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(一)精細爆破的概念

精細爆破，即通過定量化的爆破設(shè)計和精心的爆破施工，進行炸藥爆炸能量釋放與介質(zhì)破碎、拋擲等過程的精密控制，既達到預(yù)定的爆破效果，又實現(xiàn)爆破有害效應(yīng)的有效控制，最終實現(xiàn)安全可靠、綠色環(huán)保及經(jīng)濟合理的爆破作業(yè)。[1]

精細爆破的產(chǎn)生和發(fā)展是市場的需求，隨著國民經(jīng)濟的騰飛、城市化進程的加快，工程爆破技術(shù)越來越發(fā)揮重要的作用。精細爆破的提出不僅是技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，更是源于工程爆破市場的巨大需求。在土巖爆破領(lǐng)域，對精細爆破的需求更是日益增多，例如，在國家重大工程建設(shè)及西部大開發(fā)中，面臨復(fù)雜地質(zhì)條件下修建大型水電樞紐工程、長距離調(diào)水或交通隧道、高陡路塹邊坡、大型礦山等艱巨任務(wù)，都涉及到精細爆破問題。

(二)精細爆破的含義

從精細爆破的定義可以看出，精細爆破秉承了傳統(tǒng)控制爆破的理念，但與傳統(tǒng)控制爆破有著明顯的區(qū)別。精細爆破的目標與傳統(tǒng)控制爆破一樣，既要達到預(yù)期的破碎、壓實、疏松和切割等爆破效果，又要將爆破破壞范圍、建構(gòu)筑物的倒塌方向、破碎塊體的拋擲距離與堆積形狀以及爆破地震波、空氣沖擊波、噪音和破碎物飛散等的危害控制在規(guī)定的限度之內(nèi)，實現(xiàn)對爆破效果和爆破危害的雙重控制。

與傳統(tǒng)控制爆破相比，精細爆破在定量化的爆破研究、爆破設(shè)計、炸藥爆炸能量釋放和爆破作用過程控制、爆破效果的定量化評價等方面，均提出了更高的要求。

精細爆破更注重利用爆炸力學(xué)、巖石動力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)和工程爆破等相關(guān)學(xué)科的最新研究成果并充分利用飛速發(fā)展的計算機技術(shù)，采用定量化爆破設(shè)計計算理論、方法和試驗手段，對爆破方案和參數(shù)進行優(yōu)化，實現(xiàn)對爆破效果及有害效應(yīng)的控制。

精細爆破更注重根據(jù)爆破介質(zhì)的力學(xué)特性、爆破條件及工程要求，依賴性能優(yōu)良的爆破器材及先進可靠的起爆技術(shù)，輔以精心施工和嚴格管理，實現(xiàn)炸藥爆炸能量釋放、介質(zhì)破碎、拋擲及堆積等過程的精密控制。

精細爆破不僅僅局限于傳統(tǒng)控制爆破，其概念適用于土巖、拆除及特種爆破等工程爆破的方方面面，可見，精細爆破不是一種爆破方法，而是含義頗廣的概念。

(三)精細爆破體系的組成

根據(jù)長江科學(xué)院在多個國家大型水電工程中的爆破實踐，精細爆破應(yīng)包含如下幾個部分:(1)精確數(shù)值化的爆破技術(shù)研究;(2)定量化的工程爆破設(shè)計;(3)高精度高可靠性的爆破器材選型;(4)精細化的爆破施工技術(shù);(5)精細化的施工管理方法;(6)定量化的爆破效果評價等內(nèi)容。其核心是定量化和精細化。

(1) 精確數(shù)值化的爆破技術(shù)研究

隨著爆炸力學(xué)、巖石動力學(xué)、工程力學(xué)和工程爆破技術(shù)等基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)域的不斷進展，借助飛躍發(fā)展的計算機技術(shù)、爆破試驗和測量技術(shù)，使得定量化的爆破技術(shù)研究成為可能。基于運動學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本理論，采用FEM、DDA、AEM和LS-DYNA等數(shù)值方法，已能對城市拆除爆破、土巖爆破、爆炸加工等進行較精確的預(yù)測和仿真，不再借助實體模型就可以實現(xiàn)對不同爆破方案的分析、比較和研究。此外，采用高速攝影及其三維數(shù)值分析系統(tǒng)，已經(jīng)可以對爆破全過程實施數(shù)值化監(jiān)測，可以定量化分析每一個破碎塊體的運動過程和運動規(guī)律。

