復(fù)雜環(huán)境下PVC 管間隔裝藥爆破降低大塊和爆破振動(dòng)的應(yīng)用實(shí)踐

王德玲,張成俊,徐海峰

(中煤科工集團(tuán)淮北爆破技術(shù)研究院有限公司,安徽 淮北235000)

0 引言

在城鎮(zhèn)中進(jìn)行土石方工程爆破,由于爆區(qū)周邊環(huán)境復(fù)雜,工程特點(diǎn)一般工期緊、石方爆破開挖強(qiáng)度大、爆破安全風(fēng)險(xiǎn)高,這就要求爆破施工作業(yè)既要保證爆破后大塊少、塊度均勻,又要保證爆破振動(dòng)、飛石等有害效應(yīng)對(duì)周圍建筑設(shè)施等無損壞。 實(shí)際施工過程中,主要考慮安全問題,往往采用減少裝藥量、增加炮孔封堵長(zhǎng)度等措施,但爆破后孔口大塊偏多,爆破效果不理想。 工程爆破界對(duì)降低孔口大塊率,改善爆破效果和降低爆破振動(dòng)方面已經(jīng)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究與分析。 空氣間隔裝藥可以減少孔口大塊并降低爆破振動(dòng),因此在爆破工程中得到了廣泛應(yīng)用。

1 工程概況

某垃圾焚燒發(fā)電廠產(chǎn)能提升改造項(xiàng)目進(jìn)行二期廠區(qū)擴(kuò)建工程,需將廠區(qū)內(nèi)山體進(jìn)行爆破開挖清除。 該爆破區(qū)域環(huán)境非常復(fù)雜,距爆區(qū)北側(cè)15 m處為發(fā)電廠廠房與棧橋,中心控制室位于廠房?jī)?nèi)部距爆區(qū)邊緣69 m,爆區(qū)西側(cè)63 m 和98 m 處為縣道和高速公路,爆區(qū)西南側(cè)22 m 處為辦公樓,爆區(qū)南側(cè)9 m 處為項(xiàng)目部所在地,如圖1 所示。 待爆山體巖石硬度大,采用常規(guī)手段爆破后,大塊偏多會(huì)嚴(yán)重制約裝運(yùn)效率,二次機(jī)械破碎工程量、破碎時(shí)間以及施工成本將會(huì)相應(yīng)大大增加[1],工程項(xiàng)目將不能如期完工。 另外,隨著開挖的進(jìn)行,爆破工作面距廠房越來越近,廠房?jī)?nèi)中心控制室設(shè)備安全允許振速要求≤0.6 cm/s。 因此,必須采取措施降低爆破振動(dòng),以確保發(fā)電廠中心控制室設(shè)備安全運(yùn)行。

圖1 爆區(qū)周圍環(huán)境示意圖

工程采用弱松動(dòng)逐孔起爆等控制爆破技術(shù),嚴(yán)格控制單孔裝藥量,降低爆破振動(dòng)強(qiáng)度、杜絕產(chǎn)生爆破飛石,保證爆破效果。

大量工程實(shí)踐證明,采用空氣間隔裝藥可有效地降低爆破振動(dòng)和減少大塊率,改善爆破效果[2]。爆破施工中通常選用成品空氣間隔器或者以竹筒、PVC 管等材料自制的空氣間隔器,本工程采用的是材料來源廣泛、價(jià)格便宜、操作方便的PVC 管(直徑5 cm)作為空氣間隔器。

2 連續(xù)裝藥與空氣間隔裝藥爆破特點(diǎn)比較

2.1 連續(xù)裝藥爆破特點(diǎn)

1)當(dāng)炮孔中采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)爆破時(shí),炸藥藥包與孔壁巖石直接接觸,炸藥產(chǎn)生的爆炸沖擊波和爆炸氣體直接作用于孔壁巖石,一般在炮孔孔壁周圍會(huì)形成壓碎區(qū),壓碎巖石需要消耗大量能量。 產(chǎn)生壓碎區(qū),代表著炸藥能量的必然浪費(fèi)。 由于采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),炸藥主要裝填在炮孔中下部,雖然炸藥單耗較大,但是位于孔口堵塞段的巖石卻不能得到很好的破碎。

2)爆破振動(dòng)主要取決于齊爆藥量,而連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)相對(duì)于間隔裝藥結(jié)構(gòu)的單孔裝藥量較大,同樣采用逐孔起爆,連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)爆破振動(dòng)比間隔裝藥要大。

2.2 空氣間隔裝藥爆破特點(diǎn)

1)空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)爆破的實(shí)質(zhì)是通過空氣介質(zhì)改變炸藥藥柱分布情況,降低爆炸沖擊波和爆炸氣體作用于炮孔孔壁的初始?jí)毫?并延長(zhǎng)壓力的作用時(shí)間。 圖2 為炮孔連續(xù)裝藥與間隔裝藥條件下孔壁壓力P 與作用時(shí)間T 的關(guān)系。 因此,間隔裝藥時(shí)炮孔周圍不形成破碎區(qū)或者破碎區(qū)范圍明顯減小,在減小了炮孔裝藥量的同時(shí),通過提高炸藥能量有效利用率,達(dá)到降低大塊率,保證爆破效果的目的[3]。

