小斷面水利勘探平硐爆破掘進技術(shù)

宋 磊， 李 瓊， 劉永波， 邊旭來， 鄒見賓

(1. 陜西紅旗民爆集團股份有限公司， 陜西寶雞 721013；

2. 陜西鴻安爆破工程有限責任公司， 西安 710015)

?

小斷面水利勘探平硐爆破掘進技術(shù)

宋 磊1,2， 李 瓊1， 劉永波2， 邊旭來1， 鄒見賓1

(1. 陜西紅旗民爆集團股份有限公司， 陜西寶雞 721013；

2. 陜西鴻安爆破工程有限責任公司， 西安 710015)

摘要：在環(huán)境復雜的小斷面水利勘探平硐爆破施工中，為充分利用機械設(shè)備，降低爆破成本，在確定炮孔深度的情況下，通過對掏槽孔方式及布孔孔數(shù)、斷面布孔位置及布孔總數(shù)、起爆技術(shù)等多項技術(shù)的多次施工試驗，總結(jié)出一種適合小斷面堅硬巖平硐掘進的爆破方法。工程施工表明，該方案取得了較高的炮孔利用率和掘進速度，帶來了較好的爆破效果和經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：小斷面； 勘探平硐； 掏槽孔； 自由面； 秒延時； 爆破掘進

1引 言

涇河東莊水利樞紐工程是陜西省實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略、加快關(guān)中經(jīng)濟區(qū)發(fā)展的重大水利項目，是國務(wù)院批復的重要防洪骨干工程。涇河東莊水利樞紐工程可行性研究階段需要在涇河兩岸不同高程開挖若干硐深在50m~250m的勘探平硐。

2工程概況及難點

2.1工程概況

勘探平硐所處兩側(cè)巖體為石灰?guī)r，巖石普式硬度為f=8～12，巖石外露，巖壁陡峭，運輸不便，施工環(huán)境復雜(圖1)。開挖平硐規(guī)格要求長2m、寬2m的門型硐。

圖1　施工環(huán)境Fig.1　Construction environment

2.2工程難點

(1)開挖平硐所處山體陡峭，機械、物資運輸極為困難，不利較大機械進場施工。

(2)爆破平硐斷面小(僅為4m2)，通風降塵、排水難度大，出渣強度高、費時多。

(3)施工地沒有民爆器材儲存庫，每次施工使用的爆破器材都需要從民爆專營公司庫房拉運，造成爆破器材價格過高，高成本的爆破器材造成平硐掘進爆破中機械成本低于爆破成本。

(4)工期要求緊。

3爆破技術(shù)方案

3.1爆破器材選取及方案確定

3.1.1爆破器材選取

炸藥選用GB 18095-2000乳化炸藥中φ32-200g 2號巖石乳化炸藥；雷管選用GB 19417-2003導爆管雷管中秒延時導爆管雷管第二系列。

3.1.2爆破方案確定

由于工期要求緊，爆破器材運輸成本大且受限因素多，盡量減少爆破器材運輸次數(shù)以節(jié)約成本。初步確定爆破參數(shù)：炮孔直徑40mm～42mm，炮孔深度2.3m，炸藥單耗3.0kg/m2〔1〕。炮孔數(shù)目的確定按公式(1)來估算。

(1)

式中：q為單位炸藥消耗量，kg/m3；s為井巷掘進斷面面積，m2；η為炮孔利用率；m為每個藥包的長度，m；G為每個藥包的質(zhì)量，kg；α為炮孔平均裝藥系數(shù)，當藥包直徑為32mm時，取0.60～0.72〔2〕。

要求炮孔利用率90%以上，依據(jù)公式(1)估算炮孔數(shù)目為：N=3.0×4.0×0.9×0.22/0.6×0.2≈20。

實際工程取21個孔，小斷面平硐掘進爆破的成敗直接由掏槽效果的好壞決定，如果掏槽失敗，整體爆破必將失敗，影響爆破掘進進尺。有些爆破工程技術(shù)人員在小斷面平硐掘進爆破施工中，采用斜炮孔、淺打孔、多循環(huán)的方式〔3〕。傾斜孔掏槽固然可以實現(xiàn)爆破拋渣遠，利于掏槽的形成和周邊巖石的爆破，但其施工過程中不能實現(xiàn)多臺風鉆平行作業(yè)，淺打眼、多循環(huán)的方式也必然會增加爆破與通風降塵的次數(shù)和時間，將會大大影響掘進速率〔4〕。

本次勘探平硐掘進爆破采用比斷面直徑還要大的掘進進尺方案，在方案初期采用大間隔毫秒延時起爆技術(shù)和半秒延時起爆技術(shù)，爆破效果都不是很理想，都有因巖石夾制作用而未完全崩落現(xiàn)象和邊幫炮孔巖石“關(guān)口”現(xiàn)象產(chǎn)生，最后經(jīng)多次試驗調(diào)整，確定采用秒延時起爆技術(shù)。

