預(yù)裂爆破在21m高臺(tái)階上的應(yīng)用

胡召響

摘 要：本文闡述了超高邊坡上預(yù)裂爆破的相關(guān)參數(shù)與技術(shù)難點(diǎn)，以及施工過(guò)程中需要注意的問(wèn)題，解決了超高邊坡一次爆破成型的技術(shù)難題，保證了邊坡的穩(wěn)定性，降低了后期的加固成本。

關(guān)鍵詞：預(yù)裂爆破；高臺(tái)階；控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.079

1 前言

隨著太鋼尖山鐵礦采區(qū)的不斷降深，現(xiàn)有的破碎站標(biāo)高已無(wú)法滿足采礦經(jīng)濟(jì)合理性要求，需要將破碎站移置到標(biāo)高較低的1494水平。破碎站基礎(chǔ)與卸料平臺(tái)形狀為長(zhǎng)方體，其卸料平臺(tái)長(zhǎng)度為165m，寬為65m，高度為21m。北側(cè)和東側(cè)為臨空面，南側(cè)為運(yùn)輸?shù)缆?，西?cè)為邊坡，其中北側(cè)為基礎(chǔ)正面，用于安裝破碎站設(shè)備。原破碎站基礎(chǔ)的正面加固方式為澆筑鋼筋混凝土墻，其缺點(diǎn)是工程量大，成本高，難以拆除。為解決這一難題，新建的破碎站基礎(chǔ)正面應(yīng)用預(yù)裂爆破技術(shù)爆破成型，再使用掛網(wǎng)噴漿進(jìn)行加固，既節(jié)約了成本，又加節(jié)省了工期。

2 工程概況

根據(jù)鉆探結(jié)果顯示，擬建場(chǎng)地在勘探深度（35.0m）范圍內(nèi)主要巖石種類為斜長(zhǎng)角閃片巖、磁鐵石英巖，局部巖石夾層為含粒黏土、碎石土。巖層中還發(fā)育著各種小型揉皺和擠壓破碎構(gòu)造，形成了揉皺和擠壓破碎構(gòu)造帶。場(chǎng)地內(nèi)巖石為微風(fēng)化巖性，層理和節(jié)理較為發(fā)育。爆破臺(tái)階為21m高落差，相對(duì)施工難度較大。

3 爆破方案的選擇

破碎站基礎(chǔ)東側(cè)和北側(cè)需要進(jìn)行預(yù)裂爆破，總長(zhǎng)度為230m，高度為21m，由于落差太高，按照預(yù)裂爆破的最佳效果要求，分兩層爆破較為合理，即先形成一個(gè)臺(tái)階后再進(jìn)行下一臺(tái)階的爆破。根據(jù)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)要求，該破碎站為一坡到底，中間不允許留有臺(tái)階。當(dāng)采用分層爆破時(shí)，出于鉆機(jī)工作空間的要求，中間留有小臺(tái)階無(wú)法避免。最后決定改進(jìn)爆破工藝，采用21m高坡面一次爆破成型的方式進(jìn)行爆破。

3.1 預(yù)裂爆破參數(shù)的選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)狀況及設(shè)計(jì)參數(shù)要求進(jìn)行對(duì)預(yù)裂爆破參數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算，然后通過(guò)科學(xué)分析方法進(jìn)行試爆，最終確定最佳參數(shù)。

（1）孔徑。現(xiàn)有的小型鉆孔設(shè)備為阿特拉斯CM351，其穿孔直徑為90mm～165mm，可用作預(yù)裂爆破的鉆孔作業(yè)?？讖降拇笮∨c爆破的質(zhì)量有著直接的關(guān)系，一般對(duì)質(zhì)量要求越高，所選擇的孔徑越小，而孔徑較小時(shí)鉆孔成孔率會(huì)降低?？紤]到本工程的地質(zhì)情況，巖石結(jié)構(gòu)完整性一般，并伴有夾層，且高臺(tái)階斜孔爆破，最后確定鉆孔直徑d為120mm。

（2）孔距。孔距的選擇尤為重要，根據(jù)預(yù)裂爆破成縫機(jī)理可知，初始裂隙的形成為兩孔之間的應(yīng)力波疊加共同作用的結(jié)果，在相鄰炮孔連線上產(chǎn)生的疊加應(yīng)力需要大于巖石的動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度，當(dāng)孔距過(guò)大時(shí)應(yīng)力在巖石中衰減較大，不足以在兩炮孔之間形成貫穿裂縫。考慮到爆破成本的經(jīng)濟(jì)性，孔距選擇也不宜太小，一般選擇為（8～12）倍的炮孔直徑為宜，這里選擇孔距a為1m。

