采礦場巖石破碎站爆破拆除

吳成雙，孫吉坤，康拓新

(1.唐山恒盛爆破工程有限公司，河北 遷安 064404； 2. 首鋼礦業公司，河北 唐山 064404)

1 工程概況

某礦山過渡巖石破碎站位于采場內上盤10m水平，根據破碎站改建工程計劃，需要予以拆除。該破碎站全部為澆注鋼筋混凝土結構，需拆除的部分包括破碎機基礎、擋土墻及側壁，構件最高達18.4m，厚度最大達10m，總體積約為3500m3，結構內鋼筋密度較大。因此，此項爆破拆除工程的技術和施工難度均較大。

如圖1所示，破碎站南部18m處有6600V高壓線路通過，距離東北方向的巖石破碎站隧洞1103m。范圍內無其他設施和設備，爆破的環境較好。

該破碎站為鋼筋混凝土結構,混凝土總方量為3500 m3。結構內的鋼筋密集，鋼筋的直徑為16mm，水平方向網度為0.1m×0.1m，垂直方向網度約為1m×1m，鉆孔難度極大。

此外，破碎站結構復雜，很多部位為“薄板狀”，相對于φ115mm 孔徑， 爆破抵抗線很小，裝藥量不容易控制。

圖1 巖石破碎站平面環境條件

2 方案選擇

根據礦山現有條件，可供選擇的拆除爆破方案有以下三種。

2.1 液壓碎石機機械拆除方案

該方案應用礦山已有的液壓碎石機，由上至下對鋼筋混凝土結構逐層拆除，同時配合使用焊機切割廢舊鋼筋，反鏟及時清理廢料至-5m水平。

按液壓碎石機每個臺班可拆除150 m3混凝土計算，3500 m3混凝土需要24個臺班。

按照液壓碎石機2.5m的安全作業高度，分層拆解破碎站。隨著破碎站混凝土高度的降低，將需要使用反鏟挖掘使破碎站周圍虛方的高度同時降低。這是一個循環過程。破碎站總高度18.4m，每個循環下降2.5m，故需要8個循環，即平均每個循環需要液壓碎石機機破碎450 m3混凝土，共需要3d。同時每個循環切割鋼筋需要0.5d，反鏟降方需要3d，共計6.5d，8個循環共需要52d。即在反鏟和液壓碎石機設備完好率能夠保證的情況下，拆除破碎站需要52d。但考慮到過程中各種不可預見因素的影響，預計工期80d。

不使用炸藥是此方案的重要特點之一。

2.2 牙輪鉆鉆孔爆破方案

用礦山已有的牙輪鉆機(孔徑φ250mm)對巖石破碎站基坑基礎、擋墻實施鉆孔爆破拆除。因牙輪鉆機受作業空間限制，只能采用一次鉆孔爆破。

但是，250mm孔徑的牙輪鉆機不適用于“薄板狀”部位。

2.3 F11邊坡鉆機鉆孔爆破輔助液壓碎石機拆除方案

目前礦山使用的中小孔徑F11邊坡鉆機，相對中孔徑牙輪鉆機而言，則具備受場地空間制約小、移動及鉆孔作業靈活、鉆孔方向靈活等特點。

該方案將破碎站分成六層拆除。

第一層：從+1～-1m(0m水平的絕對標高為+10m),拆除的混凝土的高度為2m，厚度為0.6～0.8m，體積為59.04 m3，全部采用碎石機處理，計劃碎石機處理半天，氣割切割回收鋼筋后，反鏟將廢料清出。同時周圍的虛方標高也從0m降到-1m水平。計劃工期2d。

第二層：從-1～-2m的混凝土結構是一個矩形平臺，平臺長15.5m，寬12.6m，厚度1m，平臺中央是一個直徑5.5m的圓形孔，要拆除的混凝土體積為174.65 m3，鋼筋的直徑為16mm，網度為0.1m×0.1m。采用F11邊坡鉆機鉆孔爆破?？拙W為1m×1 m，孔深0.7m，總的鉆孔米道為140m,鉆孔時對四周按3m孔深先鉆孔，中間部位按照設計孔深鉆孔。單耗取1.5kg/ m3,則單孔裝藥量為1kg。需要炸藥260kg。鉆機鉆孔1d，爆破1d，清理3d(包括氣割時間)，反鏟降方2d，計劃工期7d。

