尾礦庫溢流塔定向控制拆除爆破實踐

路小強(qiáng)

(五礦二十三冶建設(shè)集團(tuán)礦業(yè)工程有限公司)

隨著我國礦山行業(yè)的不斷發(fā)展，很多的資源枯竭礦山面臨著閉坑、環(huán)保、復(fù)墾等問題，礦山復(fù)雜環(huán)境下廢棄建(構(gòu))筑物的安全拆除工程也越來越多。礦山廢棄建(構(gòu))筑物的拆除主要分為人工拆除及爆破拆除，目前爆破拆除技術(shù)成熟[1]，相對人工拆除在安全、經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量方面有較大的優(yōu)勢，已成為礦山廢棄建(構(gòu))筑物拆除施工的趨勢。

1 工程概況

待拆除溢流塔為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高15 m，共6層，層高3.0 m(含350 mm圈梁高度)，圈梁內(nèi)徑為3.5 m，外徑為4.2m，沿圈梁平均布置8根立柱，立柱橫截面近似為梯形，上底邊長262 mm，下底邊長314 mm，垂高(立柱厚度)為350 mm。見圖1。

圖1 溢流塔現(xiàn)狀

溢流塔位于尾礦庫內(nèi)，三面環(huán)山，西北方向為庫區(qū)，其中西側(cè)距離溢流塔5 m處有一條庫區(qū)內(nèi)施工道路需保留，尾礦庫現(xiàn)已接近閉庫階段。溢流塔附近尾砂覆蓋較薄(100～150 mm)，拱板高出尾砂覆蓋面約200～300 mm。溢流塔下部豎井接排水平硐，豎井高約20 m，豎井內(nèi)及底部平硐均無人員作業(yè)。溢流塔平面位置見圖2。

圖2 溢流塔平面位置示意

2 拆除方法選擇

由于溢流塔所處環(huán)境的特殊性，可選擇人工拆除方法和定向爆破拆除方法。人工拆除方法即采用人工搭設(shè)腳手架至溢流塔頂部作業(yè)平臺，自上而下人工拆除至底層圈梁；定向爆破拆除方法是采用定向控制倒塌爆破。人工拆除方法有不產(chǎn)生爆破地震效應(yīng)、飛石等危害的優(yōu)點，但也有勞動強(qiáng)度大、高空作業(yè)危險、高處墜物危害不宜防護(hù)、工效低等缺點；爆破拆除方法有相對勞動強(qiáng)度小、高空作業(yè)風(fēng)險小、功效高等優(yōu)點，部分爆破危害可通過精心設(shè)計和施工予以控制及消除。因此，溢流塔優(yōu)先選擇定向控制拆除爆破方法。

3 爆破設(shè)計

定向控制拆除爆破方案設(shè)計要求塔體按照321°方位傾倒于庫內(nèi)，且保留最下層圈梁及立柱。該溢流塔長徑比為5∶1，相鄰兩根立柱對應(yīng)的圓心角為32°，將圈梁立柱進(jìn)行編號，見圖3。設(shè)計的倒塌中心線落在1#立柱上，為確保冷卻塔能順利向西北側(cè)傾倒，并有足夠的支撐不發(fā)生下坐和后坐，以此為中心柱向兩邊對稱爆破拆除1#～7#立柱，爆破切口圓心角為270°，爆破切口高度為0.6～1.86 m，底部弧長7 m[2]。為保證溢流塔上部傾倒時，減少8#立柱鋼筋混凝土對傾倒塔身的牽制作用，爆破切口范圍內(nèi)1#～7#立柱爆破時，8#立柱也應(yīng)設(shè)置一定的爆破高度。1#～8#立柱爆破高度分別為1.86，1.86，1.86，1.15，1.15，0.6，0.6，0.6 m。爆破切口示意見圖4。

圖3 圈梁立柱及傾倒方向編號示意(單位：mm)

圖4 爆破切口示意(單位：mm)

炮孔直徑d=40 mm。

最小抵抗線為

w=0.5h，

(1)

式中，w為最小抵抗線，mm；h為混凝土立柱厚度，350 mm。

計算得出最小抵抗線w=175 mm。

炮孔深度為

h′=0.7h，

(2)