圖2 孔壁壓力與作用時(shí)間的關(guān)系

2)由于間隔裝藥結(jié)構(gòu)相應(yīng)減少了炮孔裝藥量,因此達(dá)到了降低爆破振動(dòng)的目的。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方案

在借鑒相關(guān)中深孔臺(tái)階爆破工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上[4-9],設(shè)計(jì)兩套試驗(yàn)方案,兩套試驗(yàn)方案孔網(wǎng)參數(shù)一致,主要區(qū)別在于單孔裝藥量和填塞長(zhǎng)度的不同,并對(duì)兩套試驗(yàn)方案進(jìn)行爆后效果比較分析,以選擇最優(yōu)爆破方案,裝藥參數(shù)如表1 所示。

表1 裝藥參數(shù)

試驗(yàn)方案一:連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),炸藥單耗q =0.42 kg/m3,單孔裝藥量Q=qabH=14.1 kg,取Q=14 kg,即每孔裝7 卷炸藥,炸藥全部從孔底吊裝裝藥長(zhǎng)度3.5 m,用巖渣堵塞4.2 m,裝藥結(jié)構(gòu)如圖3(a)所示。

試驗(yàn)方案二:間隔裝藥結(jié)構(gòu),炸藥單耗q =0.35 kg/m3,單孔裝藥量Q=qabH=11.8 kg,取Q=12 kg,即每孔裝6 卷炸藥,孔底先吊裝4 卷炸藥(8 kg),裝藥長(zhǎng)度2 m;接著放入直徑為50 mm 的PVC 管長(zhǎng)1.2 m;然后再把剩余的2 卷炸藥(4 kg),裝藥長(zhǎng)度1 m;最后用巖渣堵塞3.5 m,裝藥結(jié)構(gòu)如圖3(b)所示。

圖3 裝藥結(jié)構(gòu)

3.2 爆破振動(dòng)和效果比較

在發(fā)電廠廠房中心控制室內(nèi)用拓普NUBOX-6016 型測(cè)振儀進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)。 試驗(yàn)方案一實(shí)測(cè)最大爆破振速為0.445 cm/s ,試驗(yàn)方案二實(shí)測(cè)最大爆破振速為0.327 cm/s, 比試驗(yàn)方案一最大爆破振速降低了26.5%。 雖然兩套試驗(yàn)方案的爆破振速均小于規(guī)定的0.6 cm/s,爆破振動(dòng)對(duì)中心控制室設(shè)備無影響。 但是,試驗(yàn)方案二對(duì)于加深炮孔深度和增加裝藥量的提升空間要明顯優(yōu)于試驗(yàn)方案一,實(shí)測(cè)爆破振速如圖4 和表2 所示。

圖4 爆破振動(dòng)對(duì)比

表2 連續(xù)裝藥與間隔裝藥爆破振動(dòng)對(duì)比

爆破后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查,試驗(yàn)方案一爆破后爆堆表面有明顯大塊,爆后效果如圖5 中(a)圖所示;試驗(yàn)方案二爆后效果較好,塊度較均勻,基本無大塊,爆后效果如圖5 中(b)圖所示。 由于爆區(qū)均采用沙袋蓋孔加上炮被雙層覆蓋,兩套試驗(yàn)方案飛石控制良好。

圖5 爆后效果

雖然試驗(yàn)方案二要比試驗(yàn)方案一每個(gè)炮孔多消耗2 發(fā)毫秒導(dǎo)爆管雷管,操作工藝也比試驗(yàn)方案一要復(fù)雜,但是采用試驗(yàn)方案二時(shí)單孔裝藥量比試驗(yàn)方案一減少2 kg,2 kg 乳化炸藥價(jià)格與2 發(fā)毫秒導(dǎo)爆管雷管加上PVC 管價(jià)格相差不大,即兩套試驗(yàn)方案消耗的爆破器材費(fèi)用基本相等;由于爆破后試驗(yàn)方案二大塊比試驗(yàn)方案一要明顯要少,機(jī)械破碎工程量和消耗的時(shí)間大幅降低。 因此,試驗(yàn)方案二總體經(jīng)濟(jì)效益要明顯優(yōu)于試驗(yàn)方案一。

4 結(jié)論

試驗(yàn)證明,在巖石性質(zhì)、爆破器材、孔網(wǎng)參數(shù)一定的條件下,采用PVC 管間隔裝藥結(jié)構(gòu)提高了炮孔的裝藥高度,降低了炮孔單孔裝藥量;延長(zhǎng)了爆炸應(yīng)力波對(duì)巖石的作用時(shí)間,減少了孔口段大塊,提高了爆破效果,大大降低了爆破開挖成本,取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益,可為類似工程爆破施工提供借鑒。