“黄金分割法”在爆破工程中的应用探讨

“黄金分割法”在爆破工程中的应用探讨唐山金宇爆破工程有限公司董事长第十届全国工程爆破学术会议于淑宝“黄金分割法”是一种古老的数学方法，它无处不在并造就了事物的和谐美，多年来经常被应用到艺术、摄影、绘画、设计等多个领域，而且得到了意想不到的效果。根据多年的爆破工程实践，将“黄金分割法”与工程爆破实例相结合，应用到露天爆破、高耸建（构）筑物爆破拆除等工程中，取得了很好的爆破效果。唐山金宇爆破工程有限公司摘

要

近年来，随着大规模的旧城改造和厂矿的改扩建以及基础设施建设，工程爆破的应用范围更加广泛，爆破工程的规模与难度也不断加大，爆破技术和质量要求越来越高。纵观我国爆破技术的发展历程，前辈们在研究爆破机理和总结工程实践的基础上，提出了一些理论、经验、半理论与半经验的计算公式，为技术人员进行爆破设计与施工提供了理论指导。然而，由于计算公式较多，一些爆破技术人员在进行爆破工程设计时，感觉无所适从；此外，个别计算公式与实际结果差异较大，不能正确指导设计与施工，更难保证工程爆破的安全[1-3]。唐山金宇爆破工程有限公司一、引

言

“优选法”是指研究如何用较少的试验次数，迅速找到最优方案的一种科学方法，优选法中的“0.618”与黄金分割紧密相关。“黄金分割”经过数学家华罗庚的研究，发现了其中深奥的科学道理。前些年由他推广的“优选法”在科学实验和解决人们现实生活中许多难题方面，都做出过重大贡献[4]。为了找到一个简单易行的指导工程爆破的理论方法，通过多年工程爆破实践验证，“黄金分割法”同样可以应用在工程爆破中，并对爆破工程设计与施工具有一定的指导作用。唐山金宇爆破工程有限公司一、引

言

露天爆破分为深孔爆破和浅孔爆破，一般以深孔爆破为主、浅孔爆破为辅，广泛应用于矿山剥离、路堑开挖和水电工程中[5]。进行爆破技术设计时，通常采用理论分析和经验法对爆破参数取值，但设计与实际往往存在一定误差，采用黄金分割法进行设计取得了很好的效果。唐山金宇爆破工程有限公司二、黄金分割法在露天爆破中的应用

进行深孔爆破时，台阶参数和爆破参数决定着工程爆破的效果与质量，而炸药单耗则是决定性的因素。当台阶参数、装药密度和填塞质量不变的情况下，炸药单耗则决定了炮孔的装药与填塞长度，也就是说炮孔的装药与填塞长度是炸药单耗的具体体现与反应。因此，根据爆破工程技术人员的经验与水平，可以通过炮孔的装药与填塞长度预测爆破效果的好坏。大量爆破工程经验表明：填塞长度过大，就会导致炮孔顶部大块率高、松散系数低，增加二次破碎成本并带来安全隐患，同时也会影响挖运效率；装药长度过大，既增加了爆破成本，又易产生飞石造成事故。

唐山金宇爆破工程有限公司1.露天深孔爆破（1）炮孔的装药与填塞长度二、黄金分割法在露天爆破中的应用唐山金宇爆破工程有限公司1.露天深孔爆破（1）炮孔的装药与填塞长度二、黄金分割法在露天爆破中的应用

在实际施工中，我们将炮孔的装药长度选择在炮孔深度0.618倍的部位，可取得很好的爆破效果。20余年来经过对各种环境的深孔爆破千余个不同规模的爆区、数万个炮孔进行试验，得到不同装药高度与炮孔深度比例系数相应的大块率和根底率，如表1所示，经比较、分析得出如图1所示。从分析图可以看出，采用黄金分割比例确定装药长度可大大地降低爆破根底率和大块率，提高爆破效果。

唐山金宇爆破工程有限公司1.露天深孔爆破（1）炮孔的装药与填塞长度二、黄金分割法在露天爆破中的应用表1不同装药高度的爆破大块率和根底率装药高度与炮孔深度比例系数

大块率/%根底率/%0.21.40.32.81.10.40.70.60.60.30.20.6180.20.10.80.50.31.00.90.6唐山金宇爆破工程有限公司1.露天深孔爆破二、黄金分割法在露天爆破中的应用

