地震勘探爆破安全技術(shù)條件論證(一)

1、地震勘探爆破安全技術(shù)條件論證(一)一、論證依據(jù)1、中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)法 （中華人民共和國(guó)主席令【2002】第號(hào)）2、中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（AQ2004-2005）地質(zhì)勘探安全規(guī)程（國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局）3、爆破安全規(guī)程（ 2003 年 9 月 12 日國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布自 2004 年 5 月 1 日起實(shí)施）4、中華人民共和國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT/T897-2000煤炭煤層氣地震勘探規(guī)范5、爆破基礎(chǔ)理論6、化工礦物與加工科技刊物（2010 第 8 期）炮孔爆破堵塞研究現(xiàn)狀及存在的問題論文成果二、地震勘探爆破機(jī)理地震勘探是地球物理勘探中的重要方法之一。它是以巖石的彈塑性為基

2、礎(chǔ) ,利用炸藥的爆炸能量對(duì)介質(zhì)作功,使淺層激發(fā)層位產(chǎn)生地震波，在沿測(cè)線的不同位置用地震勘探儀器檢測(cè)大地的振動(dòng),并把數(shù)據(jù)記錄在磁帶上 ,以探明礦產(chǎn)目的層位在地下的賦存形態(tài)，為礦山企業(yè)安全生產(chǎn)提供可靠的地質(zhì)技術(shù)資料。地震勘探爆破的機(jī)理是： 炸藥爆轟時(shí) ,對(duì)周圍巖土的作用稱作爆破作用。在藥包爆破作用下 ,由于藥包周圍介質(zhì)巖性的不均質(zhì)性和各向異性及藥包爆炸反應(yīng)的高溫、高壓、高速度等復(fù)雜因素的影響,人們目前只能通過(guò)爆破產(chǎn)生的宏觀現(xiàn)象 ,對(duì)爆破作用分為爆破內(nèi)部作用和外部作用。（一）爆破內(nèi)部作用當(dāng)埋置在距地表很深處的藥包爆炸時(shí),藥包的爆破作用只局限在地面以下,在地面沒有顯現(xiàn)出爆破作用 ,這種條件下的爆破作用

3、叫做內(nèi)部作用。通常按巖石被破壞的特征 ,可將爆破作用范圍內(nèi)的巖石劃分為三個(gè)圈。1、壓縮圈在壓縮粉碎圈內(nèi),由于巖石直接受到藥包爆炸的巨大壓力和高溫作用 ,如果巖石是可塑性的,就會(huì)遭受到壓縮而形成空腔,如果巖石是彈脆性 ,就會(huì)遭受到粉碎。如下圖所示。在此圈內(nèi)內(nèi) ,由于巖石遭受到壓縮或粉碎性破壞,能量消耗很大 ,爆破作用力急劇減小，所以壓縮粉碎圈得范圍很小，其半徑不超過(guò)藥包半徑的 2-3 倍。2、破碎圈圍繞在壓縮粉碎圈以外的一圈巖石，雖然受到的爆炸作用力較壓縮圈中的巖石小得多，但受到巖石結(jié)構(gòu)性破壞，生成縱橫交錯(cuò)的裂隙，巖體被割裂成塊，此范圍叫破裂圈。破裂圈的范圍大約為藥包半徑的 810 倍。3、震動(dòng)

4、圈在破裂圈以外的范圍內(nèi),爆破力的作用以衰減到不能使巖石結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞 ,而只能引起巖石顆粒產(chǎn)生彈性振動(dòng)。這一圈叫做震動(dòng)圈。震動(dòng)圈的范圍很大，直到爆破作用力完全被巖土所吸收為止。（二）爆破外部作用當(dāng)藥包埋置深度不大，接近地表時(shí)，藥包除了使巖石破裂和震動(dòng)外，被破裂的巖塊由于碎脹而在地表隆起 ,或被拋離地表并形成一個(gè)爆破坑爆破漏斗。 爆破作用已顯現(xiàn)在地表 ,這種情況叫做爆破的外部作用。也就是炸藥爆破后的能量分解為爆破內(nèi)部作用和爆破外部作用。三、影響地震勘探安全爆破的技術(shù)參數(shù)地震勘探爆破是以巖石的彈塑性為基礎(chǔ),利用炸藥的爆炸能量對(duì)介質(zhì)作功,使淺層激發(fā)層位產(chǎn)生地震波，也就是說(shuō)將藥包的爆破作用只局限在地面以

