厄瓜多爾米拉多銅礦巖質(zhì)深基坑爆破施工方案設(shè)計(jì)

朱 剛 孫 永 高 磊

(1.中國(guó)鐵建投資集團(tuán)有限公司；2.中鐵十四局集團(tuán)有限公司)

厄瓜多爾米拉多銅礦原礦粗碎站為該礦礦石破碎運(yùn)輸系統(tǒng)的重要組成部分，位于1 195 m工業(yè)場(chǎng)地東南角，頂口設(shè)計(jì)標(biāo)高為1 195 m，基底設(shè)計(jì)標(biāo)高為1 151.1 m，基坑凈尺寸設(shè)計(jì)為20 m×26 m。據(jù)地質(zhì)勘探資料及1 195 m水平以上巖質(zhì)揭露顯示，風(fēng)化區(qū)地震設(shè)防烈度為Ⅷ度，基坑巖性以中—微風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖基巖為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石風(fēng)化程度隨基坑開(kāi)挖位置、深度具有差異性。基坑設(shè)計(jì)采用深孔控制爆破方式進(jìn)行直壁開(kāi)挖，分層留設(shè)0.5～2 m平臺(tái)，層高5～11 m。為確?；臃€(wěn)定性，坑壁四周采用預(yù)裂爆破方案，并根據(jù)爆破效果動(dòng)態(tài)調(diào)整爆破參數(shù)。礦石膠帶巷道由正北方向向基坑底部施工并優(yōu)先貫通，基坑爆破施工時(shí)通過(guò)安全距離計(jì)算控制一次裝藥量。

1 爆破施工方案初步設(shè)計(jì)

根據(jù)厄瓜多爾相關(guān)爆破規(guī)程、火工材料供應(yīng)條件及鉆爆設(shè)備能力，原礦粗碎站基坑初步爆破施工方案設(shè)計(jì)采用深孔擠壓爆破和深孔預(yù)裂爆破技術(shù)[1-5]。整個(gè)基坑分為4層爆破，1次爆破深度為10～12 m，每層采用微差擠壓爆破一次成形。沿基坑四周布置預(yù)裂孔，內(nèi)部為主炮孔，基坑?xùn)|側(cè)中心向溝谷爆破施工1條出渣通道，底寬7 m，平臺(tái)留設(shè)、降深層次及爆破設(shè)計(jì)均與基坑內(nèi)一致。

1.1 孔網(wǎng)參數(shù)及裝藥結(jié)構(gòu)

預(yù)裂孔主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。將雙根10 g導(dǎo)爆索串聯(lián)固定于竹片上，裝藥線性密度為0.45 kg/m，采用不耦合間隔裝藥方式，底部0.5 m加強(qiáng)連續(xù)裝藥，裝藥結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

表1 預(yù)裂孔主要網(wǎng)孔參數(shù)

圖1 預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)(單位：mm)

主炮孔主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2，炮孔布置見(jiàn)圖2?？變?nèi)采用15～18段高段位導(dǎo)爆管，地表采用1～3段低段位導(dǎo)爆管(圖3)。基坑爆破原則上采用乳化炸藥制作起爆藥包，銨油炸藥為主要火工材料，以減小爆破成本并加快裝藥速度，但在基坑滲水較大區(qū)域或經(jīng)降雨浸入導(dǎo)致炮孔內(nèi)有積水現(xiàn)象時(shí)，火工材料以乳化炸藥為主[5-6]。

表2 主炮孔主要網(wǎng)孔參數(shù)

圖2 炮孔布置平面及剖面(單位：mm)

圖3 深孔爆破炮孔裝藥結(jié)構(gòu)

1.2 爆破網(wǎng)絡(luò)

預(yù)裂孔地表采用10 g導(dǎo)爆索進(jìn)行串聯(lián)；主炮孔孔內(nèi)采用15～18段同段次導(dǎo)爆管制作起爆藥包，地表用1～3段導(dǎo)爆管排內(nèi)串聯(lián)或并聯(lián)，排間串聯(lián)將主炮孔進(jìn)行連接。起爆時(shí)優(yōu)先起爆預(yù)裂孔，主炮孔次之。主炮孔一次全部爆破，起爆順序?yàn)閂形或梯形(圖4)。

圖4 基坑整體起爆網(wǎng)絡(luò)(單位：ms)