（3）線裝藥密度。線裝藥密度依據(jù)武漢水利電力學(xué)院提供的經(jīng)驗(yàn)公式：

本工程巖石的抗壓強(qiáng)度值為120Mpa，炮孔間距1m，炮孔直徑0.12m，、、、分別取值為0.127、0.5、0.84、0.24，帶入公式計(jì)算出炮孔的線裝藥密度為0.7kg/m。其中炮孔上部2.5m為減弱段，裝藥密度為0.5，底部2m為加強(qiáng)段，裝藥密度為3。

3.2 其他炮孔相關(guān)參數(shù)

（1）主爆孔相關(guān)參數(shù)。主爆孔承載著爆區(qū)主要的爆破任務(wù)，布孔方式為三角形布孔，鉆孔角度為90°，主要參數(shù)如表1所示。

（2）緩沖孔與輔助孔的設(shè)計(jì)爆破參數(shù)。緩沖孔的設(shè)置有利于減小爆破沖擊波對(duì)保留巖體的破壞，常采用減小孔距和單孔裝藥量的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)降低爆破震動(dòng)和爆破后沖力，從而起到對(duì)保留巖體的保護(hù)作用。緩沖孔設(shè)置在主爆孔與輔助孔之間，鉆孔角度為90°。由于高臺(tái)階面爆破的原因，預(yù)裂孔為70°斜孔，而緩沖孔為豎直孔，在炮孔頂部預(yù)裂孔與緩沖孔之間距離較遠(yuǎn)，容易形成爆破后的巖石掛壁現(xiàn)象，設(shè)置傾角為80°的輔助孔能很好解決這一問(wèn)題。緩沖孔與輔助孔中段采用空氣間隔裝藥，其主要參數(shù)如表2所示。

3.3 孔位布置與網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

預(yù)裂孔沿著預(yù)裂面的坡頂線進(jìn)行布置，炮孔布置剖面示意圖如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)連接采用預(yù)裂孔同時(shí)起爆的方式來(lái)保證預(yù)裂縫的形成，孔內(nèi)用導(dǎo)爆索將串聯(lián)的小藥卷引爆，孔外將導(dǎo)爆索搭接在主線導(dǎo)爆索上，主爆孔、輔助孔和緩沖孔采用導(dǎo)爆管雷管起爆，孔內(nèi)使用400 ms的延期雷管，孔外使用25 ms雷管實(shí)現(xiàn)微差起爆。在預(yù)裂爆破孔的導(dǎo)爆索起爆端使用400 ms雷管進(jìn)行延期，在主爆網(wǎng)絡(luò)起爆端使用100 ms雷管進(jìn)行延期，一方面保證了地表延期雷管全部起爆以后預(yù)裂孔導(dǎo)爆索才被引爆，保護(hù)了地表導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)不受破壞；另一方面使第一個(gè)主爆孔起爆前預(yù)裂孔已經(jīng)爆破，且間隔時(shí)間不小于75 ms，給預(yù)裂縫的形成提供充足的時(shí)間，孔網(wǎng)布置如圖2所示。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)裝藥工藝過(guò)程

預(yù)裂爆破裝藥為不耦合裝藥，需要將直徑32 mm的乳化藥卷用膠帶固定到竹片上形成藥串，藥卷在竹片的同一側(cè)，使用導(dǎo)爆索將每個(gè)藥卷串聯(lián)，制作完成后將藥串緩緩放入炮孔中。由于炮孔帶有一定傾斜角度，放入時(shí)竹片一側(cè)應(yīng)貼在炮孔壁上，放置完成后用事先準(zhǔn)備好的編制袋卷成團(tuán)狀放入炮孔，使用竹竿搗至距孔口1.5m處進(jìn)行填塞。裝藥結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4 關(guān)鍵步驟的精細(xì)化控制

