地震勘探爆破安全技术条件论证(一)

1、地震勘探爆破安全技术条件论证(一)一、论证依据1、中华人民共和国安全生产法 （中华人民共和国主席令【2002】第号）2、中华人民共和国安全生产行业标准（AQ2004-2005）地质勘探安全规程（国家安全生产监督管理局）3、爆破安全规程（ 2003 年 9 月 12 日国家质量监督检验检疫总局发布自 2004 年 5 月 1 日起实施）4、中华人民共和国煤炭行业标准MT/T897-2000煤炭煤层气地震勘探规范5、爆破基础理论6、化工矿物与加工科技刊物（2010 第 8 期）炮孔爆破堵塞研究现状及存在的问题论文成果二、地震勘探爆破机理地震勘探是地球物理勘探中的重要方法之一。它是以岩石的弹塑性为基

2、础 ,利用炸药的爆炸能量对介质作功,使浅层激发层位产生地震波，在沿测线的不同位置用地震勘探仪器检测大地的振动,并把数据记录在磁带上 ,以探明矿产目的层位在地下的赋存形态，为矿山企业安全生产提供可靠的地质技术资料。地震勘探爆破的机理是： 炸药爆轰时 ,对周围岩土的作用称作爆破作用。在药包爆破作用下 ,由于药包周围介质岩性的不均质性和各向异性及药包爆炸反应的高温、高压、高速度等复杂因素的影响,人们目前只能通过爆破产生的宏观现象 ,对爆破作用分为爆破内部作用和外部作用。（一）爆破内部作用当埋置在距地表很深处的药包爆炸时,药包的爆破作用只局限在地面以下,在地面没有显现出爆破作用 ,这种条件下的爆破作用

3、叫做内部作用。通常按岩石被破坏的特征 ,可将爆破作用范围内的岩石划分为三个圈。1、压缩圈在压缩粉碎圈内,由于岩石直接受到药包爆炸的巨大压力和高温作用 ,如果岩石是可塑性的,就会遭受到压缩而形成空腔,如果岩石是弹脆性 ,就会遭受到粉碎。如下图所示。在此圈内内 ,由于岩石遭受到压缩或粉碎性破坏,能量消耗很大 ,爆破作用力急剧减小，所以压缩粉碎圈得范围很小，其半径不超过药包半径的 2-3 倍。2、破碎圈围绕在压缩粉碎圈以外的一圈岩石，虽然受到的爆炸作用力较压缩圈中的岩石小得多，但受到岩石结构性破坏，生成纵横交错的裂隙，岩体被割裂成块，此范围叫破裂圈。破裂圈的范围大约为药包半径的 810 倍。3、震动

4、圈在破裂圈以外的范围内,爆破力的作用以衰减到不能使岩石结构产生破坏 ,而只能引起岩石颗粒产生弹性振动。这一圈叫做震动圈。震动圈的范围很大，直到爆破作用力完全被岩土所吸收为止。（二）爆破外部作用当药包埋置深度不大，接近地表时，药包除了使岩石破裂和震动外，被破裂的岩块由于碎胀而在地表隆起 ,或被抛离地表并形成一个爆破坑爆破漏斗。 爆破作用已显现在地表 ,这种情况叫做爆破的外部作用。也就是炸药爆破后的能量分解为爆破内部作用和爆破外部作用。三、影响地震勘探安全爆破的技术参数地震勘探爆破是以岩石的弹塑性为基础,利用炸药的爆炸能量对介质作功,使浅层激发层位产生地震波，也就是说将药包的爆破作用只局限在地面以

5、下 ,在地面上不产生飞石、冲击波、面波等危害因素，与工程爆破有着本质的区别。工程爆破是利用炸药的爆炸能量粉碎周围介质，使其按照一定方向搬运或抛掷。为了便于研究地震勘探爆破的安全技术条件，提高地震勘探爆破内部作用，下面把影响爆破外部作用的因素叙述如下 :（一）自由面自由面又叫临空面 ,通常是指被爆岩石与空气的交界面 , 也是对爆破作用能发生影响并能使爆后岩石发生移动的那个岩面。一般情况下，自由面越多 ,爆破破岩越容易 ,爆破效果越好。当岩石性质、炸药品种相同时 ,随着自由面的增多 ,炸药的单耗将明显降低。 对地震勘探而言，尤其是进入山区地震勘探，炮孔面临的自由面主要有两个：1、炮孔与地面垂直的临

