楊石春

產(chǎn)生爆破飛石的機(jī)理

根據(jù)現(xiàn)代爆破理論，炸藥的爆炸過程是爆轟波在炸藥中的高速傳播，對(duì)于工業(yè)炸藥的爆速可達(dá)2500—7000m/s。其前陣面是帶沖擊波的化學(xué)反映區(qū)，具有很高的溫度梯度與壓力梯度。當(dāng)炸藥在巖體內(nèi)起爆后，爆轟沖擊波首先作用于周圍巖石，使近區(qū)巖石激烈振動(dòng)、破裂、變形后衰減為巖石應(yīng)力波。緊隨其后的高溫高壓爆轟產(chǎn)物氣體的膨脹作功，擠壓已被破裂巖石作徑向位移，進(jìn)一步加劇巖石的破碎，并使破碎巖體向自由面方向隆起，產(chǎn)生鼓包運(yùn)動(dòng)及隨后的巖石拋擲。其剩余能量又轉(zhuǎn)化為空氣沖擊波。

由于上述爆破機(jī)理非常復(fù)雜，目前已被確認(rèn)的影響因素至少在30種以上。這些因素可歸類為巖石參數(shù)、炸藥參數(shù)與裝藥參數(shù)。

巖石參數(shù)包括巖石密度，抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度，彈性摸量、剪切模量、泊桑比及層理、節(jié)理走向，發(fā)育程度與軟弱夾層，地形特征等。

炸藥參數(shù)包括密度、爆速、爆壓、爆熱、猛度及化學(xué)組成、質(zhì)量穩(wěn)定性與抗水性能等裝藥參數(shù)是根據(jù)巖石參數(shù)、炸藥參數(shù)與工程目的確定的技術(shù)參數(shù)，包括爆破作用指數(shù)、單位裝藥量、最小抵抗線、堵塞長(zhǎng)度、裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)及藥包間距、排距與起爆的順序、間隔與網(wǎng)路等。

根據(jù)爆破漏斗理論，上述眾多參數(shù)之間的最本質(zhì)聯(lián)系就是裝藥量與最小抵抗線的平衡。當(dāng)裝藥量過大或爆破抵抗線過小，就可使被拋起的巖石獲得過大的能量與初速，使爆破漏斗內(nèi)的巖石碎塊飛射出預(yù)側(cè)的范圍，造成爆破飛石的安全事故對(duì)裝藥過程中因各種原因發(fā)生意外的提前爆炸的早爆事故，由于是在仍未達(dá)到裝藥量與抵抗線平衡時(shí)爆炸，往往會(huì)產(chǎn)生大量飛石與強(qiáng)大的空氣沖擊波，對(duì)爆破作業(yè)人員與周圍環(huán)境、人員造成重大傷害。

因起爆故障造成的拒爆，是在后繼作業(yè)開始后突然爆炸。由于已爆藥包破壞了拒爆藥包抵抗線的平衡，也往往會(huì)產(chǎn)生大量飛石與強(qiáng)大的空氣沖擊波等危害效應(yīng)。

爆破飛石的安全事故包括大量飛石事故與個(gè)別飛石事故。

引發(fā)飛石事故的成因及偶然因素

引發(fā)爆破飛石安全事故的成因可歸納為以下三方面的因素。

設(shè)計(jì)因數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)地質(zhì)資料不祥或?qū)r石參數(shù)認(rèn)識(shí)不足，就可造成設(shè)計(jì)參數(shù)的不合理。如炸藥選擇不當(dāng)、最小抵抗線過小、單位裝藥量過大、藥包分布不均、堵塞長(zhǎng)度不夠及起爆順序與間隔不合理，均可引發(fā)爆破飛石安全事故。

施工因數(shù)。施工精度偏差的影響：當(dāng)鉆孔方向、間距、排距及藥包位置、堵塞長(zhǎng)度、起爆間隔與安全警戒距離的偏差超過設(shè)計(jì)要求或爆破安全規(guī)范規(guī)定，設(shè)計(jì)又不作調(diào)整時(shí)，就可引發(fā)爆破飛石事故。

