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(yè)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(nèi)上盤10m水平，根據(jù)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(jié)構(gòu)，需拆除的部分包括破碎機基礎(chǔ)、擋土墻及側(cè)壁，構(gòu)件最高達18.4m，厚度最大達10m，總體積約為3500m3，結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋密度較大。因此，此項爆破拆除工程的技術(shù)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(nèi)無其他設(shè)施和設(shè)備，爆破的環(huán)境較好。

該破碎站為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),混凝土總方量為3500 m3。結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋密集，鋼筋的直徑為16mm，水平方向網(wǎng)度為0.1m×0.1m，垂直方向網(wǎng)度約為1m×1m，鉆孔難度極大。

此外，破碎站結(jié)構(gòu)復(fù)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(huán)境條件

2 方案選擇

根據(jù)礦山現(xiàn)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(yīng)用礦山已有的液壓碎石機，由上至下對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(yè)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(huán)過程。破碎站總高度18.4m，每個循環(huán)下降2.5m，故需要8個循環(huán)，即平均每個循環(huán)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(huán)切割鋼筋需要0.5d，反鏟降方需要3d，共計6.5d，8個循環(huán)共需要52d。即在反鏟和液壓碎石機設(shè)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(yù)見因素的影響，預(yù)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(chǔ)、擋墻實施鉆孔爆破拆除。因牙輪鉆機受作業(yè)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(yè)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(biāo)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(biāo)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(jié)構(gòu)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(wǎng)度為0.1m×0.1m。采用F11邊坡鉆機鉆孔爆破?？拙W(wǎng)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(shè)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?；炷两Y(jié)構(gòu)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。孔距1m，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(biāo)號混凝土鋼筋密集部位，液壓碎石機的作業(yè)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(shè)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(shù)設(shè)計

3.1 預(yù)處理

該工程鉆孔爆破的預(yù)處理工作是和鉆孔爆破緊密結(jié)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(yè)平臺。在進行完一次爆破后根據(jù)現(xiàn)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(chuàng)造場地條件。

3.2 爆破技術(shù)參數(shù)

(1)第2層：從-1～-2m的混凝土結(jié)構(gòu)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(wǎng)(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(wǎng)布置

(2)第3層：從-2m水平～-6.95m水平。混凝土結(jié)構(gòu)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(wǎng)(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(wǎng)(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(wǎng)(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(dāng)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(wǎng)布置

3.3 裝藥結(jié)構(gòu)

爆破裝藥結(jié)構(gòu)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(yīng)力波能夠?qū)⑿枰茐牡慕Y(jié)構(gòu)拉伸破碎，緩沖爆破能量，保證爆破安全。

圖4 裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

3.4 起爆網(wǎng)絡(luò)

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

圖5 導(dǎo)爆管網(wǎng)路連線示意圖

4 安全技術(shù)措施

4.1 飛石防護

由于淺眼爆破飛石產(chǎn)生的機理較復(fù)雜，且由于本工程的鉆孔爆破環(huán)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(xiàn)問題及時進行恢復(fù)。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(shè)計與核算根據(jù)《爆破安全規(guī)程》規(guī)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(guān)的系數(shù)。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(zhì)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(shù)，中硬巖取為150；α為爆破地震波衰減系數(shù)，取為1.8。

=14.625m

由于工程周圍環(huán)境較好，周圍50m范圍內(nèi)無重要建筑物，滿足震動安全的要求。

5 爆破效果

經(jīng)過20次拆除爆破，并合理組織協(xié)調(diào)反鏟、F11邊坡鉆機、碎石機、電鏟、推土機等設(shè)備輔助作業(yè)，歷時50d，完成了過渡破碎站系統(tǒng)的主體拆除爆破工作。

爆破效果有以下特點：一是爆破能夠?qū)⒚芗摻畹幕炷两Y(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)影響鉆孔不好或者沒有成孔的部位，有大塊產(chǎn)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(fù)。

6 結(jié)語

(1)過渡破碎站拆除爆破沒有按照傳統(tǒng)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(shù)實施爆破拆除，其經(jīng)驗為大型地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的拆除提供了一種借鑒。

(2)通過采取必要的控制爆破技術(shù)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(shù)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(yè)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(yè)出版社， 2009: 205.