第三層：從-2m水平到-6.95m水平。混凝土結構為三面墻加四根立柱，墻體厚度0.8m，高度4.95m。單個立柱面積為2m×1.8m，高度0.95m，本層混凝土體積為199 m3。在墻體中間打一排孔，孔深4.5m，下水平控制到-6.95m水平平臺不被破壞?？拙?m，共計需打孔45孔，鉆孔米道為202.5m。需要炸藥300kg。鉆孔1d，爆破1d，清理廢渣3d，切割鋼筋2d。本水平需降方5m，反鏟降方需要5d。計劃需要工期12d。

第四層：從-6.95m水平到-9.65m水平，混凝土體積為490 m3，高度2.7m。需要打孔180孔，孔深2.5m，共計鉆孔米道450m。需要炸藥730kg。鉆孔1d，爆破1d，切割鋼筋3d，反鏟清理廢渣3d，同時反鏟降方需要3d，共計需要工期11d。

第五層：從-9.69m水平到-13.8m水平，段高為4.15m，混凝土體積為485 m3，需要鉆孔120孔，鉆孔米道為480m，需要炸藥720kg。鉆孔1d，爆破1d，切割鋼筋3d，反鏟清理廢渣3d，同時反鏟降方需要5d，共計需要工期13d。

第六層：從-13.8～-17.2m水平段高為3.4m，混凝土體積為342 m3，需要鉆孔100孔，鉆孔米道為300m，需要炸藥500kg。鉆孔1d，爆破1d，切割鋼筋2d，反鏟清理廢渣2d，同時反鏟降方需要5d，共計需要工期11d。

其余還有擋土墻混凝土750 m3，墻體厚度為0.5m，考慮直接使用碎石機處理，需要工期7d,以上各部分拆除累計需要工期63d。

比較上述三個方案，采用第一個方案，由于破碎站下部鋼筋混凝土的厚度較大，在高標號混凝土鋼筋密集部位，液壓碎石機的作業效率將大受影響。方案二存在的問題是部分炮孔均打在虛方上，很難成孔，孔深難以達到設計深度，爆破效果不能保證，同時一次鉆孔裝藥量多，爆破能量很難均勻分布，爆破安全不易保證。因此，最終選擇采用第三個方案，即F11邊坡鉆機鉆孔爆破輔助液壓碎石機拆除方案。

3 爆破技術設計

3.1 預處理

該工程鉆孔爆破的預處理工作是和鉆孔爆破緊密結合在一起的，開始利用液壓碎石機和反鏟配合形成F11邊坡鉆機鉆孔的作業平臺。在進行完一次爆破后根據現場的情況，隨時安排反鏟、液壓碎石機、氣割、推土機進行處理，為下一次鉆孔爆破創造場地條件。

3.2 爆破技術參數

(1)第2層：從-1～-2m的混凝土結構是一個矩形平臺，平臺長15.5m，寬12.6m，厚度1m，平臺中央是一個直徑5.5m的圓形孔。需拆除的混凝土體積為174.65 m3。

鉆孔直徑φ： 115 mm；孔網(W×b): 1m×1m;孔深L: 0.7m;單孔藥量Q: 1kg;炸藥單耗q： 1.5kg/ m3。炮孔布置如圖2所示。

圖2 第2層拆除爆破孔網布置

(2)第3層：從-2m水平～-6.95m水平?；炷两Y構為三面墻加四根立柱，墻體厚度0.8m，高度4.95m。單個立柱面積為2m×1.8m，高度0.95m，本層混凝土體積為199 m3。在墻體中間打一排孔，孔深4.5m，下水平控制到-6.95m水平平臺不被破壞。

鉆孔直徑φ：115 mm;炮孔(單排孔)抵抗線W: 1m;孔距：1m;孔深L：4.95m;單孔藥量Q: 2.97kg;炸藥單耗q：1.5kg/ m3。炮孔布置見圖3。