5、下 ,在地面上不產(chǎn)生飛石、沖擊波、面波等危害因素，與工程爆破有著本質(zhì)的區(qū)別。工程爆破是利用炸藥的爆炸能量粉碎周圍介質(zhì)，使其按照一定方向搬運(yùn)或拋擲。為了便于研究地震勘探爆破的安全技術(shù)條件，提高地震勘探爆破內(nèi)部作用，下面把影響爆破外部作用的因素?cái)⑹鋈缦?:（一）自由面自由面又叫臨空面 ,通常是指被爆巖石與空氣的交界面 , 也是對(duì)爆破作用能發(fā)生影響并能使爆后巖石發(fā)生移動(dòng)的那個(gè)巖面。一般情況下，自由面越多 ,爆破破巖越容易 ,爆破效果越好。當(dāng)巖石性質(zhì)、炸藥品種相同時(shí) ,隨著自由面的增多 ,炸藥的單耗將明顯降低。 對(duì)地震勘探而言，尤其是進(jìn)入山區(qū)地震勘探，炮孔面臨的自由面主要有兩個(gè)：1、炮孔與地面垂直的臨

6、界面炮孔方向與自由面垂直,爆破效果最差，爆破破環(huán)量最小?？紤]到地震勘探爆破的安全性和地震資料的采集問題，地震勘探炮孔方向在規(guī)程規(guī)范設(shè)計(jì)上，都采取豎井成孔。這樣既利于安全爆破，又利于地震資料的采集。2、自由面位于炮孔的一側(cè)根據(jù)多年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，當(dāng)自由面位于炮孔一側(cè)，并且距離小于5米時(shí)，炸藥起爆后能使陡坎或懸崖炸塌，產(chǎn)生飛石，爆破破環(huán)量較大。（二）最小抵抗線最小抵抗線是指爆破時(shí)巖石產(chǎn)生抵抗力(阻力 )最小的方向。在爆破中,通常將藥包中心或重心到最近自由面的最短距離,稱為最小抵抗線 ,一般常用 W 表示。最小抵抗線是工程爆破中的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)它選取的是否合理，將影響到爆破的各項(xiàng)重要指標(biāo)。由于它代

7、表了爆破時(shí)巖石阻力最小的方向，所以在此方向上巖石運(yùn)動(dòng)速度最高，爆破作用最集中。因此，最小抵抗線是爆破作用的主導(dǎo)方向，也是拋擲作用的主導(dǎo)方向。（三）起爆藥卷的位置起爆藥卷的位置決定起爆方向和炸藥爆炸時(shí)氣體壓縮運(yùn)動(dòng)方向。起爆藥卷應(yīng)放在孔口第一藥卷中，炸藥能量往下傳播，屬于正向起爆。這個(gè)起爆方法有利于地震勘探能量往下傳播，能提高礦產(chǎn)目的層地震反射波的能量。放在裝藥的中部屬于中部正向起爆，炸藥能量被分解為向上和向下傳播。放在孔底藥卷中，屬于反向起爆，炸藥能量往上傳播，具體見下圖所示。從圖中可以看出，中向和反向起爆只適用于工程爆破，提高爆破的破巖量，不利于地震勘探資料的采集和安全施工，應(yīng)當(dāng)是禁止的作業(yè)行

