)象是巖體，由于巖體具有各向異性和不均勻性的特點(diǎn)，常常隱含著節(jié)理、裂隙、斷層、軟弱夾層等結(jié)構(gòu)面，在爆破前很難完全掌握巖體的每個(gè)細(xì)節(jié)。這些結(jié)構(gòu)面與巖石相比屬于薄弱部位，破碎時(shí)需要的炸藥能量較小，而炸藥在炮孔中布置很難顧及到每個(gè)弱面的存在。因此，炸藥在巖體中爆炸后，爆生氣體會(huì)從這些薄弱部位首先沖出，夾帶著個(gè)別碎塊形成飛石。

1．2設(shè)計(jì)存在缺陷

設(shè)計(jì)方面的缺陷也是產(chǎn)生飛石的重要原因，歸納為以下幾點(diǎn)：

(1)爆破性質(zhì)選擇有誤。如對(duì)于露天深孔松動(dòng)爆破，爆破作用指數(shù)選擇過(guò)大，將大大增加產(chǎn)生飛石的概率。

(2)最小抵抗線選擇不當(dāng)。最小抵抗線方向是巖石阻力最小的方向，也是最易產(chǎn)生飛石的方向。當(dāng)最小抵抗線選擇過(guò)小時(shí)，炸藥爆炸后，只用一部分能量就足以破碎抵抗線方向的巖石，多余的能量將破碎后的巖塊向前拋擲，產(chǎn)生更多更遠(yuǎn)的飛石。當(dāng)最小抵抗線選擇過(guò)大時(shí)，炸藥產(chǎn)生的能量不足以克服抵抗線方向巖石的阻力，但爆炸能量總要釋放出來(lái)，所以這時(shí)就容易從孔口沖出(露天臺(tái)階爆破)，隨之而來(lái)的是飛石。

(3)填塞長(zhǎng)度不足。設(shè)計(jì)的填塞長(zhǎng)度不足時(shí)，填塞物不足以抵擋高溫高壓氣體的沖擊，瞬間從炮孔中沖出，這樣不但減少了爆生氣體作用于巖石的時(shí)間，而且會(huì)產(chǎn)生大量的飛石。

(4)起爆順序選擇不合理。起爆順序不當(dāng)時(shí)，先起爆的炮孔會(huì)引起后起爆炮孔的抵抗線等參數(shù)變化。這種變化不利時(shí)，如抵抗線變得過(guò)大或過(guò)小，同樣會(huì)產(chǎn)生飛石。

(5)延期時(shí)間確定不合理。微差起爆是一種比較先進(jìn)的爆破技術(shù)，合理的設(shè)計(jì)和施工，能減少飛石的產(chǎn)生，但是炮孔的間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短的話，都容易產(chǎn)生飛石。

(6)炸藥量過(guò)多。如爆破介質(zhì)為花崗巖、石英砂巖、石灰?guī)r等容重較大的介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)吸收炸藥能量的能力較弱，降低波動(dòng)能量的作用也小，可以用于克服慣性運(yùn)動(dòng)的炸藥能量就相應(yīng)較多，所以產(chǎn)生飛石較多，距離較遠(yuǎn)^[7]。在其他條件相同的情況下，裝藥量越大，爆破飛石就越多，飛石飛行距離就越遠(yuǎn)。

1．3施工管理不到位

(1)鉆孔產(chǎn)生偏差。沒(méi)有嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)的孔位、孔深進(jìn)行鉆孔，超過(guò)了誤差允許范圍。如抵抗線變大或變小，容易產(chǎn)生飛石；孔深過(guò)大，超量裝藥，也會(huì)產(chǎn)生更多的飛石。

(2)裝藥量過(guò)多。如設(shè)計(jì)時(shí)選擇使用銨油炸藥，但在裝藥前，發(fā)現(xiàn)炮孔中有水，改用乳化炸藥，但裝藥長(zhǎng)度沒(méi)有改變，導(dǎo)致裝藥量過(guò)大，將會(huì)產(chǎn)生飛石。

(3)抵抗線發(fā)生變化。露天臺(tái)階爆破時(shí)，如果鉆孔前是壓渣，按估計(jì)的位置進(jìn)行鉆孔。而在實(shí)施爆破裝藥前已經(jīng)清渣，并且抵抗線與預(yù)估的相差較大，如果不適當(dāng)調(diào)整裝藥量，也將會(huì)產(chǎn)生飛石。

(4)填塞不合格。填塞長(zhǎng)度不足，或是填塞質(zhì)量不高，如填塞物中夾帶碎石、填塞物密實(shí)度不夠，都會(huì)產(chǎn)生飛石。

(5)覆蓋質(zhì)量差。露天淺孔爆破時(shí)，炮孔覆蓋質(zhì)量不合格和炮孔周圍的碎石也是引起飛石的原因之一。

2爆破飛石產(chǎn)生的部位

 由于產(chǎn)生爆破飛石的原因是多方面的，情況也是比較的復(fù)雜，目前情況下，很難用一個(gè)系統(tǒng)的理論來(lái)對(duì)其進(jìn)行分析。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，爆破飛石的產(chǎn)生部位主要有填塞段、孔口和最小抵抗線3處，如圖1所示。