(3)第4層：從-6.95m水平～-9.65m水平，混凝土體積為490 m3，高度2.7m。

孔網(a×b): 1.5×1 m2；孔深L： 2.5m；單孔藥量Q: 3.75kg；單耗q： 1kg/ m3。

(4)第5層：從-9.69m水平～-13.8m水平，段高為4.15m，混凝土體積為485 m3。

孔網(a×b): 1.5m×1 m2；孔深L： 4m；單孔藥量Q: 6kg；單耗q： 1kg/ m3。

(5)第6層：從-13.8～-17.2m水平段高為3.4m，混凝土體積為342 m3。

孔網(a×b): 1.5×1 m2；孔深L： 3.5m；單孔藥量Q: 5.25kg；單耗q：1kg/ m3。

為了提高了爆破效果，減少了碎石機和氣割輔助工作量，對于在地表以下無爆破安全問題的部位可適當增大藥量，單孔裝藥量可以增加到核算裝藥量的1.1～1.2倍。

圖3 第3～6層拆除爆破孔網布置

3.3 裝藥結構

爆破裝藥結構大部分采用耦合裝藥方法，炮孔抵抗線較小的部位可以采用不耦合裝藥(圖4)，保證拉伸應力波能夠將需要破壞的結構拉伸破碎，緩沖爆破能量，保證爆破安全。

圖4 裝藥結構示意圖

3.4 起爆網絡

導爆索起爆方法。在單排孔最大分段裝藥量滿足質點振動速度的要求下，采用導爆索簇聯齊發起爆方式(圖5)。

圖5 導爆管網路連線示意圖

4 安全技術措施

4.1 飛石防護

由于淺眼爆破飛石產生的機理較復雜，且由于本工程的鉆孔爆破環境較好，本次拆除爆破沒有進行飛石安全距離的驗算，只要求在爆破前對18m處的6600V高壓線路停電，爆后線路出現問題及時進行恢復。同時為控制個別飛石逸出對高壓線造成危害，本次爆破對炮孔部位進行覆蓋防護。

4.2 空氣沖擊波安全距離

爆破空氣沖擊波的安全距離設計與核算根據《爆破安全規程》規定，爆破空氣沖擊波的安全距離按下式計算：

(1)

式中:R為爆破空氣沖擊波的安全距離(m)；K為與裝藥量條件和破壞程度的關的系數。對建筑物，K=1～2，考慮防止空氣沖擊波對人身的危害時，K=15，K的最小值一般取為5～10。

將Q= 10 kg，K=15代入式(1)，確定空氣沖擊波安全距離為R=49.5m。為保證安全，實際沖擊波安全距離為60m。

4.3 爆破震動安全距離

(2)

式中：V為質點振動速度,取為5cm/s；R為爆破地振安全距離，m；Q為單段最大藥量，取為10kg；k為常數，中硬巖取為150；α為爆破地震波衰減系數，取為1.8。

=14.625m

由于工程周圍環境較好，周圍50m范圍內無重要建筑物，滿足震動安全的要求。

5 爆破效果

經過20次拆除爆破，并合理組織協調反鏟、F11邊坡鉆機、碎石機、電鏟、推土機等設備輔助作業，歷時50d，完成了過渡破碎站系統的主體拆除爆破工作。

爆破效果有以下特點：一是爆破能夠將密集鋼筋的混凝土結構爆破達到破碎的程度，大部分塊度在0.8～1m2以下；二是部分鋼筋能夠通過爆破割斷，大部分鋼筋不會斷裂需要采用氣割進行處理；三是深孔部位，受鋼筋結構影響鉆孔不好或者沒有成孔的部位，有大塊產生，爆后處理量增加。從總體上看，爆破后的塊度大都能夠滿足反鏟或者電鏟裝車的條件，爆破效果較好。

爆破過程中有一次爆破崩落的鋼筋飛落到高壓線之上，爆破后及時進行了修復。

6 結語

(1)過渡破碎站拆除爆破沒有按照傳統的方法即使用手提鑿巖機一次鉆孔，一次進行爆破的方式，而是針對此次工程的具體條件和特點，利用中小孔徑多次爆破工藝技術實施爆破拆除，其經驗為大型地下鋼筋混凝土結構的拆除提供了一種借鑒。

(2)通過采取必要的控制爆破技術手段，能夠解決小抵抗線部位爆破的飛石問題。

(3)對于無爆破安全問題的部位，拆除爆破可增加裝藥量，單孔裝藥量可以增加到核算裝藥量的1.1～1.2倍。

[1] 郭進平，聶興信. 新編爆破工程實用技術大全[M].北京： 光明日報出版社.

[2] 張云鵬，甘德清，鄭瑞春. 拆除爆破[M].北京：冶金工業出版社， 2002

[3] 鄭炳旭，肖文雄，高蔭桐. 條形藥包硐室爆破[M].北京：冶金工業出版社， 2009: 205.