深孔爆破在邊坡施工中的應用

張成俊,徐海峰

(中煤科工集團淮北爆破技術研究院有限公司,安徽 淮北235000)

中深孔具有爆破生產效率高、大塊率低和安全性高等特點,近年來在公路施工中被廣泛應用。顧飛等[1]在高速公路深路塹中,采用深孔控制爆破,降低了炸藥單耗,提高了一次爆破方量。姜世波[2]根據不同路段環境在路塹中采用微差爆破,有效控制了爆破飛石、塊度,取得了良好的爆破效果。中深孔爆破路塹應用較廣,但邊坡穩定性是影響施工安全的重要因素。露天開采邊坡穩定性受到多種因素的影響,如邊坡巖性、結構面特征、巖體物理力學性質等內部因素和臺階高度、最終邊坡角、爆破方式、爆破振動等外部因素[3-5]。在露天爆破中,既要確保施工過程中的質量控制及安全防范,又要確保邊坡的穩定性。鑒于以上分析,在某工程標段的邊坡施工中,采用深孔臺階爆破,精確設計爆破方案,克服了施工中遇到的難點,最終達到了預期的爆破效果。

1 工程概況

某工程標段主要為剝蝕低山丘陵地貌,沿線地層多為燕山期花崗巖等。合同段內高邊坡共計3個:ZK278+220～ZK278+515最大高度為38.1 m(五級坡),坡長295 m；YK277+300～YK277+470最大高度為35 m(四級坡),坡長170 m；YK278+220～YK278+280最大高度為29 m(四級坡),坡長60 m。根據工程經驗,采用深孔爆破技術進行開采施工。

2 深孔臺階爆破設計

2.1 爆破參數設計

利用潛孔鉆機打孔,充分利用自然臨空面,爆破參數設計如下:

1)炮孔直徑d=100 mm；臺階高度H=10～12 m；超深h=(0.15～0.25)H=1.5～2.5 m,由于巖石硬度中等偏低,取2.0 m。

2)炮孔深度L:L=H+h=12～14 m,越接近于邊坡位置,孔深越大；當炮孔不直時,L=(H+h)/sinα,α為臺階坡面角。

3)底盤抵抗線W1:W1=(25～35)d,巖石松軟,臺階中等,W1過大易造成根底增多,大塊率高；過小則增大鉆孔工程量,且巖塊易拋散,影響爆破效果。W1取32d,為3.2 m。

4)孔距a:a=mW1=3.5 m,炮孔密集系數m取1.1。

5)排距b:本段利用了多排微差爆破,采用正三角形布孔時,排距與孔距的關系為b=0.866a,即b=3.0 m。

6)炸藥單耗q:表1中的q值為標準拋擲爆破單位裝藥量,本段爆破采用弱拋擲爆破,選取q值時,可乘以n=0.6～0.8的修正系數。普氏系數f=4～6,再根據現場爆破試驗后堆積物形狀、石塊大小、出渣量,確定q=0.32 kg/m3。

表1 炸藥單耗q值

7)單孔裝藥量:第1排炮孔單孔裝藥量Q=qW1aH=0.32×3.2×3.5×10=35.84 kg,取36 kg。如果設置了多排孔,從第2排起,單孔裝藥量Q=kqabH,k為前排各排炮孔的礦巖阻力作用的增加系數,取1.1～1.2；第二排Q=kqabH=0.32×3.5×3.0×10×1.1=36.96 kg,取37 kg。

8)裝藥長度L1:L1=4Q/(ρπd2)=4×37/(1 000×3.14×0.1×0.1)=4.7 m。

9)堵塞長度L2:L2=(20～30)d,取2.5 m,L1+L2＜L,中間采用水袋間隔或空氣間隔裝藥。

2.2 邊坡預留光爆層的光面爆破參數設計

1)鉆孔直徑D:D=100 mm。

2)臺階高度H:臺階高度要持平于主體石方爆破臺階,取H=10 m。

3)炮孔超深h:h=(0.1～0.15)H,取h=1.5 m。

4)炮孔長度L:L=(H+h)/sinα,α為邊坡鉆孔角度。炮孔采用與邊坡一致的傾斜炮孔,臺階坡率不同,鉆孔角度有較大差別。邊坡坡度1∶0.75,L=14.4 m；邊坡坡度1∶1,L=16.26 m；邊坡坡度1∶1.25,L=18.4 m。