施工質(zhì)量的影Ⅱ向：當(dāng)裝藥與堵塞的密實(shí)度、起爆網(wǎng)路的可靠度及有關(guān)安全措施達(dá)不到設(shè)計(jì)質(zhì)量要求與爆破安全規(guī)范規(guī)定時(shí)，也是引發(fā)爆破飛石安全事故的重要原因。

偶然因素。巖石參數(shù)的不確定性及炸藥爆炸與巖石破碎機(jī)理的復(fù)雜性，決定了影響爆破飛石事故的偶然因素的存在。該文將那些不易發(fā)現(xiàn)或不太為工程技術(shù)人員所了解、熟悉、重視的影響因素稱為偶然因素。這些因素包括自然因素、技術(shù)參數(shù)與人為因素三種。

自然偶然因素：主要是指隱蔽的地質(zhì)地形異常。如起爆前未發(fā)現(xiàn)的巖層原始裂縫、孔隙、溶洞、軟弱夾層及前次爆破造成的破裂等，同時(shí)也包括刮風(fēng)、下雨、雷擊等天氣突變的影響因素。

技術(shù)偶然因素。技術(shù)偶然因素是指當(dāng)前技術(shù)水平還不能預(yù)見或難以控制的影響因素，如爆破器材的質(zhì)量、性能異變、爆轟產(chǎn)物射流的聚能效應(yīng)與噴射效應(yīng)。

爆破器材質(zhì)量、性能異變。爆破器材的質(zhì)量、性能的穩(wěn)定性受運(yùn)輸、存放、使用的環(huán)境影Ⅱ向。在某些爆破事故中也不泛有爆破材料質(zhì)量、性能發(fā)生異變的影響。

聚能效應(yīng)；裝藥一端帶有的空穴（聚能穴）或沿裝藥軸線帶有的長(zhǎng)條凹槽（聚能槽），在炸藥起爆后，可將爆轟產(chǎn)物氣體射流聚集于空穴或凹槽開口方向，大大增強(qiáng)在這個(gè)方向上的爆破局部作用。這種高溫高壓爆轟產(chǎn)物射流經(jīng)疊加后其頭部速度可超過第二宇宙速度（11.2Km/S）。在某些爆破個(gè)別飛石事故中不能排除這種聚能效應(yīng)的存在。例如，在裝藥現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)直徑小于炮孔的炮桿端部被磨圓后，容易在搗實(shí)炸藥時(shí)在藥柱上端形成凹穴，當(dāng)炮工為省力、節(jié)約堵塞炮泥（一般是事先準(zhǔn)備好的潮濕泥條）或?yàn)榉乐拐ㄋ幨艹?，將炸藥包裝紙揉成紙團(tuán)塞進(jìn)炮孔內(nèi)作堵塞，就有可能在藥柱上端形成聚能穴，引發(fā)個(gè)別飛石事故。如圖1所示。

在深孔裝藥采用條裝藥包散裝時(shí)，若破碎不充分，未破碎藥條斜擱在起爆體上方也有可能形成聚能穴，如圖2所示。

噴射效應(yīng)：炸藥起爆后，爆轟產(chǎn)物氣體在巖體中快速擴(kuò)脹作功，擠壓破碎巖石作徑向位移，向自由面方向隆起，形成鼓包。在短暫的“鼓包”體內(nèi)，仍保持著高溫高壓的爆轟產(chǎn)物氣體的一種準(zhǔn)靜壓狀態(tài)，當(dāng)“鼓包”巖體內(nèi)某一孔隙先于其他裂隙貫穿，就可能形成噴口與高壓氣體的噴流。當(dāng)噴流遇到巖石碎塊時(shí)，就可將碎塊拋射到高空，引發(fā)個(gè)別飛石事故。

由于高壓爆轟產(chǎn)物射流速度很大，被拋射的個(gè)別飛石的初速很大，其拋射距離將大于現(xiàn)行常用方法計(jì)算的安全距離，并超過爆破安全規(guī)程規(guī)定的警戒距離。如某建筑工地在實(shí)施大塊巖石二次爆破時(shí)，不足0.15Kg的裝藥量能將一塊雞蛋大的碎石拋射到300m以外。這種事故案例已不在少數(shù)。

