113 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

爆破的環境影響，是指爆炸能量傳至爆區以外，對人員、建築物、道路與管線、地表及水體、生態與周邊作業造成的影響。作業前應先調查爆區條件及周邊保護對象，再依影響途徑採取「源頭控制、傳播途徑控制、受體防護」措施，並以監測結果修正爆破設計。

評估時可分成兩類：

• 爆破條件：地形、地質構造、岩體節理與破碎程度、地下水、爆孔狀況、裝藥及填塞條件。
• 周邊環境與敏感受體：附近居民、建築物、道路、橋梁、管線、重要設施、水源、河川、生態區及其他作業人員；也須考量風向、降雨、溫度逆轉等氣象條件。

解題方法

申論題可按「環境因素—造成影響—改善方法」逐項作答。核心是將爆破影響分成震動、空氣衝擊波與噪音、飛石、粉塵與爆破煙氣，以及水與生態影響，再補充地質、氣象及周邊設施如何改變風險。

一、地面震動與邊坡、建物損害

爆炸能量會以地震波形式傳入地層，可能造成建築物裂縫、設備損壞、邊坡鬆動或鄰近巷道不穩。影響程度與單段最大起爆藥量、爆源距離、岩體條件及起爆時序等有關。

改善方法：

• 依周邊建築物、道路、管線及邊坡敏感程度，合理選擇爆破位置、孔網參數、裝藥量及起爆順序。
• 採用微差起爆，控制每一段同時起爆的最大藥量，避免過量能量集中傳入地層。
• 使用適當的分段裝藥、間隔裝藥或預裂、光面爆破等方法，降低對保留岩體及邊坡的擾動。
• 對重要建物、管線或邊坡進行爆前調查與爆後巡查，必要時設置震動監測點，將實測結果回饋至後續設計。

地面震動常以質點峰值速度（PPV）表示；經驗上可用比例距離關係整理爆破藥量與距離的影響：

其中 $R$ 為爆源至測點距離，$W$ 為單段最大起爆藥量，$SD$ 為比例距離。此關係用於爆破震動評估與設計參考；實際震動仍須依現場地質條件及監測結果判定。

二、空氣衝擊波與爆破噪音

爆炸氣體逸散、岩石拋出及爆破面快速移動，會引起空氣壓力變化與噪音。其影響包括驚擾居民、損害聽力、震動門窗，或影響附近作業人員。

改善方法：

• 確實填塞炮孔，避免爆炸氣體由孔口過早逸散；避免在破碎帶或空洞中不當裝藥。
• 合理控制裝藥量與起爆時序，必要時採取分段爆破。
• 避開夜間、休息時段或周邊活動密集時段作業，並事先公告爆破時間及警戒措施。
• 依現場條件設置隔音或防護設施；爆破人員配戴適當聽力防護具。
• 注意氣象條件。強風朝敏感受體吹送、低雲層或溫度逆轉等狀況，可能使聲音或空氣衝擊波影響範圍擴大，應納入作業時機評估。

三、飛石

飛石可能由抵抗線不足、孔位偏差、裝藥過量、填塞不良、岩體裂隙或爆破面局部薄弱等因素造成，會直接危害人員及周邊設施。

改善方法：

核心觀念

階段爆破依預定遲延順序分段起爆，使已爆區逐步形成新的自由面，供後續炮孔破碎與岩塊移動。節理是岩體中的弱面，會改變爆破應力波的傳遞、反射與衰減，也會影響爆生氣體逸散及岩塊的移動方向。因此，節理走向相對於起爆推進方向，會使破碎與拋擲呈現方向性。

以下依圖示，按炮孔遲延順序 1→2→3 說明。實際效果仍受節理間距、延伸性、開口程度、傾角、抵抗線及裝藥量影響。

解題方法與兩種情況

圖 1：節理面走向與爆破方向垂直

節理面橫切起爆推進方向。爆破應力波遇到節理面時會反射、衰減，爆生氣體也容易沿節理面擴展，使岩體優先沿節理鬆動、分離。爆破結果容易呈現分層或板狀、塊狀破碎，且各段破碎及拋擲不均；節理面較開放、連續時，局部抵抗力降低，會增加岩塊過度拋出、飛石或後方岩體受損的風險。節理面也可能阻礙應力波傳至其後方，使部分區域破碎不足。

