提高水下钻孔爆破效果的探讨

提高水下钻孔爆破效果的探讨通过这几年对工程的投标以及工程反馈的信息中了解到，我们经常会碰到一些需要岩石需要水下爆破开挖，其水下爆破的工程流程是平台定位（钻机定位→测量水深→钻孔→装药，反复此过程，直至完成该船位的全部设计钻孔）→联线（起爆网络）→警戒→移船→发信号→起爆→爆后检查→平台定位。这样的顺序一次次爆破，整个工程进展顺利。但在水下钻孔爆破工程中，由于各种因素的影响，水下礁石经钻爆清挖后往往留有根底或大块石等达不到预期爆破效果的浅点（以下简称浅点），这是水下钻孔爆破工程中常出现的也是最难处理的问题。由于水下爆破工程是水下作业，且礁石经钻爆后形成的浅点极不规则，浅点的位置和形状很难摸清，所以给浅点补炸带来很大麻烦，处理浅点作业难度大，材料消耗、机损也特别大，大大增加了工程成本并严重影响了工程进度，因此浅点处理的好坏决定了整个炸礁工程的优劣。对如何改善和提高爆破效果尽量避免浅点的产生，进行分析和探讨。1、钻爆施工前覆盖层的清理水下礁石表面往往覆盖了一层淤土、砂石等松软沉积物，薄则几厘米，厚达数米。在水下炸礁工程中，由于覆盖层对爆破效果的影响认识不足而忽略了在钻爆施工前对礁石覆盖层的清理，给施工带来很大麻烦。下面从爆破产生的应力波对岩石的破坏作用进行分析。1岩石中爆破产生强烈冲击波，冲击波在岩中传播形成岩体内传播的体积应力波和体表传播的表面应力波。体积应力波又分为压缩应力波和剪切应力波。爆破时体积波特别是压缩波能使岩石产生压缩和拉伸变形，这是爆破时造成岩石破裂的重要原因。应力波和其他波动一样，如果在它的传播过程中遇到各种交界面和自由面，或者是在传播过程中介质性质发生变化时，那么一部分应力波将透射过交界面进人第二种介质形成透射压缩应力波，另外一部分则会从交界面反射回来形成反射拉伸应力波。这样，岩石在应力波作用下的破碎效果主要取决于应力波在遇到交界面时反射回来所形成的反射拉伸应力波的强弱。当岩石表面覆盖了一层淤泥等可压缩性大的介质时，炸药爆炸产生的应力波将大部分透过交界面形成透射压缩应力波而进入到外覆介质中，而从交界面反射回来所形成的反射拉伸应力波则相对诚小，因而不利于岩石的破碎，即炸药爆炸产生的能量很大一部分将消耗在松软的覆盖层中，从而降低了爆炸能的利用率，影响岩石的有效破碎，产生大块或留有根底，形成不规则浅点。当岩石表面没有覆盖层时，水是不可压缩的物质，所以爆炸应力波在遇到岩石与水的交界面时，其反射回来的拉伸应力波就会大大增强，从而更有利于岩石的破碎。另外，礁石覆盖层对钻爆和清碴施工的影响也是显而易见的。首先，松软的覆盖物在钻孔时容易掉进孔内导致成孔和装药困难；其次钻孔时用来保护钻杆和装药的套筒也容易陷进覆盖层2里而沉于水下，造成材料损失。综上晰述，水下礁石在钻爆施工前必须进行覆盖层清理，并且要尽量清理干净、彻底，以更好地提高爆破效果。2、合理采用微差起爆方法微差（毫秒）爆破是指钻孔间以毫秒时间间隔分组，按一定顺序起爆的一种爆破方法。由于先后各组钻孔起爆的间隔时间很短，一般在几毫秒到几十毫秒之间，使被爆破岩林内存在着有利于破碎的相互作用，对提高和改善爆破效果有很大帮助。如图所示，各排孔间采用排间微差起爆，按一、二、三排顺序起爆。当第一排起爆后，岩体按最小抵抗线沿侧向抛掷，在这个阶段孔周围岩石尚未明显移动，深孔内高压气体仍在起作用，在其外的周围岩体中产生应力场和微裂隙。