按照“黄金分割法”的要求，在确定了炮孔的装药与填塞长度后，起爆药包的位置将决定着炸药爆轰的方向，也即正向起爆与反向起爆的顺序，因为起爆顺序与爆破飞散物的多少和远近有直接关系。（2）起爆药包位置的确定唐山金宇爆破工程有限公司1.露天深孔爆破二、黄金分割法在露天爆破中的应用

（1）在爆区周围环境较好、要求破碎充分、块度均匀时，则采取正向起爆顺序，即将起爆药包放置在装药的下部，位于装药长度由上而下方向的0.618倍的位置。（2）起爆药包位置的确定唐山金宇爆破工程有限公司1.露天深孔爆破二、黄金分割法在露天爆破中的应用

（2）当爆区周围环境较为复杂、要求严格控制爆破个别飞散物时，则采取反向起爆顺序，即将起爆药包放置在装药的上部，位于装药长度由下而上方向的0.618倍的位置。（2）起爆药包位置的确定唐山金宇爆破工程有限公司1.露天深孔爆破二、黄金分割法在露天爆破中的应用图1露天深孔爆破起爆药包位置

（a）正向起爆（b）反向起爆（2）起爆药包位置的确定唐山金宇爆破工程有限公司1.露天深孔爆破二、黄金分割法在露天爆破中的应用采用“黄金分割法”控制炮孔的装药长度和起爆体的位置，可以有效地提高爆破质量、降低爆破成本、避免爆破事故的发生。唐山金宇爆破工程有限公司2.露天浅孔爆破二、黄金分割法在露天爆破中的应用浅孔爆破是一种应用较广的传统爆破方法，具有施工机具简单、操作方便、机动灵活的特点。但由于浅孔爆破的炸药单耗相对较大，抵抗线或填塞长度一般较小，容易产生爆破飞散物而引发爆破事故，因此合理确定浅孔爆破炮孔的装药与填塞长度则是减少事故、确保爆破安全的关键。唐山金宇爆破工程有限公司2.露天浅孔爆破二、黄金分割法在露天爆破中的应用多年的实践表明，浅孔爆破炮孔的装药与填塞长度的确定原则与深孔爆破正好相反，即浅孔爆破的填塞长度为炮孔长度的0.618倍，则填塞长度和装药长度分别为：

（1）

（2）

式中，

为炮孔深度、

为装药长度、

为填塞长度，单位均为m。唐山金宇爆破工程有限公司2.露天浅孔爆破二、黄金分割法在露天爆破中的应用按照“黄金分割法”确定浅孔爆破的装药与填塞长度，可以在改善爆破效果的同时控制飞石的飞散距离和飞散范围。唐山金宇爆破工程有限公司3.深凹露天矿开拓工程采掘爆破二、黄金分割法在露天爆破中的应用在露天矿的开采过程中，采坑进入封闭圈后特别是延伸到深凹开采阶段，地下涌水量增大，钻机成孔率大大降低，开拓新水平的斜沟掘进越来越困难。如何实现斜沟快速掘进，多年来一直受到传统单向掘进方法的影响，处于被动的生产组织状态。（1）深凹露天矿开拓工程分析唐山金宇爆破工程有限公司3.深凹露天矿开拓工程采掘爆破二、黄金分割法在露天爆破中的应用作者通过对首钢铁矿各采区的掘沟工程历年不同影响因素的分析研究发现，影响掘进进度的主要原因，一是掘沟爆破的第1个爆区形成时间长、规模小；二是因受排水的限制，电铲挺进缓慢。传统方式是电铲掘进的后方排水水位下降较慢，而电铲又是以一定的坡度向前下方挖掘，造成排水设施频繁移动，电铲多次降方，大大降低了主体设备的工作效率；三是爆破效果差，大块、根底产出率远远高出正常生产爆区。（1）深凹露天矿开拓工程分析唐山金宇爆破工程有限公司3.深凹露天矿开拓工程采掘爆破二、黄金分割法在露天爆破中的应用为克服这些不利因素，将“黄金分割法”应用到掘沟爆破中，收到了明显的效果。该方法主要用于第1个爆区合理位置的选择，确定装药结构，设置排水设施的最佳位置。（1）深凹露天矿开拓工程分析唐山金宇爆破工程有限公司3.深凹露天矿开拓工程采掘爆破二、黄金分割法在露天爆破中的应用式中，

