村落环境下深孔台阶控制爆破飞石与冲击波防护技术研究

一、绪论

近年来，乡村振兴战略推动下，村落周边的采石场扩建、公路改扩建、水利设施修建等工程频繁开展，深孔台阶爆破因作业效率高、适应复杂地形等优势，成为此类工程的核心施工手段。但村落环境与传统矿山、野外施工区域存在显著差异，其低矮民房、高压线路、输气管道等设施分布密集，且居民日常活动范围与爆破作业区距离较近，爆破过程中产生的飞石与冲击波极易突破安全边界，引发安全事故。据不完全统计，村落周边爆破作业引发的纠纷中， 80% 以上与飞石砸损房屋、冲击波导致门窗破损相关，亟需针对性的防护技术研究。

从理论层面看，现有爆破防护研究多聚焦于大型矿山、隧道等场景，针对村落低矮建筑、复杂人流分布的专项研究较少，本文可补充村落环境爆破安全理论的空白；从实践层面看，研究成果能为施工单位提供可操作的防护方案，降低爆破作业对村落环境的干扰，减少安全事故与民事纠纷，平衡工程建设与居民生活安全，助力乡村基础设施建设有序推进。

当前国内外学者针对爆破飞石与冲击波防护已开展部分研究，在飞石轨迹预测方面，形成了基于动量守恒的经验公式；在冲击波防护方面，提出了沙袋墙、钢板屏障等传统防护措施。但现有研究未充分考虑村落环境的特殊性：一是未结合村落民房抗冲击能力弱的特点，防护强度设计缺乏针对性；二是忽略了村落内人员活动的随机性，风险评估未纳入动态人流因素；三是传统防护措施占地面积大，难以适配村落狭窄的施工空间，实际应用效果受限。

二、村落环境深孔台阶爆破基础理论

2.1 深孔台阶爆破基本原理

深孔台阶爆破通过在钻孔内装填炸药，利用炸药爆炸产生的高温高压气体，对岩石施加冲击载荷，使岩石产生裂隙并破碎。爆破过程中，能量主要以三种形式释放：冲击波能、飞石动能与地震波能，其中飞石与冲击波是村落环境下的主要安全隐患。在常规野外场景中，冲击波会随传播距离快速衰减，飞石也可通过设定安全距离控制，但村落环境中，爆破区与民房间距往往小于常规安全距离，能量衰减不足以消除风险，需结合理论规律优化控制手段。

2.2 村落环境对爆破作业的约束条件

村落环境对深孔台阶爆破的约束主要体现在三个方面：一是空间约束，村落周边施工场地狭窄，钻孔布置、防护设施搭建需避开民房、道路等，限制了爆破参数的选择；二是安全约束，村落民房多为砖混、砖木结构，抗冲击波能力远低于工业厂房，对爆破冲击波峰值压力的耐受阈值更低；三是时间约束，村落居民日常活动规律固定，爆破作业需避开早晚休息、学生上下学等时段，且需提前预警疏散人员，对爆破流程的灵活性要求更高。

2.3 爆破飞石与冲击波的产生机制

爆破飞石主要来源于两个环节：一是炸药爆炸瞬间，岩石破碎块体在气体推力作用下脱离母体，形成“初始飞石”；二是破碎岩石在后续坍塌过程中，块体相互碰撞弹射，形成“二次飞石”。在村落环境中，二次飞石因轨迹更难预测，往往成为安全事故的主要诱因。

爆破冲击波的产生则与爆炸能量释放速度相关，炸药爆轰时产生的高压气体快速膨胀，推动周围空气形成压缩波，传播过程中逐渐转化为冲击波。冲击波对村落的影响主要表现为两种形式：一是直接冲击，导致民房门窗变形、玻璃破碎；二是间接振动，引发墙体开裂、屋顶瓦片脱落，尤其对老旧民房的破坏更为显著。

三、村落环境爆破飞石与冲击波风险评估

3.1 风险评估指标体系构建

结合村落环境特征，构建“目标物脆弱性 - 爆破能量强度 - 防护措施有效性”三维评估指标体系：

目标物脆弱性指标：包括民房结构类型（砖混、砖木、土坯）、与爆破区距离、基础设施类型（高压线路、输气管道），其中土坯房、距离小于50 米的目标物、输气管道为高脆弱性目标；

爆破能量强度指标：涵盖炸药单耗、孔深、装药集中度，能量强度越高， 飞石射程与冲击波峰值压力越大；

防护措施有效性指标：包括防护屏障高度、材质强度、覆盖范围，未设置防护或防护强度不足的场景，风险等级显著提升。

3.2 风险等级划分

根据评估指标得分，将村落环境爆破风险划分为三个等级：

低风险：目标物为砖混结构、距离大于 100 米，爆破能量强度低，且设置完善防护措施，飞石与冲击波无破坏风险；

中风险：目标物为砖木结构、距离50-100 米，爆破能量强度中等，防护措施基本完善，可能造成轻微门窗破损；

高风险：目标物为土坯房或输气管道、距离小于 50 米，爆破能量强度高，防护措施不足，易引发房屋损毁、人员伤亡事故。

四、防护技术方案设计

针对村落环境的空间约束与安全需求，设计两种核心防护方案：

飞石防护方案：采用“双层防护网 + 沙袋屏障”组合结构，内层设置高强度尼龙防护网，拦截初始飞石；外层堆砌高沙袋墙，阻挡二次飞石，同时沙袋墙可吸收部分冲击波能量；

冲击波防护方案：在爆破区与民房间设置“缓冲沟 + 泡沫板屏障”，缓冲沟，用于削弱地表传播的冲击波；泡沫板屏障固定于钢架上，进一步吸收空气中传播的冲击波能量。

五、结论与展望

本文通过对村落环境下深孔台阶控制爆破飞石与冲击波防护技术的研究，得出以下结论：

1. 村落环境的空间约束、目标物脆弱性对爆破作业影响显著，传统爆破防护方案难以适配，需针对性设计组合防护结构；

2. 构建的“三维评估指标体系”可有效划分村落爆破风险等级，为防护方案选择提供科学依据；

3.“双层防护网 + 沙袋屏障”与“缓冲沟 + 泡沫板屏障”组合方案，能有效拦截飞石、削弱冲击波，在中风险场景下可完全避免房屋严重损毁，防护效果优于传统方案。

未来研究可从三个方向深化：一是开展恶劣天气下防护技术研究，优化防护结构抗风、防雨性能；二是结合物联网技术，开发爆破区域人员实时监测系统，提升风险评估的动态性；三是探索新型轻质高强度防护材料，进一步缩小防护设施占地面积，适配更复杂的村落施工场景，推动村落周边爆破作业向更安全、更高效的方向发展。