舟山綠色石化基地凝灰?guī)r露天礦山靠幫邊坡爆破技術研究

丁銀貴(宏大爆破有限公司， 廣東 廣州 510623)

1 前言

舟山綠色石化基地是國家石油化工“十三五”規(guī)劃重點項目，是中國(浙江舟山)自由貿易試驗區(qū)建設的引擎，是舟山江海聯(lián)運服務中心發(fā)展的核心，位于浙江省舟山市岱山縣大小魚山島圍墾區(qū)，西鄰杭州灣，東鄰東海，北與上海國際航運中心洋山港毗鄰，背靠上海、杭州、寧波、舟山等大中城市，地理位置優(yōu)越。

舟山綠色石化基地凝灰?guī)r露天礦山是石化基地建設的重要組成部分，為大小魚山島圍墾區(qū)建設提供建設石料和施工用地，在整個石化基地建設中處于龍頭地位。

礦區(qū)為發(fā)育單一的火山碎屑巖，巖性為流紋質含角礫玻屑熔結凝灰?guī)r。表層巖石風化嚴重，約10～30m厚，呈黃褐色，節(jié)理裂隙發(fā)育，結構松散，碎塊狀，物理力學性質差；下層巖石弱風化，呈青灰色，塑變結構，假流動構造，有少量斷層，發(fā)育節(jié)理少，巖石總體較為完整，但局部存在楔形體，易發(fā)生巖塊崩落等不良工程地質現象。巖石為普堅石，堅固性系數f=8～12。主要成份為塑變玻屑，其次為晶屑、角礫。

地下水主要有松散巖類孔隙潛水、基巖裂隙水兩種類型。區(qū)內松散巖類鉛厚較小，巖性為含碎石粉質黏土，透水性、富水性差，水量貧乏。節(jié)理雖較發(fā)育，但節(jié)理面平直、閉合，水的連通性差。地下水向下滲透的路徑不長，徑流量較小，邊坡部位未見泉水露頭，僅見少量滲水，基巖裂隙水也較為貧乏。地下水主要由大氣降雨補給，沿基巖裂隙向低處徑流。

礦區(qū)位于北亞熱帶南緣季風海洋型氣候區(qū)，常年溫和濕潤，冬暖夏涼，光照充足。年平均氣溫16.1℃，最冷1月份平均溫度5.5℃，最熱8月份平均氣溫26.9℃；年平均降雨量1 200mm，主要集中在梅季和夏秋臺風季節(jié)。日最大降水量246.3mm。年平均相對濕度80%。全年無霜期257天。全年盛行北風和東南風，其中，春夏季主導風向為東南風，冬季為偏北風，年均風速6.7m/s。

舟山綠色石化基地凝灰?guī)r露天礦山共設置7處靠幫邊坡，邊坡周邊均有生活辦公臨建設施、交通運輸道路、供電通訊設施、石化煉化裝置等，施工環(huán)境復雜。靠幫邊坡周邊環(huán)境如圖1所示。

圖1 靠幫邊坡周邊環(huán)境圖

舟山綠色石化基地凝灰?guī)r露天礦山設置靠幫邊坡共7處，分為3～4個臺階，臺階高均為15m，馬道寬度為4～6m。最上層臺階風化嚴重，節(jié)理裂隙發(fā)育，坡面角設置為1∶1.5(即坡面角為34°)；中間臺階風化中等，坡面角為1∶1(即坡面角為45°)；最下層臺階巖石風化較弱，坡面角設置為1∶0.75(即坡面角為53°)。

邊坡排水系統(tǒng)由截水溝、平臺排水溝、急流槽組成。截水溝設置于坡頂以外5m位置，梯形結構，規(guī)格(凈尺寸)為50cm(底寬)×120cm(頂寬)×50cm(深)；平臺排水溝設置于平臺中間，矩形結構，規(guī)格(凈尺寸)為：50cm(寬)×50cm(深)，平臺排水溝設置0.2%的排水坡度；急流槽設置于邊坡坡面上，矩形結構，規(guī)格(凈尺寸)為：80cm(寬)×60cm(深)，坡度與邊坡坡面坡度一致。靠幫邊坡布置如圖2所示。