为第1个爆区中心到斜沟沟底的水平距离，m；

为斜沟的总长度，m。如果斜沟设计段高为12m，矿用汽车的爬坡能力按8%计算，斜沟总长度约为150m。按照公式（3）可求第1个爆破的中心距斜沟沟底的距离为92.7m。（2）开拓工程（掘沟）爆破第1个爆区及排水设施的位置（1）确定第1个爆区中心位置的方法：（3）唐山金宇爆破工程有限公司3.深凹露天矿开拓工程采掘爆破二、黄金分割法在露天爆破中的应用临时排水设施安放在这个位置进行排水，可降低临时炮孔的相对水位，提高钻机的穿孔作业效率，降低废孔率。同时，又在电铲掘进的前方排水，可使前半段斜沟按照设计坡度1次成型，大大提高了电铲的作业效率。因这种排水方式改变了传统的单向掘进时排水设施在电铲掘进后方位置的模式，而设在电铲掘进的前方位，所以称之为“前位排水”方法。（2）开拓工程（掘沟）爆破第1个爆区及排水设施的位置（2）临时排水设施摆设的合理位置：按照同样的原则，依公式（3）计算所得结果，距斜沟沟底92.7m处为临时排水设施的最佳位置。唐山金宇爆破工程有限公司3.深凹露天矿开拓工程采掘爆破二、黄金分割法在露天爆破中的应用进行掘沟爆破时，为克服周围介质的夹制作用，一般采取缩小孔网参数和增加炸药单耗，有时也采用加大炮孔超深、满装药的传统方式，使炮孔填塞物不足3m。事实证明，当炸药单耗过低时，爆区松散系数低于正常值；而当炸药单耗过大时，反而诱发大量的爆炸高温高压气体外溢，形成“窜炮”，炸药能量利用率大大降低，不足15%。（3）确定合理的装药结构（1）药柱长度与炮孔深度的匹配：

唐山金宇爆破工程有限公司3.深凹露天矿开拓工程采掘爆破二、黄金分割法在露天爆破中的应用通过对百余个爆区、4000多个炮孔进行试验与比较发现，当装药长度接近于0.618倍的炮孔深度时，大块率在0.1%左右，基本没有根底，爆破效果处于最理想状态。掘沟爆区装药长度可按下式计算：

(4)式中：为炮孔装药深度，m；为掘沟爆区炮孔深度，m。（3）确定合理的装药结构（1）药柱长度与炮孔深度的匹配：

唐山金宇爆破工程有限公司3.深凹露天矿开拓工程采掘爆破二、黄金分割法在露天爆破中的应用

在固定沟道的掘进中，掘沟爆区的炮孔深度是按照坡度的变化而变化的。当炮孔深度>10m时，装药长度仍用公式（4）计算；当炮孔深度<10m时，应按下面公式计算：

(5)式中，为孔深<10m炮孔的装药高度，m；为孔深<10m的炮孔深度，m。（3）确定合理的装药结构（2）固定沟道药柱长度与炮孔深度的关系：

唐山金宇爆破工程有限公司3.深凹露天矿开拓工程采掘爆破二、黄金分割法在露天爆破中的应用起爆体在药柱中的位置不同也会对爆破效果产生一定的影响。通过大量生产实践，人们习惯于将起爆体放在距炮孔底的长度为药柱的2/3倍处，这个比例也非常接近黄金分割点，事实证明这种做法爆破效果较好。按照“黄金分割”法计算：

(6)式中，为起爆体距孔底长度，m；为装药长度，m。（3）确定合理的装药结构（3）起爆体在药柱中的合理位置：

唐山金宇爆破工程有限公司3.深凹露天矿开拓工程采掘爆破二、黄金分割法在露天爆破中的应用利用“黄金分割”法确定掘沟爆区的合理装药结构和第1个爆区及排水设施的最佳位置，是既经济又高效率的一种方法，可以大大地提高采矿主体设备的作业效率，同时也改善了掘沟爆区的爆破效果，大大缩短了开拓工程的工期。（3）确定合理的装药结构（3）起爆体在药柱中的合理位置：

唐山金宇爆破工程有限公司三、黄金分割法在高耸（构）筑物拆除爆破中的应用

烟囱、水塔等高耸建（构）筑物多为筒型或方型结构，在拆除爆破施工中，确定合理的爆破切口长度（含导向窗下边缘长）是保证爆破成功的关键。爆破切口长度不足就会造成爆而不倒，爆破切口长度过大，则会产生后坐或和倾斜，造成爆破事故[5-7]。唐山金宇爆破工程有限公司三、黄金分割法在高耸（构）筑物拆除爆破中的应用数十座筒型高耸建（构）筑物倾倒爆破的工程实例表明，应用“黄金分割法”确定爆破切口的合理长度和预留长度是即简单又合理的计算方法，可按下