掏槽擠壓爆破技術(shù)在壩料開采中的應(yīng)用

何家林

(安徽向科化工有限公司，安徽 安慶246100)

1 工程概況

某堤壩建設(shè)工程中,壩料要求粒徑在60 cm 以下,不均勻系數(shù)大于10,曲率系數(shù)為1 ～3。 料場(chǎng)處巖石為流紋構(gòu)造,巖性復(fù)雜,部分為石英砂巖及變質(zhì)閃長(zhǎng)巖,覆蓋層厚0.5 ～2.5 m,強(qiáng)風(fēng)化層深度1 ～2 m,弱風(fēng)化層深度5 ～7 m,弱風(fēng)化層及其上部的節(jié)理較發(fā)育。 根據(jù)開采要求,弱風(fēng)化層以上部分巖石屬于廢料,弱風(fēng)化層以下部分巖石符合筑壩要求。 弱風(fēng)化層以下部分的巖石層狀結(jié)構(gòu)較發(fā)育,距水平臨空面2 m 處有一斷層結(jié)構(gòu),臺(tái)階高度為6 ～9 m。料場(chǎng)距附近民房最近的距離為60 m。 爆破環(huán)境如圖1 所示。

圖1 爆破環(huán)境

2 爆破方案的確定

爆破區(qū)域巖石的塑性較好,可爆性差,節(jié)理裂隙及層狀結(jié)構(gòu)對(duì)粒徑要求的不良影響較大。 在施工隊(duì)進(jìn)場(chǎng)之前,相鄰的第八合同段采用淺眼爆破方式開采,結(jié)果爆破成本較高,且不能滿足每天的供料需求。 因此,施工隊(duì)決定采用深孔爆破的方式。因?yàn)閷?duì)壩料的粒徑有特殊要求,所以爆破參數(shù)、爆破網(wǎng)路的選取至關(guān)重要[1-4]。 爆破大塊率是衡量中深孔爆破效果的一個(gè)重要指標(biāo)。 影響爆破大塊率的因素有很多,根據(jù)工程實(shí)踐,大塊率產(chǎn)生的原因主要有以下4 個(gè)方面[5-7]:

1)前排抵抗線過(guò)大,使得巖體爆破后位移較小,導(dǎo)致前排產(chǎn)生大量大塊。

2)爆破參數(shù)選取不合理,單耗偏低,使巖石未充分破碎,形成大塊。

3)孔口填塞高度偏高,導(dǎo)致孔口部分大塊率偏高。

4)爆破延期時(shí)間不合理,導(dǎo)致孔與孔之間巖石碰撞較小,大塊率過(guò)高。

綜合分析大塊率過(guò)高的原因,該工程采取中排孔掏槽微差擠壓爆破技術(shù)進(jìn)行壩料開采。

3 爆破設(shè)計(jì)

3.1 孔網(wǎng)參數(shù)

根據(jù)料場(chǎng)的實(shí)際地形和配備的開挖施工機(jī)械,孔網(wǎng)參數(shù)選擇如下:

1)炮孔傾角β=90 °,孔徑d=70 mm,孔距a=2.0 m,排距b=1.5 m,梅花型布孔,孔深L=6.0 m,中間排掏槽孔深度為L(zhǎng)′=6.5 m;

2)掏槽孔炸藥單耗q1=0.95 kg/m3,其余孔按q2=0.72 ～0.76 kg/m3;

3)掏槽孔單孔裝藥量19 kg,其余孔單孔裝藥量13 ～13.5 kg;

4)在呈梅花型布置的3 個(gè)深孔之間的中心位置布置直徑為42 mm、深度為1.5 m 的淺孔,裝藥量150 g/孔,以破碎堵塞段2 m 厚的斷層巖體。

3.2 裝藥堵塞和起爆網(wǎng)路

1)裝藥:因料場(chǎng)在渠江邊上,孔底有少部分滲水,每個(gè)孔底裝乳化炸藥,中部裝2#巖石粉狀乳化炸藥,裝藥長(zhǎng)度3.5 ～4.0 m。2)堵塞:保證堵塞長(zhǎng)度不少于2.2 m。

3)起爆網(wǎng)路:采用中間掏槽的微差擠壓爆破方式。 孔內(nèi)裝毫秒導(dǎo)爆管雷管,孔內(nèi)高段,孔外低段,孔內(nèi)延時(shí),孔外接力的起爆網(wǎng)路,起爆順序?yàn)閷?duì)稱起爆聯(lián)結(jié)法,排與排微差為兩段。 爆破網(wǎng)路如圖2所示。 在微差擠壓爆破網(wǎng)路中,中排炮孔掏槽創(chuàng)造新的臨空面,可以加大巖石破碎過(guò)程中的相互碰撞,爆破沖擊波的相互疊加使得巖塊間發(fā)生強(qiáng)烈的擠壓碰撞,更多的拋擲動(dòng)能轉(zhuǎn)化為破碎動(dòng)能作功,因此,擠壓效果較明顯,大塊率明顯降低。