8、為。（四）爆破漏斗爆破漏斗是炸藥被埋置在一個(gè)合適深度的水平自由面下，巖石爆破的變形產(chǎn)物。它是由爆破漏斗半徑、最小抵抗線、漏斗破裂半徑、漏斗可見深度、漏斗張開角組成。其分類由爆破作用指數(shù)決定。在巖石性質(zhì)和爆破條件一定 ,當(dāng)裝藥量不變而改變藥包的埋置深度或藥包埋置深度固定不變而改變裝藥量時(shí)，都可發(fā)現(xiàn)爆破漏斗尺寸發(fā)生變化。這種變化可用爆破漏斗底圓半徑 r 與最小抵抗線的比值來(lái)表征， 此比值稱為爆破作用指數(shù)，用 n 來(lái)表示。即 n=r/W 。當(dāng) n 發(fā)生變化時(shí)，爆破的作用性質(zhì)、爆破漏斗的大小、巖塊的拋擲量和拋擲距離都將發(fā)生變化。所以根據(jù) n 的不同，可將爆破作用性質(zhì)和爆破漏斗進(jìn)行如下分類：1、標(biāo)準(zhǔn)拋擲

9、爆破漏斗當(dāng)爆破作用指數(shù) n=1 時(shí)，藥包爆破后即可形成標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗，此時(shí)爆破漏斗不僅全部破碎， 而且有相當(dāng)數(shù)量的巖塊被拋擲到漏斗以外，出現(xiàn)了明顯的漏斗坑，且漏斗半徑 r 等于最小抵抗線 W，漏斗張開角等于 90，形成這種標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗的爆破作用，稱為標(biāo)準(zhǔn)爆破。2、加強(qiáng)拋擲爆破漏斗當(dāng) 1n3 時(shí)，藥包爆破后，漏斗中的大部分巖塊將被拋擲到漏斗以外，所形成的漏斗半徑 r 大于最小抵抗線 W，漏斗張開角也大于 90，這種漏斗稱為加強(qiáng)拋擲爆破漏斗。3、減弱拋擲爆破漏斗當(dāng) 0.75n1 時(shí),藥包形成的爆破漏斗的底圓半徑 r 小于最小抵抗線W,漏斗張開角也小于 90,漏斗范圍內(nèi)的巖石遭到破壞 ,而且有

10、少部分巖塊被拋擲到漏斗以外 ,出現(xiàn)深度不大的漏斗坑。這種漏斗坑稱為減弱漏斗坑，或叫加強(qiáng)松動(dòng)爆破漏斗。4、松動(dòng)爆破漏斗當(dāng)爆破作用指數(shù) n 在 0.4-0.75 的范圍內(nèi)時(shí) ,藥包爆破后只使漏斗范圍內(nèi)的巖石被破碎，基本上沒有拋擲作用，地表上只看到鼓包現(xiàn)象，而看不到爆破漏斗，這樣的漏斗稱為松動(dòng)爆破漏斗，起爆破作用叫松動(dòng)爆破。松動(dòng)爆破由于裝藥量較小，爆堆比較集中，幾乎不產(chǎn)生飛石，炸藥爆破的能量向底下傳播的多。由上述可見，爆破作用指數(shù) n 表征著爆破作用的性質(zhì)，因此在爆破工程中，可通過(guò)選擇適宜的 n 值來(lái)控制爆破作用的性質(zhì)，從而達(dá)到預(yù)期爆破的目的。在一定范圍內(nèi) n 值愈大，拋擲方量愈大，拋擲距離愈大，炸

11、藥爆破能量向地表或臨空界面分解的愈多。在地震勘探中，如果要控制飛石、沖擊水柱和空氣沖擊波的危害，在藥量一定的情況下，必須最大限度地提高最小抵抗線值即井深，使 n 值趨于無(wú)窮小。四、地震勘探爆破事故風(fēng)險(xiǎn)分析隨著地震勘探技術(shù)的不斷發(fā)展和礦山企業(yè)對(duì)地震勘探技術(shù)成果高度的重視，地震勘探技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入全面發(fā)展的時(shí)代。由過(guò)去的只能在平原地區(qū)進(jìn)行勘探，現(xiàn)已進(jìn)入山區(qū)；由過(guò)去的單純二維地震勘探轉(zhuǎn)變?yōu)楦呙芏鹊娜S地震勘探。由于地形條件復(fù)雜和施工難度進(jìn)一步加大，地震勘探安全爆破面臨著以下幾種事故風(fēng)險(xiǎn)。（一）爆破飛石傷人起因有三個(gè)方面。1、孔淺，實(shí)際井深不足1.5 米山區(qū)坡積物或河溝地段，由于碎石、河卵石松散，鉆機(jī)在鉆

