109 專技高考高等考試 礦業安全技師 炸藥與爆破 考古題詳解

核心觀念

本題考查炸藥與爆破的基本術語，重點是區別炸藥的供應與裝藥型態、炮孔內的填塞作用，以及爆轟與爆燃的傳播方式。題目未涉及特定法條，以下依爆破工程的一般定義說明。

解題方法

逐項掌握「是什麼、如何作用、與相近名詞有何差異」，尤其要分清楚：

• 散裝爆劑是未包裝、可直接裝填的爆炸性材料。
• 填塞是炮孔內用來封閉孔口的惰性材料與作業。
• 臨界藥柱直徑是爆轟能否穩定傳播的直徑界限。
• 爆燃是由熱傳導等方式逐層傳播的快速燃燒，與以衝擊波傳播的爆轟不同。

（一）散裝爆劑（Bulk Blasting Agent）

散裝爆劑是以未包裝的散裝型態供應，並直接裝入炮孔或爆破空間的爆炸性材料。常見例子包括硝銨油炸藥（ANFO）及散裝乳化炸藥。它通常由專用設備輸送、混合或裝填，不以單支藥筒作為主要供應型態。

散裝爆劑的優點是適合大量、連續裝藥，能減少包裝與搬運作業，並可依炮孔條件調整裝填量。使用時仍須注意材料與水的相容性、裝填密度、混合均勻度及起爆可靠性；例如一般 ANFO 抗水性較差，不宜不加防護地用於積水炮孔。

（二）填塞（Stemming）

填塞是將適當的惰性材料填入炮孔中裝藥段上方，封閉炮孔孔口的作業；所填材料也稱填塞物。常用材料包括鑽屑、碎石或其他適用的惰性粒料。

填塞的主要作用是限制爆炸氣體由孔口逸散，使壓力能在岩體內維持較久，提升破碎與拋擲效果，並降低飛石及爆破氣體外洩等危害。填塞長度與材料粒徑、炮孔直徑、岩性及裝藥條件有關；填塞不足或材料不適當，容易造成氣體過早逸散、破碎效果不佳或飛石增加。

填塞不是裝藥的一部分，也不等同於炮孔底部的墊層；它位於裝藥段上方，功能是封閉炮孔。

核心觀念

本題考查露天礦場「階段爆破」中，爆破設計者能依地形、岩性、設備與爆破目標加以選定或調整的參數。答題宜按「階段幾何與孔網、裝藥、起爆、爆破效果控制」分類，並簡要說明各參數的意義。

「可控制」是指可由設計與施工安排的參數，不代表參數彼此獨立；孔網、裝藥及起爆時序須配合岩體條件與自由面共同設計。本題不涉及特定法條或數值計算。

解題方法

先從鑽孔幾何列出階段高度、孔徑、孔深、孔距、排距與抵抗線；再列裝藥與堵塞設計；最後補上起爆順序、延時及每段起爆藥量等控制因素。作答時同時交代參數定義，避免只列名詞。

可控制之設計參數

一、階段與鑽孔幾何

• 階段高度 $H$：階段垂直高度，影響單次爆破規模、孔深及爆後坡面。
• 炮孔直徑 $D$：影響單孔裝藥量、孔網尺寸及鑽孔設備選擇。
• 炮孔傾角與方向：可採垂直孔或傾斜孔；孔向會影響坡面成形、孔底抵抗線及爆破能量分布。
• 孔深 $L$ 與超深 $J$：孔深通常包含階段高度與超深；超深是鑽至設計底板以下的部分，用於改善底部破碎、減少根底。
• 最小抵抗線 $B$：炮孔至最近自由面的最短距離，是控制破碎、拋擲與爆破作用的重要幾何參數。
• 孔距 $S$ 與排距 $A$：分別為同一排相鄰炮孔的距離，以及相鄰排炮孔間距；兩者共同決定孔網密度與單孔負擔範圍。
• 孔網排列方式：如方形或錯列式排列；排列方式會影響岩體破碎均勻性與相鄰炮孔的作用重疊。

二、裝藥與堵塞

• 單孔裝藥量與炸藥單耗：單孔裝藥量是每孔所裝炸藥量；炸藥單耗通常指每單位岩石體積或質量所需的炸藥量。其設定須配合岩石性質、孔網與預期破碎粒度。
• 炸藥種類與性能：可依岩石強度、含水狀況及所需爆破效果，選擇適當的炸藥品種與性能。