在土巖爆破方面，已經(jīng)可以實現(xiàn)如下目的:(1)模擬爆破作用過程中裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展;(2)預(yù)測爆破塊度的組成和爆堆形態(tài);(3)爆破效果的評價和參數(shù)的優(yōu)化;(4)模擬和再現(xiàn)爆破過程。

(2)定量化的工程爆破設(shè)計

定量化的爆破研究和分析使定量化的爆破設(shè)計成為可能。一個完整的工程爆破設(shè)計包含爆破方案比較和選擇，爆破參數(shù)確定，炮孔布置形式的確定，起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。

定量化的爆破方案，包含開挖方式、開挖分區(qū)、開挖臺階高度、起爆方式、爆破規(guī)模等，通過數(shù)值優(yōu)化分析，以定量化的方式給出。

定量化的爆破參數(shù)選擇:主爆破孔爆破參數(shù)包括炸藥單耗、炮孔間排距、密集系數(shù)、炮孔孔徑、炸藥藥徑、炮孔堵塞長度;預(yù)裂孔爆破參數(shù)主要包括線裝藥密度、炮孔間距、堵塞長度等，此外還包括施工預(yù)裂參數(shù)。在爆破參數(shù)的確定上，借助目前的數(shù)值分析和試驗手段，已經(jīng)基本擺脫以往憑經(jīng)驗確定的傳統(tǒng)模式，精確定量化的選擇目前已經(jīng)成為現(xiàn)實。

精確化的起爆網(wǎng)路:傳統(tǒng)的起爆系統(tǒng)，在設(shè)計方法上已經(jīng)實現(xiàn)了定量化，但由于起爆器材的誤差，無論是電起爆還是非電起爆，在實踐中都很難滿足精細化要求。近年來，高精度非電起爆系統(tǒng)和數(shù)碼雷管起爆系統(tǒng)的成熟，才使精確化的起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計成為可能，高精度非電起爆系統(tǒng)和數(shù)碼雷管起爆系統(tǒng)均可以達到精確毫秒級的起爆精度。

(3)高精度高可靠性的爆破器材選型

高精度非電雷管和數(shù)碼雷管的研制成功，在控制結(jié)構(gòu)倒塌過程、改善巖石破碎效果、實現(xiàn)拋擲堆積控制以及降低爆破振動效應(yīng)等方面發(fā)揮了顯著作用，基本實現(xiàn)了對爆破過程的精確控制。此外，適應(yīng)不同巖性和爆破條件的高性能及性能可調(diào)控炸藥、不同爆速導(dǎo)爆索、使得對炸藥爆炸能量的釋放、使用及轉(zhuǎn)化過程的控制成為可能。例如性能可調(diào)控炸藥的出現(xiàn)，為真正實現(xiàn)炸藥與巖石阻抗相匹配創(chuàng)造了條件，從而可以大大提高炸藥能量的利用率;低爆速導(dǎo)爆索研制的成功，大大降低了大理石等石材開采中的爆破損傷，從而可提高石材的開采率和利用率，可有效地節(jié)約資源。

這些爆破器材的進步，加強了對爆破作用過程的控制能力，使在施工中達到精細化的要求成為可能。

(4) 精細化的爆破施工技術(shù)