12、進(jìn)過(guò)程中因松散層塌孔原因，不易成孔，炮井深度普遍小于三米，有的甚至在河床地段靠挖坑放坑炮來(lái)完成施工任務(wù)，致使地震勘探爆破形成強(qiáng)擲爆破漏斗現(xiàn)象，漏斗中的大部分巖塊將以拋物線運(yùn)動(dòng)方式被拋擲到漏斗以外，另外加上山區(qū)地形復(fù)雜高差大，炮孔中沖起的飛石在水平方向上將產(chǎn)生 200-500 米運(yùn)動(dòng)距離，有的甚至更長(zhǎng)，從而導(dǎo)致以炮井中心，在距離炮井 200-500 米范圍內(nèi)的人員和設(shè)備將會(huì)受到致命的傷害。 如某物探隊(duì) 1998 年因放坑炮，爆破飛石將一位正在鋤地的農(nóng)民砸死。 2001 年因施工下山炮，爆破沖起物將山下的一位居民砸死。除此之外，因上述原因在施工現(xiàn)場(chǎng)還出現(xiàn)了爆破飛石將職工眼皮劃傷、背壺砸扁、安全帽砸

13、裂等多起僥幸事故。2、炮孔處于懸崖或陡崖邊界炮孔處于懸崖或陡崖邊界導(dǎo)致藥包中心（重心）到懸崖壁的垂向距離成為炸藥起爆時(shí)的巖石產(chǎn)生抵抗力(阻力 )最小的方向，是爆破作用和拋擲作用的主導(dǎo)方向，從而將懸崖壁炸塌，將產(chǎn)生的飛石以拋物線運(yùn)動(dòng)軌跡拋擲在懸崖底下，對(duì)在懸崖底部200-500 米范圍內(nèi)的人員和設(shè)備產(chǎn)生致命的危害。3、起爆卷的位置處在炸藥底端起爆藥卷的位置決定起爆方向和炸藥爆炸時(shí)氣體壓縮運(yùn)動(dòng)方向。過(guò)去在山區(qū)地震勘探中，施工單位為了節(jié)約成本，采用 45 鉆頭成孔，炸藥采用紙皮小節(jié)硝胺炸藥，藥節(jié)長(zhǎng) 0.25 米，每節(jié)炸藥僅有 0.2 公斤，每個(gè)孔需下 5 節(jié)炸藥，才能滿足地震勘探的需要，也就是說(shuō) 3

14、 米深的炮井內(nèi)藥柱高度為 1 米。對(duì)于雷管位置究竟放在炸藥底端還是頂端，起初人們憑借經(jīng)驗(yàn)或笨想，認(rèn)為雷管應(yīng)放在炸藥底端，可以完全引爆炸藥，造成地震勘探爆破成為反向起爆，使炸藥能量沖向井口爆炸，產(chǎn)生飛石，對(duì)炮區(qū)內(nèi)的人和設(shè)備造成危害。從插圖中，我們可以直接看出反向起爆的危害。如果遇到坡積物松散層不易采集資料，技術(shù)人員往往通過(guò)加大藥量，來(lái)獲取地震采集資料，這樣造成的井口爆炸能量更大，產(chǎn)生的危害更嚴(yán)重。（二）爆破觸電事故起因是在高壓線附近、黃土地區(qū)潛水位以下施工放炮，因爆生氣體把孔內(nèi)積水和爆炸線沖出孔外，在風(fēng)力的作用下把水柱和爆炸線搭在高壓線上，使高壓線短路產(chǎn)生觸電事故，造成燒毀儀器、人員觸電和用電戶因停電帶來(lái)生產(chǎn)損失。由于沒有拍到地震勘探爆破觸電事故現(xiàn)場(chǎng)照片，下面是一副地震勘探爆破危險(xiǎn)分析假想照片。但是在黃土區(qū)成孔，地