3爆破飛石的參數(shù)計(jì)算

爆破飛石的產(chǎn)生機(jī)理非常復(fù)雜，目前還難以用數(shù)學(xué)分析方法準(zhǔn)確地計(jì)算其參數(shù)。個(gè)別飛石的飛行參數(shù)與爆區(qū)地形、地質(zhì)條件、爆破參數(shù)、填塞質(zhì)量和氣候條件等因素有關(guān)，對(duì)于拋擲爆破個(gè)別飛石的飛行高度和距離可按下列公式計(jì)算^[1]：

式中，H為個(gè)別飛石飛行的最大高度，m；l為個(gè)別飛石飛行的水平距離，m；v_o為初速度，m／s；α為飛石拋射角，(°)；g為重力加速度，m／s²。

當(dāng)在斜坡地形進(jìn)行爆破時(shí)，如山坡角度為β，則沿山坡下方的飛石最大距離為：

式中，l′為個(gè)別飛石最大距離，m；β為山坡坡角，(°)：

在工程實(shí)踐中，飛石的飛行高度和距離是很難確定的，因此，人們根據(jù)大量的實(shí)際工程資料，提出了如下的經(jīng)驗(yàn)公式：

l=20kn²W   (4)

式中，l為個(gè)別飛石的飛行最遠(yuǎn)距離，m；n為爆破作用指數(shù)；k為系數(shù)，與地形、風(fēng)向等因素有關(guān)，一般取1．0～1．5；W為最小抵抗線，m。

4爆破飛石的控制方法

在露天爆破中，產(chǎn)生爆破飛石是難免的。但是，必須將產(chǎn)生的爆破飛石控制在允許的范圍之內(nèi)，否則將會(huì)給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成威脅。因此，在爆破過(guò)程中，應(yīng)該及時(shí)做好飛石的預(yù)防及防護(hù)措施。

4．1減少飛石產(chǎn)生的措施

(1)在滿足工程要求條件下，要選取相對(duì)合理的最小抵抗線。最小抵抗線的選擇是控制飛石產(chǎn)生的關(guān)鍵因素之一，也是最有效的技術(shù)措施。

(2)必要時(shí)，可采用小孔徑分散裝藥、不耦合裝藥和反向起爆。大量實(shí)踐表明，小孔徑爆破比大孔徑爆破產(chǎn)生的飛石少。反向起爆能使爆生氣體作用時(shí)間更長(zhǎng)，破碎巖體更充分，并能夠減少爆破飛石。

(3)調(diào)整局部裝藥結(jié)構(gòu)^[8]。因鉆孔施工誤差使最小抵抗線過(guò)小時(shí)，或是鉆孔遇到斷層、軟弱夾層時(shí)，應(yīng)調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)，如采取間隔裝藥，減小單孔裝藥量，避免飛石的產(chǎn)生。

(4)保證炮孔填塞長(zhǎng)度和質(zhì)量。炮孔填塞要有一定的長(zhǎng)度，一般取1倍的最小抵抗線長(zhǎng)度。填塞要密實(shí)、連續(xù)，填塞材料中應(yīng)避免夾雜碎石，填塞時(shí)要邊填邊搗，不能將炮孔填塞到孔口再搗固。如果炮孔中有水，為了避免沖天炮，填塞料最好用5～10mm的碎石子或石粉。

(5)根據(jù)地質(zhì)條件和孔網(wǎng)參數(shù)確定合理的起爆順序和最佳的延期時(shí)間，將爆破飛石控制在允許范圍之內(nèi)。

(6)精確計(jì)算和控制炸藥量。對(duì)于特定的地質(zhì)條件，裝藥量最終決定了爆破效果和爆破有害效應(yīng)的控制程度。因此，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選取與巖石相對(duì)應(yīng)的炸藥單耗，準(zhǔn)確計(jì)算每個(gè)炮孔的裝藥量，裝藥量不得隨意增減，尤其不能增加裝藥量。

4．2覆蓋措施

爆破點(diǎn)周圍環(huán)境比較復(fù)雜時(shí)，要使用潮濕的草墊、裝土的草袋、膠皮帶鏈、鐵絲網(wǎng)等對(duì)炮孔甚至整個(gè)被爆破對(duì)象進(jìn)行必要的覆蓋。

4．3合理設(shè)定警戒區(qū)

露天巖土爆破時(shí)，個(gè)別飛石對(duì)人員的安全距離見(jiàn)表1。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)參考表1中的值來(lái)確定爆破警戒范圍。在此范圍內(nèi)不得有任何人員，且讓所有無(wú)關(guān)人員遠(yuǎn)離警戒線，起爆時(shí)堅(jiān)守在警戒線上的爆破警戒人員要在能抵御飛石沖擊的避炮棚內(nèi)^[10]。

5結(jié)語(yǔ)   

在露天爆破中，爆破飛石產(chǎn)生的原因有很多，如設(shè)計(jì)問(wèn)題、地質(zhì)條件、人員管理因素和施工問(wèn)題等，爆破飛石的規(guī)律也有待進(jìn)一步研究。但是，通過(guò)對(duì)爆破飛石產(chǎn)生的原因及部位的分析，能在一定程度上減少爆破飛石事故。分析歷年爆破飛石事故，很大一部分都是人為原因。因此，必須加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，建立健全的安全責(zé)任制度，嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)規(guī)章制度和爆破施工要領(lǐng)，進(jìn)一步提高爆破操作人員和管理人員的安全意識(shí)，克服麻痹思想，這是防止爆破飛石事故發(fā)生極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

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摘自《中國(guó)爆破新進(jìn)展》