6、界面炮孔方向与自由面垂直,爆破效果最差，爆破破环量最小。考虑到地震勘探爆破的安全性和地震资料的采集问题，地震勘探炮孔方向在规程规范设计上，都采取竖井成孔。这样既利于安全爆破，又利于地震资料的采集。2、自由面位于炮孔的一侧根据多年的生产实践证明，当自由面位于炮孔一侧，并且距离小于5米时，炸药起爆后能使陡坎或悬崖炸塌，产生飞石，爆破破环量较大。（二）最小抵抗线最小抵抗线是指爆破时岩石产生抵抗力(阻力 )最小的方向。在爆破中,通常将药包中心或重心到最近自由面的最短距离,称为最小抵抗线 ,一般常用 W 表示。最小抵抗线是工程爆破中的一个重要参数，对它选取的是否合理，将影响到爆破的各项重要指标。由于它代

7、表了爆破时岩石阻力最小的方向，所以在此方向上岩石运动速度最高，爆破作用最集中。因此，最小抵抗线是爆破作用的主导方向，也是抛掷作用的主导方向。（三）起爆药卷的位置起爆药卷的位置决定起爆方向和炸药爆炸时气体压缩运动方向。起爆药卷应放在孔口第一药卷中，炸药能量往下传播，属于正向起爆。这个起爆方法有利于地震勘探能量往下传播，能提高矿产目的层地震反射波的能量。放在装药的中部属于中部正向起爆，炸药能量被分解为向上和向下传播。放在孔底药卷中，属于反向起爆，炸药能量往上传播，具体见下图所示。从图中可以看出，中向和反向起爆只适用于工程爆破，提高爆破的破岩量，不利于地震勘探资料的采集和安全施工，应当是禁止的作业行

8、为。（四）爆破漏斗爆破漏斗是炸药被埋置在一个合适深度的水平自由面下，岩石爆破的变形产物。它是由爆破漏斗半径、最小抵抗线、漏斗破裂半径、漏斗可见深度、漏斗张开角组成。其分类由爆破作用指数决定。在岩石性质和爆破条件一定 ,当装药量不变而改变药包的埋置深度或药包埋置深度固定不变而改变装药量时，都可发现爆破漏斗尺寸发生变化。这种变化可用爆破漏斗底圆半径 r 与最小抵抗线的比值来表征， 此比值称为爆破作用指数，用 n 来表示。即 n=r/W 。当 n 发生变化时，爆破的作用性质、爆破漏斗的大小、岩块的抛掷量和抛掷距离都将发生变化。所以根据 n 的不同，可将爆破作用性质和爆破漏斗进行如下分类：1、标准抛掷

9、爆破漏斗当爆破作用指数 n=1 时，药包爆破后即可形成标准抛掷爆破漏斗，此时爆破漏斗不仅全部破碎， 而且有相当数量的岩块被抛掷到漏斗以外，出现了明显的漏斗坑，且漏斗半径 r 等于最小抵抗线 W，漏斗张开角等于 90，形成这种标准抛掷爆破漏斗的爆破作用，称为标准爆破。2、加强抛掷爆破漏斗当 1n3 时，药包爆破后，漏斗中的大部分岩块将被抛掷到漏斗以外，所形成的漏斗半径 r 大于最小抵抗线 W，漏斗张开角也大于 90，这种漏斗称为加强抛掷爆破漏斗。3、减弱抛掷爆破漏斗当 0.75n1 时,药包形成的爆破漏斗的底圆半径 r 小于最小抵抗线W,漏斗张开角也小于 90,漏斗范围内的岩石遭到破坏 ,而且有