式中，h′為炮孔深度，mm;h為混凝土立柱厚度，350 mm。

計算得出炮孔深度h′=245 mm。

炮孔間距為

a=0.85h,

(3)

式中，a為炮孔間距，mm；h為混凝土立柱厚度，350 mm。

計算得出炮孔間距a=300 mm，立柱炮孔為單排炮孔。

炸藥消耗量為

Q=qN，

(4)

式中，Q為炸藥消耗量，kg；q為單孔裝藥量，按經(jīng)驗取66.7 g/個，N為炮孔總數(shù)，取32個。

計算得出炸藥消耗量Q=2.13 kg。

炸藥單耗為

Q′=Q/v，

(5)

式中，Q′為炸藥單耗，kg/m3；v為爆破實體體積，經(jīng)計算為1.18 m3。

計算得出炸藥單耗Q′=1.81 kg/m3。

選用2#巖石乳化炸藥，腳線4 m的毫秒延期導(dǎo)爆管雷管的1、5、7段共32發(fā)，2發(fā)瞬發(fā)電雷管引爆導(dǎo)爆管雷管。裝藥方式為反向裝藥，炮孔用炮泥封堵。導(dǎo)爆管每16或17根為一束(1#～3#，4#～8#立柱導(dǎo)爆管一束，其余的一束)，每束導(dǎo)爆管雷管用一發(fā)瞬發(fā)電雷管起爆。為確保爆破質(zhì)量及效果，采用電網(wǎng)路與非電網(wǎng)路組合起爆，裝藥連線之前，必須檢驗爆破器材及網(wǎng)絡(luò)的可靠性[3]。爆破參數(shù)見表1。

表1 爆破參數(shù)

4 安全技術(shù)校核

安全校核包括爆破震動校核及塌落震動校核[4]，同時，溢流塔塔體坍塌過程中濺起飛石，由于倒塌方向500 m范圍內(nèi)為空曠區(qū)域，無任何設(shè)備、設(shè)施和人員，故無影響，因此，僅考慮爆破飛石對爆破警戒距離的校核。

由于溢流塔立柱斷面較小，配筋率較高，并且要求爆破后混凝土飛離鋼筋網(wǎng)，因此,炸藥單耗較大(q=1.81 kg/m3)，則不可避免會產(chǎn)生爆破飛石。爆破飛石距離與單耗的關(guān)系為

L=71q0.58，

(6)

式中，L為爆破飛石距離，m；q為炸藥單耗，kg/m3。

計算得出爆破飛石距離L=100 m。根據(jù)爆破安全規(guī)范，安全警戒距離不小于200 m。

5 施工組織

5.1 腳手架搭設(shè)

為了方便鉆孔和裝藥，需要在溢流塔周圍內(nèi)部搭建腳手架。在施工平臺鋪滿竹跳板。腳手架為雙立桿，立桿間距為1.8 m，水平間距為1.8 m，附作剪刀撐，腳手架與溢水塔的立柱或圈梁相拉接，拉接桿采用雙卡扣。

5.2 鉆 孔

采用1臺3 m3移動式空壓機(jī)及1臺YT28型鉆機(jī)施工炮孔，采用一字型合金鉆頭，鉆頭直徑為38 mm。鉆孔作業(yè)前，按爆破設(shè)計的孔位進(jìn)行標(biāo)孔，標(biāo)孔時應(yīng)注意避開鋼筋。每一個孔都要進(jìn)行精確測量，孔深不夠時需要加深，超過設(shè)計深度時則要用炮泥填至設(shè)計深度，保證每個炮孔都合格[5]。

5.3 裝藥及堵塞

在鉆孔作業(yè)完畢并檢查確認(rèn)合格后，自上而下進(jìn)行人工裝藥作業(yè)。

(1)根據(jù)設(shè)計爆破參數(shù)，預(yù)先按藥量及炮孔個數(shù)準(zhǔn)備好藥卷，并制好炮泥。

(2)藥卷用短木棍緩慢送入炮孔，保證藥包緊貼孔底。

(3)保證堵塞質(zhì)量，炮泥選用細(xì)砂及黏土混合物，嚴(yán)禁使用可燃材料。

(4)堵塞炮孔時應(yīng)注意力度，保護(hù)雷管腳線，嚴(yán)防發(fā)生事故。

(5)裝藥、堵塞作業(yè)時，應(yīng)有爆破技術(shù)人員在現(xiàn)場進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)和檢查監(jiān)督[6]。

