空气间隔装药作用原理

空气间隔装药爆破的作用原理如下：

（1） 形成有一定峰值的空气冲击波

炸药爆炸瞬间产生爆轰波，在传播路径中与炮孔内空气相遇，空气受到爆轰波的强烈扰动，形成有一定峰值的空气冲击波，并在空气柱中继续传播。

（2） 缓冲爆轰冲击

空气冲击波遇到炮孔岩壁，传播介质发生变化，入射波前的空气质点速度瞬间急剧下降，空气中的部分动能瞬间快速储存在空气柱中，并对空气形成压缩作用，从而减小爆破冲击作用在炮孔岩壁上的初始压力，爆轰冲击作用减弱，避免冲击波对炮孔附近岩石的过度破碎。

（3） 增加冲击波作用时间

在爆破冲击压力作用下，炮孔岩壁发生破坏，产生大量裂缝，被压缩的空气及其储存的能量向岩体裂缝中释放。空气柱两端炸药爆炸的同时产生大量爆生气体，使得炮孔岩壁承受较长时间的准静态压力作用，因此延长作用时间。

空气间隔装药爆破和连续装药爆破产生的应力波波形如图1 所示。由图1 可知，空气间隔装药产生的应力波峰值比连续装药结构的更小，应力波作用时间更长。空气间隔装药爆破在应力波传播过程中产生2 个应力峰值，而连续装药爆破在应力波传播过程中只产生1 个应力峰值。空气间隔装药爆破在应力波达到应力峰值后以较为缓慢的速度下降，而连续装药爆破在应力波达到应力峰值后快速下降。

空气间隔器的种类

袋式空气间隔器

袋式空气间隔器外形为1 个密封袋，由2 层高压聚乙烯圆桶压制形成，袋内有1 个储气罐，袋外系有带刻度的吊绳。使用前先试放，保证放置顺畅，并在绳上标上记号。打开储气罐后放入孔内，可在20 s 内膨胀到孔壁，袋式空气间隔器长度约为40 cm时方能正常装药，根据不同孔径定制不同规格。空气间隔装药示意如图2 所示。

PVC 管空气间隔器

PVC管空气间隔器由PVC管制作而成，将PVC圆形管两端密闭处理，形成间隔器，采用吊绳将间隔器吊入设计孔位代替装药段，可实现良好的爆破效果。袋式空气间隔器和PVC管空气间隔器分别如图3、图4 所示。

PVC 管空气间隔装药爆破实例

试验地点及地质条件

试验地点在福建春驰集团国产实业水泥有限公司东中田地石灰石矿，矿山拟开采区及可能影响范围内无民房、交通要道、高压输电线路等重要建（构） 筑物，爆区周边环境良好，地质结构较复杂，矿体及围岩节理裂隙发育，存在溶洞、破碎带、土夹石等不稳定岩土体，岩石完整性较差。矿山试验现场如图5 所示。

孔网参数设计

（1） 布孔方式：采用深孔台阶爆破方式，垂直钻眼，平面布置成梅花型。

（2） 钻孔直径D：根据矿山已有的钻孔设备型号、工程需要、爆破环境及地质情况，钻孔直径为152 mm。

（3） 台阶爆破高度H：根据矿山开采设计，台阶爆破高度为15 m。

（4） 孔深L：为减少爆破对边坡稳定性的影响，采用垂直钻眼，超深（炮孔底部低于爆破基底面的高度） 取爆破高度的10%～15%。

（5）底盘抵抗线W：底盘抵抗线按孔径一定系数计算， W=KD=（25～40）D=3.8～6.08 m，K 为最小抵抗线与炮孔直径的比值，合理取值范围为25~40。考虑到W值和台阶高度有关，在实际取值时，H值小则K取小值，H值大则K取大值，本次W取4.5 m。（6） 炮孔间距a： a=mW，m为炮孔密集系数，m=1.2～1.5，本次取a=6 m。

（7） 单位炸药消耗量q：影响炸药单耗q 的因素主要有炸药种类、岩性、自由面数量和起爆方式等，矿石密度为2.69 t/m3，本次设计的单位炸药消耗量q初步取值为0.139 kg/t。