由于形成的噴口不可能很大，因此被拋射出來的碎塊不會(huì)很大。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，大多在3.0Kg以下，很少超過5.0Kg。又因飛石受到的空氣阻力與速度2次方成正比、與碎石迎風(fēng)面積成正比，因此碎石越小，負(fù)加速度越大，飛射距離就越小。因此造成遠(yuǎn)距離傷害的飛石多在0.3Kg以上。

人為偶然因素。人為偶然因素主要是指爆破人員心理素質(zhì)影Ⅱ向。心理素質(zhì)是人的整體素質(zhì)的重要組成部分。心理素質(zhì)較高的爆破人員，具有較強(qiáng)的心理適應(yīng)能力：自我意識(shí)能力、心理應(yīng)變能力、競(jìng)爭(zhēng)協(xié)作能力、承受挫折能力、調(diào)適情緒能力與行為自控能力，對(duì)避免、減少爆破事故具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

心理素質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

僥幸心理：心理學(xué)研究表明，僥幸心理是人的本能意識(shí)。通常情況下，僥幸心理只是一種潛意識(shí)，常常不會(huì)引起人們的重視。一旦通過某件偶然事件的發(fā)生才意識(shí)到這種僥幸心理的存在與危害。當(dāng)這種僥幸心理與爆破的某一偶然因素相聯(lián)時(shí)，偶然的爆破安全事故將成為必然。在眾多的爆破飛石事故中基本上都與僥幸心理有關(guān)。

情緒自控能力：人們都生活在情緒世界里。當(dāng)遇到不稱心的事時(shí)，情緒自控能力差的人在爆破作業(yè)時(shí)就會(huì)變得急操、粗心、注意力不集中，忽視細(xì)節(jié)。當(dāng)某一偶然因素被爆破人員情緒淹蓋過去時(shí)，就會(huì)釀成爆破安全事故。

事故偶然性分析與偶然因素事故鏈模型

綜上所述，影Ⅱ向爆破飛石的因素很多，并存在各種未知的和不易發(fā)現(xiàn)或不太了解、熟悉、重視的偶然因素。當(dāng)某一人為偶然因素與自然或技術(shù)偶然因素聯(lián)系在一起形成事故鏈時(shí)，偶然的爆破安全事故發(fā)生將成為必然。該文通過以下5個(gè)實(shí)際案例，從自然、技術(shù)、人為三個(gè)方面找到影響事故的偶然因素、建立偶然因素事故鏈模型，分析引發(fā)事故的主要原因的內(nèi)在聯(lián)系以及對(duì)事故偶然性的影Ⅱ向。

意外的早爆事故。2008年5月某采石場(chǎng)在鉆工鉆第6個(gè)深孔時(shí)，炮工已裝好4個(gè)炮孔，第5個(gè)炮孔只裝好炸藥雷管，尚未填塞孔口，在離開作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)去補(bǔ)領(lǐng)電雷管時(shí)，第5個(gè)炮孔發(fā)生早爆，產(chǎn)生強(qiáng)大的空氣沖擊波與大量飛石，造成3名鉆工死亡、2名鉆工傷殘的重大安全事故。

鉆機(jī)由380V電源雙相線路供電，電雷管起爆。若第5個(gè)炮孔電雷管導(dǎo)線閉合，則存在感應(yīng)電引爆雷管的可能，但380V雙向線路對(duì)雷管的閉合導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電流大于工業(yè)雷管的安全電流（5mA）的可能較小。若電雷管導(dǎo)線未閉合則因鉆機(jī)線路破損漏電產(chǎn)生的地面雜散電流引爆雷管的可能較大。引發(fā)該事故的偶然因素及事故鏈模型如圖3所示。