施工機械化和自動化水平的提高，為精細爆破施工提供了技術(shù)支持，尤其是以3S技術(shù)(RS、GIS、GPS)為代表的信息技術(shù)在爆破工程中的應(yīng)用，使得爆破工程測量放線、鉆孔精度、裝藥堵塞等各項工序的精細程度大大提高。滿足精細爆破要求的施工機械和施工技術(shù)，從施工層面為精細爆破提供了技術(shù)保障。例如，國外大型礦山采用的潛孔鉆機或牙輪鉆孔設(shè)備，攜帶GPS系統(tǒng)，可實現(xiàn)鉆孔的自動定位;依靠鉆機上裝備的測量及控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)鉆孔過程孔向及傾角的自動調(diào)整及控制。又如在水電工程開挖爆破中，通過鉆機改造，增加限位板，加裝扶正器，根據(jù)巖性特點定制鉆桿直徑等技術(shù)手段，實現(xiàn)了滿足精細爆破技術(shù)要求的施工設(shè)備。

施工工藝流程控制上，水電系統(tǒng)總結(jié)出的"爆破設(shè)計及審批→開挖區(qū)域大面找平→清面→測量放線→布孔→技術(shù)交底→打設(shè)插筋、鉆機就位、固定→鉆孔→清孔→鉆孔質(zhì)量檢查→鉆孔保護→裝藥→網(wǎng)路連接→網(wǎng)路檢查→起爆→出渣→坡面清理→開挖邊坡測量檢測→爆破效果分析→下一循環(huán)"的工藝流程，有效控制了施工質(zhì)量，為最終實現(xiàn)對爆破過程的精細控制起到了重要作用。

(5)精細化的施工管理方法

要實現(xiàn)對爆破過程的精確控制，離不開精細化的施工管理方法。施工管理方法包括建立規(guī)章制度和制定質(zhì)量控制標準，質(zhì)量控制標準包括爆破振動控制標準、聲波波速衰減率標準、保留面的超欠挖和平整度和殘孔率要求等

實施前的準備:包括從組織、技術(shù)、資源、進度、環(huán)保等管理環(huán)節(jié)的統(tǒng)籌安排。成立相應(yīng)組織機構(gòu)，對各自的職責(zé)進行明確分工，編制滿足精細爆破要求的管理辦法。

施工過程控制:嚴格按照設(shè)計施工，設(shè)置專職的工程爆破監(jiān)理監(jiān)督質(zhì)量管理體系建立和運行情況，檢查現(xiàn)場施工質(zhì)量控制程序、環(huán)節(jié)、質(zhì)量控制方法等是否到位，分析施工質(zhì)量控制方面存在的問題，并在組織管理、技術(shù)工藝改進等方面提出具體措施和質(zhì)量控制要求。例如水利水電工程正在實施的"一炮一總結(jié)"、"一梯段一預(yù)驗收"、"一壩段一驗收"，及時對本梯壩段的經(jīng)驗教訓(xùn)進行總結(jié)，以指導(dǎo)改進下一梯段的施工。嚴格執(zhí)行"三定"(定人、定機、定孔)、"三證"(準鉆證、準裝藥證、準爆證)、"三次校鉆"(0.2m、1.0m、2.0m)等各項制度等施工過程管理技術(shù)，都很好地貫徹了精細爆破的理念。

(6)精細化數(shù)值化的爆破效果評價等內(nèi)容

爆破效果評價包括爆破振動的數(shù)值化監(jiān)測，巖體爆破松弛深度的數(shù)值化測試、平整度和超欠挖檢測、鉆孔電視檢測等數(shù)值化檢測手段。爆破振動的數(shù)值化監(jiān)測:例如目前具有國際先進水平的加拿大MiniMate Plus測振系統(tǒng)以及國內(nèi)的EXP 3850爆破振動測試系統(tǒng)，都可以對爆破振動進行及時有效的數(shù)值分析。武漢巖海的RS-ST01C一體化數(shù)字超聲儀，實現(xiàn)了爆破前后保留巖體松弛層深度的及時檢測。武漢巖海公司生產(chǎn)的RS-DTV數(shù)字彩色鉆孔電視攝像系統(tǒng)可以對保留巖體的內(nèi)部質(zhì)量進行數(shù)值化的分析。另外，殘孔率、平整度和超欠挖檢測…，提供了對爆破效果進行評估的定量化指標。