5)光面爆破最小抵抗線W2:W2=KD=(15～25)D,W2取2.0 m。

6)炮孔間距a1:a1=(0.6～0.8)W2,a1取1.2 m。

7)線裝藥密度q1:q1=K1a1W2,依據巖石的特性,取0.25 kg/m3。

8)單孔裝藥量Q:Q=q1L。邊坡坡度1∶0.7,Q=3.75 kg；邊坡坡度1∶1,Q=3.25 kg,邊坡坡度1∶1.25,Q=3 kg。

9)填塞長度Lt:Lt=2 m。

10)不耦合裝藥系數k,取2。

2.3 裝藥、填塞和起爆網路設計

2.3.1 炮孔裝藥結構

依據炸藥裝填密度及炮孔深度,合理選擇裝藥結構,對于深孔松動爆破來說,主爆區炮孔采用連續裝藥和底部間隔裝藥結構,如圖1所示。光面爆破炮孔采用空氣間隔的不耦合裝藥結構,如圖2所示。要一段一段地進行裝藥,每段之間隔置一部分空氣,孔內由導爆索來相連,底部的藥量為1.5 kg,中間藥量為1 kg,距離孔口3 m裝0.75 kg,用2 m長的炮泥來封口。

圖1 主爆孔裝藥結構

圖2 邊坡光面爆破裝藥結構

2.3.2 炮孔布置方式

炮孔布置采用矩形布置,布置示意圖如圖3所示,分臺階爆破炮孔布置剖面如圖4所示。

圖3 炮孔布置

圖4 分臺階爆破炮孔布置剖面

2.3.3 起爆網路設計

設計采用非電起爆網路(導爆管起爆網路)。在起爆炮孔排數較少時使用孔內延時起爆網路；當起爆孔數量較多時,采用孔內外延時相聯合的辦法,高、低段位的非電雷管要置于孔內、外?？梢罁恳淮蔚谋瓶讛祦磉x取延時法。具體要求:①將兩發同段位非電毫秒雷管放于同一個起爆藥包里。②當簇聯導爆管時,要利用兩發同段位非電傳爆毫秒雷管,控制導爆管不超過20根。③導爆管雷管的聚能穴要反向導爆管傳爆。④相連的導爆管不得出現死結、彎曲、壁管受損、受力較大,防止水進入導爆管。

根據類似工程的經驗及相關資料[6-8],微差間隔時間Δt取50～75 ms。

1)非電起爆網路布置

爆破分區分段展開深孔臺階爆破時,通常會排布2～4排孔,再依據現場實際情況來使用孔內、孔外微差(見圖5)和排間微差方式以及“V”形(見圖6)和梯形(見圖7)微差起爆方式。

圖5 孔內、孔外微差網路

圖6 “V”形孔內延時起爆網路

圖7 梯形孔內延時起爆網路

2)網路連接起爆順序

非電毫秒起爆網路連接方式通常有兩種:一是四通復式網路連接；二是兩發同段傳爆雷管簇聯式。依據最大允許單響藥量得出分段起爆孔數目,并以此為參考來實施網路分段相連。

爆破孔的起爆次序通常是由臺階自由面開始,然后再起爆后排炮孔,這樣使爆破的效果更佳,而且爆堆容易鏟裝。有時為了控制飛石的飛行方向,起爆方式通常有兩種:一種是從一端到另一端逐一起爆；另一種是由兩端向中間靠攏[9-10]。

此次爆破使用導爆管雷管起爆網路,安全系數更高而且相當穩定。炮孔內采用兩發高段位非電導爆管雷管(MS-15),炮孔外采用低段位非電導爆管雷管(MS-4),由以上兩種段位的雷管組成孔外接力起爆網路,能夠降低爆破振動效應和改善爆破效果,局部網路圖如圖8所示。

圖8 起爆網路示意圖

3 深孔爆破中出現的難點

深孔梯段爆破時,利用?100潛孔鉆機鉆孔,開挖深度均超過5 m,在施工中發現部分炮孔含水,裝藥前需將孔內水排出。因此,炮孔驗收時先查看孔中含水情況。檢查有無水,一般用一塊小石塊丟入炮孔中,聽是否有水聲。如果有水,應該用皮尺測量水的深度,檢查后仍將孔口堵塞,并在堵塞物上做好記號,以便裝藥前進行排水或裝藥時采取防水措施[11-12]。

1)炮孔內有水的排水措施:一是采用高壓風管將孔內的水吹出；二是當水量不大時用海綿等物將水蘸吸出來；三是直接裝入防水炸藥,引爆后將炮孔內的水排擠出來；四是用潛水泵將炮孔內的水抽出。當炮孔所處的巖層比較破碎時不宜吹水,以免堵塞炮孔。

2)炮孔內有水范圍內全部裝乳化炸藥,當裝入的乳化炸藥高出水面約1 m以上時,再裝其他炸藥。裝藥時,由于炸藥在水中下降慢,要緩慢放入孔內,防止裝藥速度過快造成堵孔。

4 爆后效果及結語

對高速公路的3個高邊坡采用深孔爆破方案,并進行了詳細的參數設計、裝藥結構設計和網路設計。爆破后,經檢查沒有盲炮,爆破飛石在安全范圍內。成型邊坡穩定并符合坡面平整度要求,光面爆破炮眼殘留率達95%以上,爆破效果達到預期,可為類似爆破工程提供參考。