圖2 微差擠壓爆破網(wǎng)路

4 安全校核

4.1 飛石防護(hù)

深孔爆破中產(chǎn)生飛石的主要原因是前排抵抗線太小、填塞高度過(guò)小、填塞質(zhì)量差等。 此次爆破方案中未采用前排臨空面的孔為第一排起爆孔,所以因前排抵抗線過(guò)小而產(chǎn)生飛石的可能性較小,但此種爆破方式加大了中排孔產(chǎn)生飛石的概率。 因此,需要在爆破區(qū)域采取安全防護(hù)措施。 首先,在施工過(guò)程中要保證炮孔填塞質(zhì)量,必要時(shí)在炮孔上壓砂袋。 其次,在爆破區(qū)域采用砂土袋、篷布等進(jìn)行覆蓋保護(hù)[8]。 最后,加大人員、建筑物的安全允許距離,在被保護(hù)對(duì)象與飛散物拋出主要方向設(shè)立木板、鐵絲網(wǎng)等立面屏障。

4.2 爆破振動(dòng)安全校核

中排孔掏槽微差擠壓爆破雖然有許多優(yōu)越性,但其最大的特點(diǎn)是未充分利用現(xiàn)有的臨空面,而是重新創(chuàng)造臨空面。 因此,如何有效降低爆破的振動(dòng)強(qiáng)度是關(guān)鍵性問(wèn)題。 實(shí)踐表明:降低爆破振動(dòng)最經(jīng)濟(jì)、有效的辦法是增加爆破分段數(shù),減少最大單響藥量。 本次爆破最大單響藥量為135 kg,需保護(hù)的民房為磚混結(jié)構(gòu),允許的振速為2 ～3 m/s,距爆破點(diǎn)最近的距離為60 m。 爆破振動(dòng)常用的經(jīng)驗(yàn)公式為:

式中:V 為質(zhì)點(diǎn)爆破允許振動(dòng)速度,cm/s;Q 為最大單響藥量,kg;R 為測(cè)量點(diǎn)與爆破中心的距離,m;K為與地震波傳播地段巖土特性等有關(guān)的系數(shù),取100;α 為地震波衰減指數(shù),取2;K′為修正系數(shù),一般為0.25 ～1.0,取0.9。

最近的民房與爆破點(diǎn)的距離為60 m,代入式(1),得V=0.66 cm/s,小于GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》[9]中對(duì)一般民用建筑物的允許振動(dòng)速度值2 cm/s,符合安全要求,故本次爆破振動(dòng)不會(huì)對(duì)民房造成損壞。

5 爆破效果

爆破后爆堆成形較好,爆堆沿掏槽孔為中心對(duì)稱隆起,兩側(cè)形成對(duì)稱的爆溝,爆破塊度均勻,大塊較少。 警戒范圍以外沒有發(fā)現(xiàn)飛石,距爆區(qū)60 m的民房也未受到影響。

施工過(guò)程中在出渣工作面隨機(jī)取樣進(jìn)行塊度分析:曲率系數(shù)為1.85,符合設(shè)計(jì)要求;不均勻系數(shù)為5.98,大于5,達(dá)到均勻要求。 前期采用“V”型起爆網(wǎng)路時(shí)石料超徑率約為25%,采用中間掏槽的微差擠壓爆破方式時(shí)石料超徑率約為3.6%,遠(yuǎn)低于“V”型起爆網(wǎng)路的超徑率。

6 結(jié)語(yǔ)

1)根據(jù)巖石性質(zhì),合理選擇爆破起爆方式,使得巖石間的碰撞加強(qiáng),可以有效降低大塊率,提高炸藥的能量利用率。

2)掏槽擠壓爆破的掏槽效果直接影響后排炮孔的臨空面和前推的難易程度,掏槽區(qū)域炮孔單耗要偏高,需保障掏槽效果,為后排炮孔創(chuàng)造良好的自由面。

3)合理的排間延期時(shí)間對(duì)掏槽擠壓爆破的效果影響顯著。 延期時(shí)間太短,掏槽不順利,未給后排炮孔創(chuàng)造出合適的自由面,會(huì)影響掏槽效果;延期時(shí)間太長(zhǎng),巖石間碰撞較小,會(huì)造成大塊率偏高。

4)孔口堵塞段是產(chǎn)生大塊石的原因之一,在不沖孔的情況下,盡量減少堵塞長(zhǎng)度,可以大大降低堵塞段的大塊率。