4.1 鉆孔控制

破碎站基礎(chǔ)的高度為21m，鉆孔的總深度為h=（21+1.5）/sin70°=24m

，如此高臺(tái)階的預(yù)裂爆破，鉆孔精度成為了預(yù)裂爆破效果好壞的重要因素，由計(jì)算可知鉆孔出現(xiàn)1°的偏差時(shí)炮孔底部偏移0.42m，兩孔之間距離較大時(shí)將直接影響預(yù)裂縫的形成。如何將炮孔精度控制在1°以內(nèi)成為了鉆孔工作首先要解決的問(wèn)題。

（1）鉆孔前準(zhǔn)備。清理鉆機(jī)的鉆孔作業(yè)平臺(tái)，使鉆機(jī)處于水平位置，方便調(diào)節(jié)鉆桿的角度。清理炮孔開(kāi)口位置的松散碎石，尤其是鉆機(jī)大臂架的支點(diǎn)位置，必須處理到硬底，防止鉆機(jī)大臂架支點(diǎn)在打孔過(guò)程中出現(xiàn)位移或沉降。

（2）鉆機(jī)打孔的角度控制。要控制鉆孔角度的精準(zhǔn)度需要對(duì)鉆機(jī)大臂架做相應(yīng)的改造，自大臂架的底端向上1.5m處設(shè)置一個(gè)線墜，線墜的長(zhǎng)度為1.36m，鉆機(jī)在傾斜孔作業(yè)時(shí)線墜自然下垂后剛好落在鉆機(jī)兩履帶間的空隙處，線墜底端與地面相差5cm，如圖4所示。

鉆孔角度的控制分為兩部分，方位角的控制和傾角的控制。首先保證O點(diǎn)、A點(diǎn)和B點(diǎn)在同一水平標(biāo)高，以鉆機(jī)鉆孔作業(yè)時(shí)大臂架的支點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O建立水平面直角坐標(biāo)系，X軸平行于預(yù)裂線，且OA與預(yù)裂線垂直。如圖5所示，B為炮孔位置，OB距離為大臂架支點(diǎn)到鉆頭之間的固有距離，OA的距離為0.51m，線墜底端頂點(diǎn)在地面上的投影為A1，當(dāng)大臂架在傾角上偏移1°時(shí)，則A1點(diǎn)在X軸方向上偏移為24.5mm～24.6mm，當(dāng)大臂架在方位角上偏移1°時(shí)，則A1在X軸上的偏移可以忽略，近似的認(rèn)為A1點(diǎn)只在Y軸方向上偏移，偏移量為26 mm。如果將鉆機(jī)的角度控制在1°以內(nèi)，只需要將A1的偏移控制在以A為圓心，半徑為24mm的圓內(nèi)即可。制作一個(gè)半徑為24mm的圓型鐵片，標(biāo)出圓心。鉆孔前用測(cè)量?jī)x器找出每孔對(duì)應(yīng)的A點(diǎn)，鐵片的圓心放置在各孔的A點(diǎn)即可。此方法的好處在于可動(dòng)態(tài)的觀察鉆機(jī)的角度偏差情況，能夠及時(shí)的糾正大臂架的偏移。

4.2 預(yù)裂孔裝藥的施工控制

（1）裝藥前準(zhǔn)備工作。驗(yàn)收炮孔質(zhì)量并逐個(gè)編號(hào)，不合格炮孔及時(shí)處理或補(bǔ)鉆，記錄所有合格炮孔的數(shù)據(jù)。同時(shí)將竹片編號(hào)與炮孔一一對(duì)應(yīng)，根據(jù)每孔的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與炮孔實(shí)際深度計(jì)算出裝藥量，用記號(hào)筆標(biāo)出每支小藥卷的所在位置及加強(qiáng)裝藥位置的藥卷數(shù)量。

（2）裝藥過(guò)程。根據(jù)竹片上的標(biāo)記，將藥卷用膠帶固定到竹片上，藥串制作完成后由四人共同協(xié)作將竹片緩緩送入孔中，操作過(guò)程中應(yīng)注意避免竹片被折斷，竹片放置到孔底后由專人負(fù)責(zé)檢查裝藥質(zhì)量，核實(shí)裝藥是否符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)選和對(duì)工藝流程的控制，破碎站基礎(chǔ)邊坡的預(yù)裂爆破達(dá)到了預(yù)期效果，半孔率在75%以上，邊坡加固由原來(lái)的混凝土加固改為掛網(wǎng)噴漿的方式，極大地降低了加固成本，縮短了工程的整體工期，為相類似的高臺(tái)階預(yù)裂爆破提供了參考依據(jù)。

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