改善措施：

• 依節理延伸方向及現場自由面調整起爆推進方向，使各段能朝有效自由面破碎、移動。
• 調整抵抗線、孔距及裝藥分布，避免局部節理造成抵抗線突然減小；節理密集處可採較分散的裝藥配置。
• 逐段調整遲延時間，使前段適度形成自由面，再起爆後段，避免岩塊尚未充分鬆動時後段過早起爆。
• 鄰近保留岩體或邊坡時，採預裂爆破、緩衝爆破或減量裝藥，控制後方裂縫與超挖。

圖 2：節理面走向與爆破方向平行

核心觀念

本題考查炸藥的起爆與傳爆條件、化學組成的供氧狀態、炸藥威力比較，以及控制爆破的施工目的。作答時要分清楚兩組容易混淆的概念：

• 臨界炸藥密度是炸藥本身的密度界限；臨界炮孔直徑是裝藥柱或炮孔的直徑界限。
• 相對重量強度按相同重量比較；相對體積（或重量）強度按相同體積比較。

解題方法

本題為名詞解釋題，適合依序交代「定義、物理意義、工程用途」。涉及比例關係時，寫出比較基準與公式，避免只寫「較強」而未說明是按重量或體積比較。

（一）臨界炸藥密度（Critical Explosive Density）

臨界炸藥密度是指炸藥在特定配方、粒度、裝藥狀態及起爆條件下，能維持穩定爆轟所容許的密度界限。炸藥密度過高時，孔隙與氣泡等熱點減少，起爆敏感度可能下降；密度超過該炸藥的臨界值，爆轟波可能無法形成或持續傳播，造成拒爆或傳爆中斷。

此界限並非所有炸藥通用的固定值，會隨炸藥種類、粒度、含水狀況、裝藥直徑及起爆條件而變化。實務上應依產品特性與設計條件，避免裝藥密度超出可穩定爆轟的範圍。

（二）零氧平衡（Zero Oxygen Balance）

零氧平衡是指炸藥內所含的氧，恰好足以使其中的可燃元素完全氧化為指定產物，沒有多餘氧，也沒有氧不足。常見的計算假設為碳生成二氧化碳、氫生成水；含硫或金屬元素時，也須依採用的產物假設計入氧需求。

對只含碳、氫、氧的化合物 $C_aH_bO_c$，氧平衡可表示為：

其中 $M$ 為分子量。當 $c=2a+\frac{b}{2}$ 時，氧平衡為零；氧量多於需求時為正氧平衡，少於需求時為負氧平衡。

氧平衡描述的是化學組成中氧與可燃元素的比例，不等同於炸藥威力。實際爆炸產物與性能還會受配方、密度及反應條件影響。

（三）臨界炮孔直徑（Critical Blasthole Diameter）

臨界炮孔直徑是指某種炸藥在特定裝藥、約束與起爆條件下，能維持穩定爆轟所需的最小裝藥柱直徑。若裝藥柱直徑小於此值，爆轟波的能量損失相對過大，可能衰減而不能持續傳播；達到或超過臨界直徑，才具備穩定傳爆的必要條件。

核心觀念

本題用藥石比求總裝藥量，再由炮孔裝藥量換算每孔負擔的岩石量，最後依炮孔網格求最小抵抗線（$B$）與炮孔間距（$S$）。

藥石比定義為每爆破一噸岩石所需的炸藥質量：

其中 $Q$ 為炸藥量，$M$ 為岩石量。炮孔網格每孔負擔的岩石體積為 $B\times S\times H$，岩石質量則為該體積乘以岩石密度。

題目沒有提供 $S/B$ 的網格比例，也沒有提供其他用來決定抵抗線的經驗公式，因此單靠題目數據無法唯一決定 $B$ 與 $S$。以下採用常見的初步設計假設 $S=1.25B$ 計算。

解題方法

先統一單位。岩石密度 $2.5\ \mathrm{g/cm^3}=2.5\ \mathrm{t/m^3}$；硝油爆劑密度 $0.8\ \mathrm{g/cm^3}=800\ \mathrm{kg/m^3}$；炮孔直徑 $10\ \mathrm{cm}=0.10\ \mathrm{m}$。

1. 計算總裝藥量

2. 計算單位炮孔長度裝藥量

炮孔截面積為：

每公尺炮孔的裝藥量為：

3. 計算裝藥長度與單孔裝藥量

炮孔總長度為階段高加超鑽：

扣除填塞長度後，裝藥長度為：

因此每孔裝藥量為：

4. 計算每孔負擔的岩石量與網格面積

每孔負擔的岩石量為：