意外的拒炮事故。2008年10月某大型露天礦山實(shí)施3.0噸深孔爆破時(shí)引爆10個(gè)月前5500t炸藥硐室大爆破的殘存炸藥，造成的滿天飛石波及半徑850m，引發(fā)地震2.4級(jí)（相當(dāng)百噸炸藥級(jí)），死亡16人，受傷53人，其中重傷12人。

10個(gè)月前大爆破時(shí)利用的28個(gè)獨(dú)立硐室中有兩個(gè)為230攝氏度高溫的小型硐室。為了避免炸藥被高溫引爆，自制了銨油鈍感炸藥。同時(shí)為

了防止導(dǎo)爆管被高溫?zé)龜?，設(shè)計(jì)了復(fù)式雙保險(xiǎn)起爆網(wǎng)絡(luò)，即同時(shí)用電爆網(wǎng)絡(luò)與塑料導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)硐室藥包相連接。有專家認(rèn)為炸藥之所以殘存是鈍感炸藥點(diǎn)著了沒爆或壓根就沒有點(diǎn)著。通常在硐室內(nèi)，是由雷管引爆起爆體炸藥，再由起爆體引爆鈍感炸藥。因此在硐室內(nèi)爆炸了一部分或大部分炸藥再殘存一部分炸藥的可能性很小。其次，10個(gè)月后的深孔裝藥的詢爆作用或沖擊波作用也很難引爆鈍感銨油炸藥。因此，可以認(rèn)定導(dǎo)爆管被高溫?zé)龜?、電爆網(wǎng)絡(luò)的塑料外皮被高溫熔化，造成短路而拒爆。另外，高溫硐室拒爆藥包內(nèi)的雷管起爆體也很難在230高溫下深藏10個(gè)月，因此最大的可能是臨近高溫硐室的非高溫硐室藥包的起爆網(wǎng)路被高溫破壞造成了拒爆，在10個(gè)月后被深孔爆破引爆。

根據(jù)事故偶然性分析，爆破單位的僥幸心理應(yīng)是造成該事故的重要原因之一。爆破單位面對(duì)第一次遇到的高溫硐室爆破（又是5500噸級(jí)的特大爆破），憑上千次硐室爆破經(jīng)驗(yàn)，盲目自信，

對(duì)鈍感炸藥與起爆網(wǎng)路未作耐高溫可靠性模擬試驗(yàn)，再加上在起爆后只憑肉眼觀察，沒有用先進(jìn)設(shè)備進(jìn)行炸藥拒爆檢查。當(dāng)這些偶然因素形成了事故鏈，如圖4所示，該事故的引發(fā)就成了必然。

地質(zhì)異常引發(fā)的事故。某爆破作業(yè)隊(duì)長(zhǎng)因?qū)こ虝?huì)議上的評(píng)比不滿，于當(dāng)天下午帶情緒上崗，帶領(lǐng)4個(gè)炮工裝藥。其中5個(gè)深孔孔口地面巖渣較少未引起注意，仍按正常情況裝藥。起爆后產(chǎn)生滿天飛石，飛石最遠(yuǎn)距離達(dá)250m，造成死亡1人，輕傷2人的安全事故。

造成事故的直接原因是未發(fā)現(xiàn)5個(gè)深孔的基巖覆土層比其他炮孔厚（約2.5—3.0m），對(duì)裝藥量未作調(diào)整，造成藥柱超高2.5m，填塞缺少2.5m的爆破飛石事故。其中1塊3.5Kg石塊飛射到上百米高空落到60m開外處的推土機(jī)駕駛室，擊穿了頂蓬。剛巧，躲在推土機(jī)駕駛室內(nèi)的兩名工人之一就是該事故的受害者。引發(fā)該事故的偶然因素及事故鏈模型如圖5所示。

爆轟噴射事故。某采石場(chǎng)塘口，兩個(gè)炮眼，相距6.6m，離采石場(chǎng)地面高10.95m，為石灰石巖層，堅(jiān)固系數(shù)f=10—13，層理與節(jié)理發(fā)育一般，垂直深度均為2.5m，裝藥量均為Q=1.95Kg，最小抵抗線均為w=1.0m，孔口填塞均為0.55m。在同一分鐘內(nèi)先后起爆，產(chǎn)生大量飛石，散落在數(shù)十米范圍之內(nèi)，最遠(yuǎn)距離也不到100m，唯獨(dú)一塊重量為3.6Kg的飛石飛射200余米擊人死亡。