2 靠幫邊坡預留孔底保護層緩沖爆破

根據靠幫邊坡設置要求，最上層邊坡坡面角較小(34°)，鉆孔效率低，且成孔質量較難控制，不宜采用光面(預裂)爆破。表層邊坡巖石風化嚴重，節(jié)理裂隙發(fā)育，結構松散，碎塊狀，物理力學性質差，為有效保護邊坡巖體，減少施工對邊坡巖體的破壞，最上層邊坡采用預留孔底保護層緩沖爆破，輔以機械破碎。

2.1 爆破參數及裝藥結構

1)爆破參數

(1)鉆孔直徑D。采用潛孔鉆機或液壓鉆機作業(yè)，孔徑D=115mm。

(2)臺階高度H。靠幫邊坡臺階高度H=15m。

圖2 靠幫邊坡布置圖

(3)預留保護層厚度h和鉆孔深度L。炮孔分5排布置，鉆孔角度均為90°，孔底至邊坡坡面預留1.0～1.5m厚的保護層，鉆孔深度每一排均不相同。第一排沿臺階坡腳線布置，預留保護層厚度為1.5m，鉆孔深度為13.5m；第二排距第一排4.5m，預留保護層厚度1.5m，鉆孔深度為10.5m；第三排距第二排4.0m，預留保護層厚度為1.2m，鉆孔深度為8.2m；第四排距第三排3.5m，預留保護層厚度為1.0m，鉆孔深度為6.0m；第五排距第四排3.0m，距坡頂線7.5m，預留保護層厚度為1.0m，鉆孔深度為4.0m[1-2]。

圖3 預留孔底保護層緩沖爆破爆破參數及裝藥結構

(4)孔間距a。同排炮孔間距相同，不同排炮孔間距不同，第一排孔間距a=5.0m，第二排孔間距a=4.5m，第三排孔間距a=4.0m，第四排孔間距a=3.5m，第五排孔間距a=3.0m。

(5)孔排距b。每兩排炮孔排距距均不相同，第一排、第二排間孔排距b=4.5m，第二排、第三排間孔排距b=4.0m，第三排、第四排間孔排距b=3.5m，第四排、第五排間孔排距b=3.0m。

(6)線裝藥密度Q線。耦合裝藥，線裝藥密度Q線=9.0kg/m。

(7)堵塞長度L堵。同排炮孔堵塞長度相同，不同排炮孔堵塞長度不同，第一排炮孔堵塞長度L堵=4.5m，第二排炮孔堵塞長度L堵=4.0m，第三排炮孔堵塞長度L堵=3.5m，第四排炮孔堵塞長度L堵=3.0m，第五排炮孔堵塞長度L堵=2.5m。

(8)藥卷直徑。采用藥卷直徑為90mm的成品乳化炸藥。

2)裝藥結構

采用藥卷直徑為90mm的成品乳化炸藥連續(xù)、耦合裝藥，兩個起爆藥包同時起爆，藥包位置安裝在炮孔內裝藥長度的1/4處和3/4處。

預留孔底保護層緩沖爆破爆破參數及裝藥結構如圖3所示。

2.2 起爆網路設計

靠幫邊坡預留孔底保護層緩沖爆破起爆網路采用逐孔起爆技術，孔內使用2發(fā)10段380ms非電導爆雷管，排間采用5段110ms非電導爆管雷管錯段，孔間采用3段50ms非電導爆管雷管錯段，同排錯段采用2段25ms非電導爆管雷管[3]。預留孔底保護層緩沖爆破起爆網路設計如圖4所示。

圖4 預留孔底保護層緩沖爆破起爆網路圖

2.3 爆破效果評價

爆破后邊坡眉線平直，未見明顯拉裂或爆破損傷，坡面上局部凸起的地方采用機械破碎二次處理，處理后符合設計要求；邊坡臺階高度、邊坡坡坡率、平臺馬道寬度等參數滿足設計要求；排水系統(tǒng)修筑按圖施工，現場規(guī)格參數與施工圖紙一致，滿足邊坡排水要求；邊坡坡面平整，坡面浮石清理較為干凈，邊坡整體穩(wěn)定，未對邊坡外生態(tài)造成破壞，符合設計和施工要求；施工中對邊坡巖體保護得當，未發(fā)生邊坡變形、邊坡滑塌事件，局部地質條件不好的地方需后期進行邊坡防護。