第一排深孔破裂漏斗形成后，第二排微差延发的深孔紧接着起爆，第一排孔为第二排孔创造了第二个自由面（侧面临空面）。这样，后起爆的深孔最小抵抗线和爆破作用方向均发生变化，有利于岩石的侧向抛掷和均匀破碎。同时随着自由面的增加，入射压力波和反射拉伸波在临空面方向的破碎岩石作用也得到加强，而且临空面的增加使岩石间夹制性减小，岩石抗破碎的强度减低，有利于提高破碎效果和岩块均匀度。在应力波的作用方面，先爆的第一排孔在周围岩石中产生的应力波尚未消失时，第二排孔立即起爆，两排孔爆破产生的应力波互相叠加，使岩石连续处于应力波影响下，可以加强破碎效果。3在破碎岩石的运动方面，当第一排孔爆落的岩石抛起尚未回落时，第二排孔爆下的岩石也朝刚形成的补充临空面方向飞散，两者互相碰撞，产生补充破碎，并且可使爆堆较集中，减少飞石。在地震波的作用方面，因为采用了微差起爆，因此一方面爆炸源和产生的地震波能量在时间和空间上都分散，使地震强度大大降低；另一方面两组地震波间还产生相互干扰，只要微差时问选取得合理，地震波强度则会大大削弱。在以往的炸礁施工中，往往都因为爆压附近有需要保护的建筑物而被迫大大降低一次起爆药量，但为了赶进度，1天就需要起爆4、5次以上。然而起爆期间用于连线、起爆以及移船重新定位的时间差不多要lh，因此1天用于移船起爆的时间就可达4～5小时。因此，合理采用微差爆破，增加一次起爆的总装药量，从而大大减少起爆次数，才能有效地改善和提高爆破效果，加快工程进度。43、减少产生空孔在水下钻孔爆破工程中，由于各种因素的影响，经常会出现钻好了孔却未能装上药的情况，即出现空孔。在爆破中，由于空孔的存在，便会产生空孔效应。炮孔爆破时，若附近有空孔存在，则周围的装药孔将沿着空孔方向产生应力集中。且相邻两个炮孔越靠近，应力集中现象也越显著。也就是说，在空孔效应下，周围装药孔的爆能将大部分集中消耗在空孔方向上，从而消耗了装药孔的爆能，大大降低了爆能的利用率，容易产生大块石和根底，形成浅点。因此，我们绝不能忽视空孔对爆破效果的影响。为了避免和减少空孔的产生，我们除了努力提高钻孔及装药的技术水平，设法改进钻机性能外，更重要的是当空孔出现后必须设法采取补救措施，如及时用砂石填塞等。4、避免因过失造成的不耦合装药水下钻孔爆破工程中如没有其他特别要求，一般均应采用耦合装药，即要求钻孔直径与装药直径要基本吻合。但是在很多情况下，如水下岩石节理裂隙等发育或是风化、半风化，在这种岩石中钻孔孔径很容易被冲大；或者是由于钻孔技术问题而使孔径被人为刷大；也可能由于炸药加工的原因而使药径变小。以上几种因素都可能造成孔径与药径不符，形成不耦合装药。5爆破试验证明，随着装药不耦合系数的增大，作用在孔壁上的压力呈指数衰减急剧下降。也就是说，不耦合情况越严重，孔壁压力降低得就越快，孔壁压力降低得越厉害，岩石就越难以破碎，有时甚至只产生裂缝而未能使岩石碎开。在水下钻孔爆破中，不耦合装药的影响更多地表现为爆能大量从孔口冲出来。人们在起爆时有时会看见水面上冲出高高的水柱，即冲天炮，这就是不耦合装药所形成的。不耦合装药造成了大量爆能的损失，严重地影响了爆破效果，因此必须设法避免这种情况的发生，由此在施工作业中必须做好以下两点：（1）提高钻孔和药卷加工水平；（2）装药后沿孔壁倒人泥砂填堵。水下钻孔爆破技术及其效果，尚需从实践上和理论上进行深人的摸索和探讨，不断发现问题，解决问题，逐步提高，不断发展，使水下钻孔爆破这门技术在国民经济建设中发挥更大作用。