（8） 装药长度L1：装药长度由单孔装药量与线装药密度确定，装药方法不同会导致装药长度变化很大，为确保爆破时不产生飞石，单孔保证填塞长度不小于4.5 m。

（9）填塞长度L2：L2=（30～40）D=4.56～6.08 m，但填塞长度不小于最小抵抗线。

（10） 药卷直径ϕ 及单孔药量Q：ϕ=110 mm，Q=qabH。

（11） 空气间隔装药段长度：在炮孔底部及中部采用PVC管空气间隔器替换炸药进行装填，底部间隔器长度为0.75 m，中部间隔器长度为1.5 m，装药结构如图6 所示。

（12） 正常装药结构（非试验区） 孔网参数见表1。

（13） 空气间隔装药结构（试验区） 孔网参数见表2。

炮孔平面布置

炮孔平面布置示意如图7 所示。

PVC 管空气间隔器准备

采购直径110 mm、壁厚4 mm、长度4 m 的PVC 管，自行加工形成2 种规格：0.75 m （底部装填） 和1.5 m（中部装填），对截断后的PVC管进行端口密封，并配上吊钩。

爆破效果

PVC管空气间隔器装药与常规空气间隔器装药爆破效果相比，2 种间隔器装药爆破效果基本相同，无明显差别。

PVC管空气间隔器装药与连续耦合装药结构爆破效果相比，前者爆破效果更佳，爆堆抛掷距离更小，爆堆形状同样规整，爆堆岩石块度更均匀，大块率降低，岩石粉状率更低；爆堆铲装效率明显提升，大幅降低了二次破碎的作业量和成本（PVC管空气间隔器爆破现场如图8、图9 所示）。通过多次试验分析对比可知，采用PVC管空气间隔装药结构相较于连续耦合装药结构，爆破效果更佳。

经济效益对比

空气间隔装药与连接装药效益对比

连续装药结构单孔装药量为156 kg，炸药单耗为0.139 kg/t。采取空气间隔装药方式，单孔装药量降低为132 kg，炸药单耗为0.117 kg/t，单孔装药量节约24 kg，炸药单耗下降0.022 kg/t，直接降幅达15.8%。

不同空气间隔应用效益对比

收集在福建春驰集团国产实业水泥有限公司东中田地石灰石矿实施的3 次PVC管空气间隔装药爆破的试验数据，并与矿宝牌BJQ 间隔器应用数据对比，见表3。

通过数据对比，使用PVC管空气间隔器比传统的空气间隔器具有以下优点。

（1） 在同等作业条件、相同孔网参数及间隔段长度的情况下，采用PVC 管间隔器进行装药施工，相较于矿宝牌BJQ 间隔器每个炮孔直接成本可节约92.8 元（PVC管间隔器单孔药量净节约值减去矿宝牌BJQ间隔器单孔药量净节约值）。

（2） 随着近年来炸药销售市场的放开，炸药价格存在显著下浮。炸药采购价格越低，PVC管间隔器的单孔药量净节约值越优于传统的矿宝牌BJQ 间隔器。因此，采用PVC管空气间隔装药结构，更有利于降低施工成本，提高施工项目的经济效益。

（3） PVC 管间隔器外径110 mm，厚度3 mm，两端各1 个堵头，结构简单，材料准备便捷。可根据设计间隔段长度随时加工出规格匹配的间隔器，不受固定长度限制，无需从固定厂家采购。因此，采用PVC管空气间隔装药结构，更有利于提高施工效率，降低施工强度，保证更加稳定的爆破效果。

综上所述，采用PVC管间隔器无论在经济效益还是在可操作性方面，都优于传统矿宝牌BJQ 间隔器，更能实现爆破施工项目的降本增效。

总 结

经过爆破试验和分析总结，充分利用炸药爆炸的基础原理，采用PVC管空气间隔器实施间隔装药爆破，能降低作用在炮孔壁上的冲击压力峰值，减小冲击波作用，防止炮孔附近的矿石被过度破碎，可以增加应力波作用时间，能在一定程度上控制矿石大块率和粉状率，优化爆破效果，提高矿石铲装效率，同时降低炸药单耗，控制爆破成本，降低矿石开采综合成本，提高矿山企业的综合经济效益。