山东科技大学山东省青岛市266500
摘要：随着我国的基础设施建设的不断发展，人们越来越重视爆破的影响，要求进一步减小爆破的有害效应，对爆破技术提出了更高的要求，而炮孔堵塞能提高爆破效果，降低爆破的有害效应。炮孔堵塞是工程爆破作业的重要工作环节之一，对爆破效果有重要影响。本文从岩石破碎原理假说、炮孔堵塞的作用机理、和炮泥的运动规律三方面来说明炮孔堵塞的重要性和对爆破效果的影响。同时许多研究者也提出炮孔堵塞在各方面对爆破有正面的影响。炮孔堵塞能够提高炮孔利用率，减少炸药单耗，降低岩尘浓度，减少有毒气体。
关键词：工程爆破；炮孔堵塞；爆破效果；破岩原理
0引言
张志呈[1]在工程爆破的堵塞问题中基于炸药在孔穴中爆炸的破岩机理和炸药爆炸能的传播规律来说明炮孔堵塞的重要性。进行堵塞爆破和不堵塞爆破的效果测试，测试了爆破压力、爆破空气冲击波、爆破体积、炸药单位消耗量、炸药爆作后气休组成成分、堵塞与不堵塞对爆炸火焰尺寸。其结果为不堵塞条形装药和堵口集中装药有空腔的响室爆破表明，堵口炯室爆破的岩体中应力峰值要比相同药量不堵塞条形装药大得多，应力波衰减也较慢；炮孔堵塞减少了形成空气冲击波的炸药能量损失在50%以上，提高炸破效率；在硬质黄土中爆破，不堵塞炮孔的孔底为炮孔堵塞的64%；不堵塞爆破要获得堵塞爆破同样的效果，在硬质黄土中需增加装药量21~26%，在石灰石中需增加药量23~28%；不堵塞爆破，炸药反应不完全，产生一些有毒气体，其中CO含量比堵塞爆破增加一倍左右；从不堵塞效果来看，炸药爆炸的能量泄溢于孔外，使爆炸能量没有得到较好的利用，这对有瓦斯的矿井容易引起火灾。吴立[4]在关于炮孔堵塞中的几个问题中分析了堵塞材料对爆破效果的影响，分别提出堵塞方法对爆破效果的影响和炮孔堵塞长度的计算，堵塞爆破效果最差，炮眼利用率最低，炸药单耗量最高，岩尘浓度最大；水堵塞与粘土堵塞相比较，在相同条件下，成本和爆破效率都相近，但降尘效果显著，还能减少有毒气体的生成量。陈怀宇、刘锡禄[5]在炮孔堵塞质量对爆破效果的影响，它研究了在岩土钻孔爆破中，炮孔堵塞的好坏、堵塞长度、堵塞物料的选择，于提高炸药潜能和爆破效果的关系。分别研究了黏土堵塞、砂堵塞、混合堵塞和水堵塞对爆破效果的影响，得到逆起爆，飞石的距离比正起爆小，说明其安全性好，逆起爆后，没有留下残眼，而正起爆大多有不同程度的残眼，说明逆起爆的效果比正起爆好。堵塞物为砂或砂水并用或胶体堵塞时，三者中以胶体堵塞的效果为最佳。不同堵塞物其爆破效果的顺序为：胶体大于砂大于先砂后水大于先水后砂。
1岩石爆破破碎原理假说
岩石爆破破碎原理假说有三种，分别为应力波反射拉伸作用假说、爆生气体膨胀作用假说、爆生气体和应力波综合作用假说。目前比较公认的岩石爆破破碎原理是爆生气体和应力波综合作用假说。改假说认为，炸药爆炸产生大量的爆生气体和爆炸应力波，爆生气体的膨胀作用和应力波都对岩石有破坏作用，两种作用不能分开，岩石的破坏是两种作用综合的结果，对于不同的岩石，爆生气体和应力波的破碎能力不同，但都加强了岩石的破碎。炸药爆炸后在0～7倍孔半径产生冲击波，7～（120/150）倍的孔半径产生应力波。爆破的冲击波产生的压应力大于岩石的抗压强度把岩石压碎，应力波产生的应力不能把岩石压碎，但其产生的拉应力大于岩石的抗拉强度使岩石产生最初是的裂纹，随后炸药爆炸产生的爆生气体渗入到裂隙，在爆生气体的准静态压力下，使应力波和冲击波产生的裂纹进一步扩展。从这个角度来看，如果不堵塞炮孔，爆生气体会很快的从炮孔溢出，不能起到扩展裂纹的作用。
2炮孔堵塞的作用机理