5.4 連 線

按照爆破設(shè)計，所有導(dǎo)爆管雷管腳線分成2束，分別在雷管束中心綁扎一個瞬發(fā)電雷管，再將2枚電雷管并聯(lián)相接。在確認(rèn)電源母線短接的情況下，將電雷管腳線與電源母線相接。

5.5 爆破警戒及防護(hù)

除了爆破可能產(chǎn)生個別飛石之外，溢流塔倒地破碎也會激起飛石，所以必須進(jìn)行飛石安全防護(hù)。

(1)應(yīng)按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定，在爆破拆除施工現(xiàn)場周邊設(shè)置相關(guān)的安全警示標(biāo)志，并派專人巡查。

(2)安全警戒線范圍為倒塌反方向及其兩側(cè)200 m，其他方向300 m。

(3)施工用腳手架、安全網(wǎng)必須由專業(yè)持證人員搭設(shè)，由項目負(fù)責(zé)人組織技術(shù)、安全部門有關(guān)人員驗收，合格后方可投入使用。

(4)拆除施工作業(yè)人員在高空水平作業(yè)時，必須配備相應(yīng)的勞動保護(hù)用品，如安全帽、安全帶、防護(hù)眼鏡、防護(hù)手套、防護(hù)工作服等，并應(yīng)保證一定的安全距離。

(5)裝藥連線檢查確認(rèn)后，將毛竹片、草墊等用鐵絲對溢流塔立柱進(jìn)行捆綁覆蓋，以緩沖爆破所產(chǎn)生的沖擊力，減少混凝土碎塊的飛散。

(6)爆破前在倒塌方向地面灑水，并在溢流塔倒塌瞬間用消防水車對倒塌區(qū)噴水，減少塵土飛揚。

(7)爆破前，發(fā)出預(yù)爆信號，確保所有人都撤出到安全距離以外方可起爆。

(8)爆破30 min后，由爆破員與安全員進(jìn)行現(xiàn)場檢查確認(rèn)，確認(rèn)安全后，可縮小安全警戒范圍，進(jìn)行下一步工序。

6 爆破效果

經(jīng)爆破后現(xiàn)場檢查、測量及驗證，溢流塔實際傾倒方位為320°，偏離設(shè)計方位1°，最下層圈梁及立柱保存完好，爆破警戒范圍外未受爆破飛石影響，達(dá)到預(yù)期的拆除目的。爆破效果見圖5。

圖5 拆除爆破效果

7 結(jié) 語

此次溢流塔成功定向拆除爆破，經(jīng)統(tǒng)計核算，相比人工拆除方案，直接降低成本40 000余元，且有效地避免了高空作業(yè)、高空墜物等安全隱患，取得了很好的效果。定向控制拆除爆破技術(shù)應(yīng)用于礦山廢棄建(構(gòu))筑物拆除施工，可達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)、高效的目的，也為其他類似建(構(gòu))筑物的拆除提供借鑒與參考。

[1] 王振濤,袁紹國,耿 榮,等.定向爆破拆除在礦區(qū)建筑物中的應(yīng)用[J].世界有色金屬,2017(12):240-241.

[2] 胡浩川,池恩安,樂 松.建筑物細(xì)部定向爆破拆除技術(shù)淺析[J].爆破,2010,27(3):54-57.

[3] 陳和樹.定向控制爆破在混凝土水塔拆除中的應(yīng)用[J].江西冶金,2008(5):12-15.

[4] 宗 琦,呂 淵.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)物定向爆破拆除[J].爆破,2007，24(3):52-54.

[5] 朱禮臣,孫 永,李萬叢.鋼筋混凝土框架式建筑群的拆除爆破[J].工程爆破,2002(1):31-34,40.

[6] 秦 軍.控制爆破技術(shù)簡介[J].非金屬礦,1988(4):17-18,35.