預留孔底保護層緩沖爆破效果如圖5所示。本次爆破孔直徑為115mm，炮孔傾角53°，孔深約19.8m，孔距1.3m；乳化炸藥直徑32mm(0.2kg/節(jié)、20cm/節(jié))。

圖5 預留孔底保護層緩沖爆破效果圖

3 靠幫邊坡光面(預裂)爆破

根據靠幫邊坡設置要求，中下層邊坡坡面角不小于45°，成孔質量有保證。巖石風化較弱，發(fā)育節(jié)理少，巖石總體較為完整，為有效保護邊坡巖體，采用光面(預裂)爆破開挖。

3.1 光面(預裂)孔爆破參數及裝藥結構

1)光面(預裂)孔爆破參數

(1)鉆孔直徑D。采用潛孔鉆機或液壓鉆機作業(yè)，孔徑D=115mm。

(2)臺階高度H和超深h。靠幫邊坡臺階高度H=15m，超深h取1m。

(3)鉆孔深度L。本工程中下層邊坡坡率為1∶1和1∶0.75兩種，根據鉆孔深度L=(H+h)/sinα可知，當邊坡坡率為1∶1時，鉆孔深度為22.6m；當邊坡坡率為1∶0.75時，鉆孔深度為20.0m。

(4)孔間距a[4-5]。根據經驗公式，孔間距一般取孔徑的8～12倍，即a=(8～12)D=0.92～1.38m，根據現場地質條件和巖性情況，本工程取a=1.3m。

(5)線裝藥密度Q線。根據地質勘察報告相關數據可知，邊坡中下層巖石抗壓強度σ壓平均值約為175MPa，Q線約為0.65kg/m。

(6)堵塞長度L堵。一般取1.5～3.0m，本工程取2m。

(7)藥卷直徑。本工程采用藥卷直徑為32mm的2#巖石乳化炸藥(單節(jié)藥卷長度0.2m，重量0.2kg)。

2)光面(預裂)孔裝藥結構設計

裝藥結構采用竹片、導爆索串聯(lián)間隔不耦合裝藥，炮孔裝藥分為三段：底部加強段、中間正常段和頂部減弱段。

(1)底部加強段。炮孔底部加強段長度約1～2m，線裝藥密度Q線底=(3～5)Q線=1.95～3.25kg/m，取Q線底=2.1kg/m。

(2)中間正常段。中間正常段裝藥密度0.65kg/m，間隔10cm。

(3)頂部減弱段。頂部減弱段為堵塞段以下3～4m，裝藥密度Q線頂=(2/3～1/2)Q線=0.43～0.33kg/m，取0.42kg/m，間隔25cm。

光面(預裂)爆破裝藥結構如圖6所示。

圖6 光面(預裂)爆破裝藥結構圖

3.2 主爆孔及緩沖孔孔網參數及裝藥結構

1)主爆孔孔網參數及裝藥結構

(1)孔網參數。主爆孔孔徑D=115mm，超深h=1.5m；鉆孔角度為80°，鉆孔深度L=16.8m；堵塞長度L堵=5.0m，線裝藥密度Q線=9.5kg/m，單孔裝藥量Q=112.1kg；孔網參數(孔距×排距)為5.0m×4.0m。

圖7 主爆孔裝藥結構

(2)裝藥結構。根據自由面情況采用連續(xù)、不耦合(孔徑115mm，炸藥直徑90mm和直徑70mm)裝藥結構；兩個起爆藥包位置一般安裝在炮孔內裝藥長度的1/4處和3/4處。當第一排孔自由面變化較大，最小抵抗線明顯有局部不能滿足設計要求時，采用間隔裝藥，避免產生飛散物，孔口以炮泥或巖粉堵塞密實，具體如圖7所示。