不同的研究者对爆炸对岩石介质的破坏过程，有不同的观点。但比较公认破坏过程认为岩石破坏由以下两部完成：
一是爆炸应力波使岩石介质产生裂隙。炸药发生爆炸反应，产生大量的高压、高温气体。爆生气体在炸药近区以冲击波的形式作用于炮孔孔壁上。冲击波产生压力远大于岩石的抗压强度，使距离炮孔中心3～7倍钻孔直径范围内的岩石被压碎。随后，由于冲击波在压碎区消耗了很多的能量到7倍的孔半径衰减为应力波，在岩石介质中继续以应力波的形式向远离炮孔方向传播，使岩石产生径向压缩和切向拉伸，但压应力不能压碎岩石，切向拉应力拉裂岩石使岩石产生径向裂缝。应力波传播到自由面时，要发生反射，发射的应力波加强了裂缝的生成。此外，根据应力波发射拉伸理论，应力波传播到自由面时会发生反射，反射波以拉伸波的形式传播，将岩石拉断。
二是爆生气体在裂缝中的气楔作用。炸药产生大量的高温高压爆生气体，这些气体以高压力的状态压入裂隙中，起到气楔的作用。由于裂隙的尖端会产生应力集中，爆生气体的气楔作用使裂隙尖端的应力大于岩石的抗拉强度，使裂隙继续扩展、贯通，直到岩石块体崩落分离。从这个方面来看，炮孔堵塞加强了爆生气体的压力，同时阻碍爆生气体过早的溢出炮孔，加强了爆生气体的作用时间。[2]
3炮泥的运动规律
炮泥一般是可压缩性物质，其运动不是同步的。靠近装药的炮泥层最先运动，然后后面的炮泥层依次发生运动。在炮孔口的一段炮泥，从运动开始，其速度一直在增长，不发生减速，经过一段时间后经过一定的时间后其运动速度将和近装药段速度一致，从而对靠近装药的炮泥运动不再发生阻碍作用。
从炮泥运动规律方面来看，在岩石破碎和炮泥冲出炮孔之前，由于炮泥的堵塞，炮孔可以看做一个密闭的空间，炸药爆炸产生大量的爆生气体，不断增加炮孔内的压力。当压力大于炮泥的阻力时炮泥就会发生移动，但是不同区段的炮泥阻止爆炸气体逸出的作用机理不同。靠近装药结构的炮泥，与孔壁的接触未发生剪切破坏前，主要靠横推力产生的摩擦力阻止炮泥运动和气体膨胀，产生运动后，靠其惯性延迟气体逸出；炮孔口出的炮泥在一定的时间内靠惯性阻止下端炮泥的运动，但当运动速度与下端炮泥速度一致时，就不再起任何作用。
炮孔堵塞岩石内应力参数的影响和对炮孔内压力的影响。若没有炮泥，炮孔内的炸药与大气直接接触，炸药爆炸产生的气体没有阻碍的就散入大气中，炮孔内的压力很快由最大值下降到大气压；当有炮泥堵塞，又没有裂隙与自由面相通时，炮孔相当于一个密闭的空间，炸药爆炸产生的大量的爆生气体，气体不会在炮孔内不会很快的散出去，气体压力下降较慢。炮孔在有堵塞和无堵塞两种情况下，对炮孔壁的初始冲击压力影响不大，但炮孔堵塞延长了爆生气体的作用时间，和加强了爆生气体对炮孔比的作用力。良好的炮孔堵塞还加强了它对炮孔中炸药爆轰时的约束作用，使炸药爆轰反应及爆轰性能得到一定程度的改善，从而提高炸药爆炸能量的利用率。[3]在岩石钻孔爆破中，炮孔的堵塞质量对爆破的效果影响较大，没有堵塞与有堵塞的爆破效果相差较大。
4结论
在钻孔爆破中，炮孔堵塞与炮孔不堵塞相比较，炮孔堵塞能爆生气体对孔壁的压力和延长作用时间。因此，炮孔堵塞能减少空气冲击波所消耗的能量，降低炸药单耗，是炸药充分反应，减少有毒气体生成量，提高炮孔利用率。
参考文献：
[1]张志呈.工程爆破堵塞问题[j]非金属矿，1998.2.
[2]陆文，张志呈.钻孔爆破中炮孔堵塞作用机理研究[j]，2001（3）：16-18.
[3]戴俊.工程爆破[j].机械工业出版社，2015.3.
[4]吴立.关于炮孔堵塞中的几个问题[j]探矿工程，1988.3.
[5]陈怀宇，刘锡禄.炮孔堵塞质量对爆破效果的影响[j].工业安全与防尘，1987.3.