核心觀念

本題考查炸藥爆轟後，炮孔周圍岩體受到爆炸應力波與爆生氣體作用時，依距炮孔遠近形成的五種破碎、裂隙及損傷區域。由內向外，破壞程度逐漸降低；各區的範圍會受岩性、岩體節理、炸藥性能、裝藥結構及自由面條件影響。

解題方法：由炮孔向外分區

作答時依損傷強弱排列，並說明每區的岩體狀態與主要形成原因：

1. 粉碎區（crushed zone） 緊鄰炮孔壁。爆轟產生的高壓使孔壁附近岩石承受極強壓縮與剪切作用，岩石被壓碎、粉化，形成密集微裂隙；此區通常失去原有完整性。

2. 破裂區（fractured zone） 位於粉碎區外側。應力波傳遞及其卸載過程使岩體產生密集裂縫，包括放射狀裂縫及環向裂縫；爆生氣體進入裂縫後，會使裂縫張開、延伸，岩塊進一步鬆動。

核心觀念

預裂爆破是控制爆破的一種，作法是在設計開挖輪廓線上，先鑽一排間距較密的預裂孔，以較輕且沿孔長分布的裝藥，使相鄰炮孔之間形成連續裂縫面，再進行主爆破。這道裂縫面可降低主爆破的應力波與爆生氣體向保留岩體傳遞，保護最終邊坡或開挖面。

其主要目的如下：

1. 形成平整、符合設計線形的開挖面，減少超挖及欠挖。
2. 減少保留岩體的破壞與鬆動，降低深部裂隙、邊坡弱化與落石風險。
3. 提高邊坡穩定性與耐久性，減少後續修坡、清除鬆石及支撐補強工作。

預裂孔通常位於最終開挖輪廓線上，並與主爆區隔開。它的關鍵不是把岩石大量破碎並拋出，而是讓相鄰孔間的裂縫連成預定的分離面。

解題方法：從「目的、設計、施炸」作答

本題是申論題，依工程流程說明即可：先交代預裂面如何保護保留岩體，再依序說明孔位與孔距、裝藥與填塞、起爆時序、施工檢查及現場調整。數值屬經驗設計範圍，須配合岩性、節理、孔徑及試爆成果修正。

預裂爆破設計

1. 預裂孔位置與方向

預裂孔沿最終開挖輪廓線布置，孔軸方向應與設計坡面平行，使孔列在整個開挖深度內都能形成符合設計的裂縫面。孔位、孔向及孔深的精度很重要；若孔列偏斜或孔距沿深度變化過大，裂縫容易中斷，造成局部超挖或保留面破損。

2. 孔距與孔徑

預裂孔採密孔布置，常用經驗關係為：

其中，$S$ 為預裂孔中心距，$D_h$ 為炮孔直徑。岩體完整、均質時，孔距可取較大值；岩體軟弱、風化或節理發達時，宜縮小孔距，確保孔間裂縫能連續銜接。設計亦須考量轉角、岩層界面及局部地質構造。

3. 裝藥方式與藥量

預裂孔使用較輕裝藥，並沿孔長分散配置，使爆炸壓力集中促成孔間裂縫，降低孔壁周圍的過度粉碎與放射狀裂隙。常見作法是使用直徑小於炮孔的藥卷，形成不耦合裝藥；藥卷以間隔方式固定於導爆索或裝藥管線，並使各孔裝藥配置一致。

孔底可配置較重的底部裝藥，以提高孔底裂開的完整性；但須避免藥量過大，造成底部過度破碎。裝藥量應依孔徑、岩石強度、孔距及試爆結果調整，不能只用單一固定值套用所有岩層。

4. 填塞與孔底處理

核心觀念

本題考查炸藥爆炸後，能量如何傳入岩體並造成破碎。常見的基本觀念是應力波（或衝擊波）與爆生氣體共同作用：應力波先造成近孔岩石壓碎、裂紋萌生；爆生氣體隨後進入裂隙、推動裂紋擴展並使岩塊移動。

解題方法

依爆炸作用的先後與岩石受力方式，分述主要破壞機制：

1. 孔壁壓碎：炸藥爆轟時產生高壓，使炮孔周圍岩石受強烈壓縮，形成壓碎區。
2. 應力波作用：壓縮應力波向外傳播，造成岩石動態變形與損傷；應力波遇到自由面或岩體界面反射後，可形成拉伸作用，使岩石產生裂縫。
3. 裂縫起裂與擴展：近孔區產生的放射狀裂縫，在應力波及岩石內部應力作用下向外延伸、分岔或相互連結。