該裝藥量偏大、孔口填塞長(zhǎng)度不夠，同時(shí)不能排除前一次爆破時(shí)造成的自由面的某一裂隙較一般裂隙深入后爆巖體，在該炮眼炸藥爆炸時(shí)產(chǎn)生了爆轟產(chǎn)物氣體的噴射效應(yīng)。引發(fā)該事故的偶然因素事故鏈模型如圖6所示。圖6爆轟噴射效應(yīng)事故鏈模型圖7爆炸聚能效應(yīng)事故鏈模型

炸藥聚能效應(yīng)事故。某建筑工地對(duì)大塊巖石進(jìn)行二次爆破時(shí)，炮工因瑣事爭(zhēng)吵，帶著情緒上崗，共裝51個(gè)炮眼，平均每眼裝藥0.075Kg，火雷管導(dǎo)火線起爆。下午5時(shí)起爆時(shí)，大部碎塊散落在30m以內(nèi)，少量在50m以內(nèi)，唯獨(dú)一塊0.3Kg的巖石飛射191m擊中路過的下班工人頭部當(dāng)場(chǎng)死亡。引發(fā)該事故的偶然因素事故鏈模型如圖7所示。

偶然性安全事故的預(yù)防

從上述爆破事故案例及其偶然因素事故鏈模型可以看出，爆破飛石安全事故的偶然因素普遍存在。預(yù)防爆破飛石偶然性事故的根本途徑是消除偶然因素事故鏈。在當(dāng)前，應(yīng)加強(qiáng)以下三個(gè)方面的預(yù)防工作。

健全爆破安全保障機(jī)制。我國(guó)有關(guān)爆破安全保障的法規(guī)與制度十分健全，但往往受各種經(jīng)濟(jì)利益沖擊，得不到全面有效的貫徹執(zhí)行。有許多強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)是由很多血的教訓(xùn)換來的也得不到落實(shí)，不少安全事故多是與違規(guī)違章作業(yè)形成事故鏈造成。對(duì)那些可以避免的違規(guī)違章事故的責(zé)任人應(yīng)加大法律制裁力度。

加強(qiáng)爆破過程的監(jiān)管。加強(qiáng)爆破過程監(jiān)管，對(duì)鉆孔、裝藥過程要實(shí)行監(jiān)理傍站制，如發(fā)生異常情況要作好詳盡記錄，及時(shí)報(bào)告給爆破技術(shù)負(fù)責(zé)人，作出合理的裝藥調(diào)整，消除有關(guān)偶然因素事故鏈。

加強(qiáng)心理素質(zhì)培育。加強(qiáng)員工心理素質(zhì)培育，提高員工心理適應(yīng)能力、心理承受能力的工作應(yīng)列入企業(yè)管理的重要內(nèi)容，并為員工創(chuàng)造寬松的工作環(huán)境。在日常工作中應(yīng)提高人性化管理水平。特別是對(duì)重要的爆破裝藥工作，在上崗前應(yīng)進(jìn)行心理測(cè)試與調(diào)整，避免帶情緒上班。

盡管炸藥在巖石中爆炸時(shí)對(duì)巖石破碎、拋擲的作功過程極為短暫和難以控制，影響爆破飛石效應(yīng)的因素也極其復(fù)雜，但只要從自然、技術(shù)、人為三個(gè)方面找到影Ⅱ向事故發(fā)生的因素、建立偶然因素事故鏈模型，就可以知道引發(fā)事故的原因和這些原因的內(nèi)在聯(lián)系及偶然因素對(duì)事故發(fā)生的影響程度，對(duì)事故的性質(zhì)、責(zé)任、整改作出正確結(jié)論。希望該文能為爆破飛石安全事故的預(yù)防及安全事故的鑒定與處理提供有益的參考。