2)緩沖孔孔網參數及裝藥結構

(1)孔網參數。緩沖孔孔徑D=115mm，超深h=1.5m；鉆孔角度為80°，鉆孔深度L=16.8m；堵塞長度L堵=5.0m，線裝藥密度Q線=6.0kg/m，單孔裝藥量Q=112.1kg；孔距為4.0m，與主爆孔排距為4.0m，與光面(預裂)孔排距為3.0m。

(2)裝藥結構。采用分段裝藥結構，不耦合裝藥結構，裝藥主要分為三段，孔底加強段長3.0m，采用耦合裝藥結構；中間段長4.4m，采用不耦合裝藥結構，炸藥直徑90mm吊裝；頂部減弱段長4.4m，采用不耦合裝藥結構，炸藥直徑70mm吊裝。起爆藥包位置與主爆孔一致。

3.3 起爆網路設計

1)光面爆破

孔內使用2發(fā)10段380ms非電導爆雷管，同排炮孔分組起爆，主爆孔每排4～5個炮孔為一組，緩沖孔每排5～6個炮孔為一組，光爆孔每排15～19個炮孔為一組，每排炮孔組間采用3段50ms非電導爆雷管錯段。不同排炮孔排間錯段起爆，雷管錯段采用5段110ms。主爆孔緩沖孔內裝不少于2發(fā)10段380ms非電導爆雷管，每排炮孔4～5個孔為一組，組間采用3段50ms非電導爆雷管錯段，排間采用5段110ms雷管錯段。起爆網路設計如圖8所示。

2)預裂爆破

預裂爆破孔在主爆區(qū)爆破之前沿設計輪廓線先爆出一條具有一定寬度的貫穿裂縫，以緩沖、反射開挖爆破的振動波，控制其對保留巖體的破壞影響，使之獲得較平整的開挖輪廓。預裂爆破采用導爆索進行孔外傳爆和孔內起爆，根據爆破有害效應控制要求進行分組起爆，每組起爆35～40個炮孔，組間采用2段25ms延時雷管分段起爆[6]。起爆網路設計如圖9所示。

圖8 光面爆破起爆網路

圖9 預裂爆破起爆網路

3.4 爆破效果評價

爆破后邊坡眉線平直，未見明顯拉裂或爆破損傷，邊坡臺階高度、邊坡坡坡率、平臺馬道寬度等參數滿足設計要求；排水系統(tǒng)修筑按圖施工，現場規(guī)格參數與施工圖紙一致，滿足邊坡排水要求；施工中對邊坡巖體保護得當，邊坡坡面平整，未發(fā)生邊坡變形、邊坡滑塌事件，未對邊坡外生態(tài)造成破壞，符合設計和施工要求。

光面(預裂)爆破區(qū)域巖石風化中等，節(jié)理裂隙中等發(fā)育到不發(fā)育，巖石總體較為完整。節(jié)理裂隙中等發(fā)育時，開挖壁面上的炮孔痕跡率者約70%～75%；節(jié)理裂隙不發(fā)育時，開挖壁面上的炮孔痕跡率者約85%～90%；圍巖壁面沒有明顯的爆生裂隙，圍巖壁面不平整度在±10cm以內。

4 結論

舟山綠色石化基地凝灰?guī)r露天礦山靠幫邊坡地質變化大，風化程度不一，節(jié)理裂隙發(fā)育程度不均，邊坡坡率變化大(1∶0.75～1∶1.5)，坡面角為34°～53°。為有效保護邊坡巖體，根據邊坡坡率、風化程度、節(jié)理裂隙發(fā)育程度等采用預留孔底保護層緩沖爆破、光面(預裂)爆破。爆破后坡面平整，眉線滿足設計要求，未見明顯拉裂或爆破損傷，坡面沒有明顯的爆生裂隙，邊坡穩(wěn)定，未發(fā)生邊坡變形、邊坡滑塌事件，也未對邊坡外生態(tài)造成破壞，取得了較好的經濟效益和社會效益，對以后類似邊坡的施工具有一定的指導意義。