在我国的矿山生产中 , 钻眼爆破法仍是井下采 掘中的主要破岩手段。因为其施工机具轻便灵活 、操作容易 、维修方便 、耗能少、效率高,适应矿山井下 凿岩爆破作业。在凿岩爆破作业中 ,根据待爆岩石的物理力学性质 ,选择与之相匹配的炸药品种和爆 破参数等技术已被广大爆破人员所掌握。但是对炮 孔的堵塞施工环节往往不够重视 ,其主要表现为堵 塞长度不够、质量不高 、甚至无堵塞 ,这不仅影响爆 破效果 ,更为严重的是还威胁矿山的安全生产 。本 文就炮孔堵塞的作用机理及影响进行讨论, 以引起 对炮孔堵塞环节的高度重视 。
1.1 炸药对岩体的爆破作用
爆炸对岩石介质的破坏过程由两步完成。一是 爆炸冲击波和应力波使岩石产生压碎和破裂。即爆 炸冲击波使邻近药包 2 倍 ～ 3 倍钻孔直径范围内的 岩石压碎后衰减为应力波 , 应力波使更大范围的岩 石产生裂隙。冲击波和应力波作用的能量占炸药爆 破能量的 5 %～ 20 %。二是爆生气体的气楔作用 。 炸药爆炸产生的高温 、高压气体被压入因应力波作用产生的裂隙中形成气楔 , 当裂隙尖端的应力强度 因子超过岩石的断裂韧度时 , 裂隙扩展 、贯通, 直至 岩石块体分离崩落。爆生气体的作用能量超过炸药爆破能量的 50 %。
理想的爆破不但要求炸药有足够的爆炸能 , 使 气体有足够的作用时间 ,也就是 ,当岩体还未完全破 碎时,堵塞料将爆炸气体生成物约束在炮孔内, 维持 较长的作用时间, 使之更好地扩展和贯通岩体内的 裂隙,并破碎移动岩体 ,使爆炸气体生成物的主要能 量用于破碎和移动岩石 ,以便崩落更多的岩石 , 取得 更好的爆破效果。
1.2 炮泥堵塞的作用
1.2.1 延长爆生气体在炮孔内的存在时间
当 炮孔中没有堵塞或堵塞质量不好时 , 炸药爆 炸后 , 高压爆生气体将迅速冲出炮孔 , 经过时间 t0 后 ,爆生气体的压力将降 到临界压力以下 , 根据研究, 无堵塞时压力随时间变化曲线如图 1 所示。
有堵塞时 , 高压爆炸气体生成物对岩石的作用 时间由 3 部分组成 :一是从炸药爆炸到爆生气体作 用于炮泥 ,炮泥受压开始向外移动前爆生气体作用于岩石的时间 t1 。二是炮泥受压开始向外移动到移 出炮孔的时间 t2 。三是炮泥冲出炮孔后爆生气体对 岩石的有效作用时间 t3 。当有堵塞时 ,高压爆炸气体 对岩石的总作用时间为 t1 、t2 和 t3 之和。有堵塞时压力随时间变化曲线如图 2 所示 。
由图 1 、图 2 可知, 无炮泥堵塞或堵塞质量不好 时的 t0 仅略大于有炮泥堵塞时的 t3 。但远小于 t1 + t2 +t3 。因此, 无炮泥堵塞钻孔爆破爆生气体对岩石介质的作用时间很短 , 这样就不能有充足时间来发 挥爆炸气体生成物的作用 。故只能在较小的范围内 使围岩产生裂隙 ,并扩展 、贯通 , 单孔崩落的岩石量 自然也较少。
1.2.2 保证炮孔内的炸药充分反应
工业炸药大多为多种物质的混合体 ,在炸药被 引爆后,各种成分的反应速度不同 ,良好的堵塞能延 长各种成分的反应时间 , 可最大限度的利用炸药的 爆能 ,并降低有毒气体的产生 。
1.2.3 可降低单位体积岩石炸药消耗量
良好的堵塞可充分利用炸药的爆能 ,节省炸药 用量 ,降低单位体积岩石炸药消耗量 ,提高炮孔利用 率,改善爆破效果 。
1.2.4 降低爆生气体逸出的温度和压力 , 提高炸药 的热效率 ,使更多的热能转化为机械能
二 无炮泥堵塞或堵塞质量不好的危害
2.1 影响爆破效果
无炮泥堵塞或堵塞质量不好时 , 爆破产生的岩 石大块率高 ,且在孔口造成严重破坏 。特别是光面爆破 ,孔间贯通裂缝的形成主要是爆生气体的准静 压作用, 只有在炮孔堵塞长度合理的情况下才能形 成较好的光爆平面 。
2.2 形成空气冲击波 ,造成危害
无炮泥堵塞或堵塞质量不好时 ,最初的爆生气 体冲出炮孔, 形成高能空气冲击波 ,会对工作面的设 备和设施造成破坏 。除了空气冲击波以外,在它后面的气流也会造成人员的损伤 。若当超压为 0.03 MPa ～ 0.04MPa 时,气流速度高达 60 m/ s ～ 80 m/ s 。
2.3 造成炸药发生不完全爆炸 , 产生大量有毒气体
炸药爆炸是炸药受到足够大的外能作用时 ,发 生的化学反应 ,这种反应以冲击波的形式在炸药中 高速传播 ,当爆炸反应传播速度保持在稳定值时 ,炸 药的能量才能得到最充分 、最集中的释放 。如果井 下进行深孔正向爆破时 ,如果没有堵塞 ,维持爆炸反 应传播速度的高温 、高压气体提前卸载 ,炮孔底部的 炸药就会发生不完全爆炸 , 并产生CO 、NO 、NO2 等有 毒气体 ,危害施工人员身体健康 。
2.4 可引发瓦斯爆炸
炸药爆炸瞬间爆炸气体生成物的温度可达 2 000 ℃～ 3 000 ℃。炮孔中瞬间释放出的高温气体远高于瓦斯的引爆温度 650 ℃,极易引发瓦斯爆炸 ,这种事故在国内已发生多起 。因此, 矿山安全规程 明确规定 ,严禁无堵塞爆破 。据原煤炭部统计资料 , 由于岩巷和煤巷掘进不安全爆破引发的瓦斯爆炸事故占整个瓦斯爆炸事故的 60 % 以上。