10、少部分岩块被抛掷到漏斗以外 ,出现深度不大的漏斗坑。这种漏斗坑称为减弱漏斗坑，或叫加强松动爆破漏斗。4、松动爆破漏斗当爆破作用指数 n 在 0.4-0.75 的范围内时 ,药包爆破后只使漏斗范围内的岩石被破碎，基本上没有抛掷作用，地表上只看到鼓包现象，而看不到爆破漏斗，这样的漏斗称为松动爆破漏斗，起爆破作用叫松动爆破。松动爆破由于装药量较小，爆堆比较集中，几乎不产生飞石，炸药爆破的能量向底下传播的多。由上述可见，爆破作用指数 n 表征着爆破作用的性质，因此在爆破工程中，可通过选择适宜的 n 值来控制爆破作用的性质，从而达到预期爆破的目的。在一定范围内 n 值愈大，抛掷方量愈大，抛掷距离愈大，炸

11、药爆破能量向地表或临空界面分解的愈多。在地震勘探中，如果要控制飞石、冲击水柱和空气冲击波的危害，在药量一定的情况下，必须最大限度地提高最小抵抗线值即井深，使 n 值趋于无穷小。四、地震勘探爆破事故风险分析随着地震勘探技术的不断发展和矿山企业对地震勘探技术成果高度的重视，地震勘探技术已经进入全面发展的时代。由过去的只能在平原地区进行勘探，现已进入山区；由过去的单纯二维地震勘探转变为高密度的三维地震勘探。由于地形条件复杂和施工难度进一步加大，地震勘探安全爆破面临着以下几种事故风险。（一）爆破飞石伤人起因有三个方面。1、孔浅，实际井深不足1.5 米山区坡积物或河沟地段，由于碎石、河卵石松散，钻机在钻

12、进过程中因松散层塌孔原因，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来完成施工任务，致使地震勘探爆破形成强掷爆破漏斗现象，漏斗中的大部分岩块将以抛物线运动方式被抛掷到漏斗以外，另外加上山区地形复杂高差大，炮孔中冲起的飞石在水平方向上将产生 200-500 米运动距离，有的甚至更长，从而导致以炮井中心，在距离炮井 200-500 米范围内的人员和设备将会受到致命的伤害。 如某物探队 1998 年因放坑炮，爆破飞石将一位正在锄地的农民砸死。 2001 年因施工下山炮，爆破冲起物将山下的一位居民砸死。除此之外，因上述原因在施工现场还出现了爆破飞石将职工眼皮划伤、背壶砸扁、安全帽砸

13、裂等多起侥幸事故。2、炮孔处于悬崖或陡崖边界炮孔处于悬崖或陡崖边界导致药包中心（重心）到悬崖壁的垂向距离成为炸药起爆时的岩石产生抵抗力(阻力 )最小的方向，是爆破作用和抛掷作用的主导方向，从而将悬崖壁炸塌，将产生的飞石以抛物线运动轨迹抛掷在悬崖底下，对在悬崖底部200-500 米范围内的人员和设备产生致命的危害。3、起爆卷的位置处在炸药底端起爆药卷的位置决定起爆方向和炸药爆炸时气体压缩运动方向。过去在山区地震勘探中，施工单位为了节约成本，采用 45 钻头成孔，炸药采用纸皮小节硝胺炸药，药节长 0.25 米，每节炸药仅有 0.2 公斤，每个孔需下 5 节炸药，才能满足地震勘探的需要，也就是说 3

14、 米深的炮井内药柱高度为 1 米。对于雷管位置究竟放在炸药底端还是顶端，起初人们凭借经验或笨想，认为雷管应放在炸药底端，可以完全引爆炸药，造成地震勘探爆破成为反向起爆，使炸药能量冲向井口爆炸，产生飞石，对炮区内的人和设备造成危害。从插图中，我们可以直接看出反向起爆的危害。如果遇到坡积物松散层不易采集资料，技术人员往往通过加大药量，来获取地震采集资料，这样造成的井口爆炸能量更大，产生的危害更严重。（二）爆破触电事故起因是在高压线附近、黄土地区潜水位以下施工放炮，因爆生气体把孔内积水和爆炸线冲出孔外，在风力的作用下把水柱和爆炸线搭在高压线上，使高压线短路产生触电事故，造成烧毁仪器、人员触电和用电户因停电带来生产损失。由于没有拍到地震勘探爆破触电事故现场照片，下面是一副地震勘探爆破危险分析假想照片。但是在黄土区成孔，地