2 方案優(yōu)化

第1層10 m基坑分南北兩區(qū)域依次爆破成形，經(jīng)爆破石渣清理后觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)頂層巖體風(fēng)化嚴(yán)重，裂隙極其發(fā)育，坑壁呈破碎狀，穩(wěn)定性較差(圖5)。為減小一次爆破振動(dòng)影響，削弱爆破對(duì)坑壁的破壞作用，本研究對(duì)下層爆破參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化：①縮小爆破范圍，根據(jù)區(qū)域位置關(guān)系和出渣順序，將基坑及出渣道范圍分為4個(gè)區(qū)，即出渣道、基坑?xùn)|西向拉槽、基坑北區(qū)、基坑南區(qū)，各區(qū)分別按順序進(jìn)行爆破、清渣和支護(hù)作業(yè)；②減小爆破深度，原方案設(shè)計(jì)一次爆破深度為10～11 m，單孔裝藥量大、爆破范圍廣，鉆孔精度不高，一次爆破產(chǎn)生的爆破振動(dòng)對(duì)基坑坑壁影響較大，故將爆破一次深度調(diào)整為5～8 m(邊坡最下部23.9 m除外)，在減小爆破藥量的同時(shí)，達(dá)到控制鉆孔精度和提高爆破效果的目的；③預(yù)裂爆破增加導(dǎo)向孔、增大緩沖帶厚度，為提高預(yù)裂孔的徑向拉裂效果，在原方案設(shè)計(jì)的預(yù)裂孔之間增加1個(gè)導(dǎo)向孔，隔孔裝藥，孔間距為50 cm，有效裝藥預(yù)裂孔間距為1 m，現(xiàn)將預(yù)裂孔與主炮孔間距由1 m調(diào)整為1.5 m，以增加主炮孔爆破緩沖帶厚度；④增加緩沖孔，為進(jìn)一步提高坑壁完整性，減小主炮孔對(duì)坑壁的振動(dòng)破壞，平行于預(yù)裂孔增加1排緩沖孔，孔間距和排間距為1 m，起爆順序?yàn)橄阮A(yù)裂孔后緩沖孔，最后主炮孔；⑤減少頂部大塊，在主炮孔首排頂部另放置1個(gè)起爆藥包用于破碎坑壁頂部塊石，孔內(nèi)進(jìn)行反向裝藥，起爆藥包置于炮孔底部或中部，兩藥包同段同時(shí)起爆，其余主炮孔通過(guò)間隔控制堵塞長(zhǎng)度；⑥爆破網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域爆破時(shí)垂直于正向自由面采用V型起爆方式，爆破方向始終控制在拉槽方向。方案優(yōu)化后的爆破效果見(jiàn)圖6。

圖5 原方案坑壁上部10 m爆破效果

圖6 方案優(yōu)化后坑壁下部33.9 m爆破效果

3 貫通豎井設(shè)計(jì)

基坑開(kāi)挖至底部10 m時(shí)，優(yōu)先爆破施工延伸巷道頂部6 m厚巖體(圖7)，距離基坑邊沿50 cm布置光面孔，爆破形成1個(gè)6 m×4 m×10 m(長(zhǎng)×寬×深)的豎井，豎井施工考慮一次性成型，圍繞該豎井自由面布設(shè)主基坑爆破孔，基坑四周采用光面爆破方式，轉(zhuǎn)載膠帶道與基坑垂直交界面適當(dāng)加密光面孔。豎井爆破施工的主要技術(shù)參數(shù)取值如表3所示。炮孔布置及起爆網(wǎng)絡(luò)如圖8所示。

圖7 坑壁下部10 m爆破順序及炮孔布置示意(單位：mm)

施工部位爆破深度/m炮孔深度/m炮孔間距/m炮孔排距/m主炮孔5.55.51.502.0周邊孔5.55.50.751.0施工部位裝藥量/kg裝藥長(zhǎng)度/m堵塞長(zhǎng)度/m炮孔數(shù)量/個(gè)主炮孔9.5～10.82.5～3.02.5～2.06周邊孔2.253.51.524

4 安全距離設(shè)計(jì)

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)[7]，爆破振動(dòng)安全距離的計(jì)算公式為

V=K(Q1/3/R)α，

(1)

式中，V為振速，cm/s；k、α分別為與爆破點(diǎn)至保護(hù)對(duì)象之間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)[8-10]；Q為單段最大一次起爆藥量，kg；R為爆破安全距離，m。

本研究，V=18 cm/s，K=200，α=1.5，Q=45 kg，經(jīng)式(1)計(jì)算，R=20 m。隨著礦區(qū)礦石轉(zhuǎn)載膠帶道提前貫通，考慮基坑爆破振動(dòng)對(duì)巷道的影響，本研究確定基坑軸心25 m范圍為最小安全距離。

爆破飛石安全距離可由下式計(jì)算：

X=V2/g，

(2)

式中，X為爆破飛石水平距離，m；V為飛石初速度，m/s；g為重力加速度，m/s2。

本研究V=20 m/s，g=9.8 m/s2，經(jīng)式(2)計(jì)算，X≈40.8 m。

5 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)厄瓜多爾米拉多銅礦原礦粗碎站巖質(zhì)深基坑爆破施工方案進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，根據(jù)相關(guān)爆破實(shí)踐效果，對(duì)方案進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，通過(guò)將基坑及出渣道范圍分為出渣道、基坑EW向拉槽、基坑北區(qū)、基坑南區(qū)分別進(jìn)行爆破、清渣和支護(hù)作業(yè)，逐步優(yōu)化了爆破設(shè)計(jì)方案，取得了理想成效，對(duì)于類似工程爆破施工也有一定的借鑒意義。

圖8 豎井炮孔布置及起爆網(wǎng)絡(luò)示意