經(jīng)過多次斷面掘進爆破施工方案探索，總結(jié)出了一種大孔深、少循環(huán)、平行空孔直線掏槽、秒延時起爆技術(shù)的平硐掘進爆破施工技術(shù)方案，此方案盡量利用限制因素少的機械設(shè)備，減少放炮次數(shù)和通風降塵頻次，以提高經(jīng)濟效益，縮短工期〔5〕。

3.2炮孔布置

3.2.1掏槽孔

在平硐掘進爆破時，由于只有一個自由面，四周巖石夾制力很大，爆破極為困難，掏槽孔的作用就是在工作面上首先創(chuàng)造一個槽腔作為第二自由面，能否成功創(chuàng)造第二自由面是掘進爆破能否成功的關(guān)鍵〔6〕。本次平硐掘進爆破單次掘進進尺大于斷面直徑，掏槽腔能否爆破成功又更為重要，針對掏槽孔的幾種布置形式，結(jié)合本工程爆破器材成本高于機械成本的現(xiàn)實，本次掘進爆破選用平行空孔直線掏槽中的桶形掏槽。一般掏槽孔分為開槽孔和擴槽孔，開槽孔數(shù)目9個(1個裝藥孔、8個空孔)，且每孔互相平行呈正方形排列，擴槽孔數(shù)目4個，掏槽孔孔距見圖2?？湛讛?shù)目比常見桶形掏槽空孔數(shù)目較多，就是為了充分利用低機械成本優(yōu)勢創(chuàng)造掏槽自由腔，降低爆破器材成本〔7〕。

圖2　掏槽孔示意圖Fig.2　Cut hole diagram

3.2.2周邊孔

周邊孔的作用是控制巷硐斷面規(guī)格形狀。周邊孔布置遵循布孔均勻，既要充分利用炸藥能量，又要保證巖石按設(shè)計輪廓線崩落的宗旨〔2〕。由于本次平硐掘進爆破為巖體勘探爆破，勘探完畢后平硐灌漿回填，不用做光爆處理。結(jié)合技術(shù)要求和經(jīng)濟條件考慮僅沿平硐輪廓線外布置了8個周邊孔?？紤]到錐形硐頂較平行硐頂?shù)某袎盒?、安全性更高，所以把上頂周邊孔中的中間孔相對于兩側(cè)的孔向上移了0.2m。由于上部孔受自然重力影響，較下部孔容易塌落，故將掏槽孔布置在平硐斷面的中央靠下的部位，爆破平硐上部孔孔距比下部孔較大。

3.2.3輔助孔

輔助孔的作用是擴大和延伸掏槽的范圍、崩落巖石。布置原則：大致均勻地分布在掏槽孔外圍、且孔底應(yīng)落在同一平面上〔2〕，共布置8個輔助孔，見圖3。

圖3　炮孔平面布置示意圖Fig.3　Schematic diagram of blastholes layout

3.3起爆技術(shù)及裝藥結(jié)構(gòu)

本方案確立的孔內(nèi)秒延時起爆技術(shù)，共采用(1-7段)共7個段位的秒導爆管雷管，其孔網(wǎng)段位布置情況詳見圖3，孔外采用“一把抓”捆綁式瞬發(fā)電雷管激發(fā)〔8〕。

單次掘進循環(huán)爆破斷面共裝藥27kg，單耗2.93kg/m3，具體炮孔參數(shù)及起爆順序見表1。

表1　炮孔參數(shù)及起爆順序

3.4爆破效果

涇河東莊水利樞紐工程水利勘探平硐按上述方案實施爆破，單次循環(huán)進尺均可達到2.1m，平均炮孔利用率90%以上。單次掘進進尺大，補炮次數(shù)少，減少了放炮次數(shù)及爆破器材運輸成本，降低通風降塵頻率，節(jié)省了時間。取得了很好的爆破效果及經(jīng)濟效益，爆破成形平硐如圖4所示。

圖4　爆破成形平硐Fig.4　Adit blasting forming

4結(jié) 論

(1)在此類小斷面、堅硬巖石平硐(隧道)掘進爆破中，若爆破器材成本較高時，采用大進尺、少循環(huán)、秒延時的爆破方案能取得非常好的經(jīng)濟效果。

(2)在小斷面平硐(隧道)爆破中，當單次爆破循環(huán)進尺大于斷面直徑時，采用秒延時起爆技術(shù)是非?？尚泻桶踩?。

(3)隨著機械設(shè)備鑿巖能力的不斷進步和民爆器材的嚴格管制，在個別爆破工程中會出現(xiàn)機械成本低于爆破成本的現(xiàn)象。因此，在此種環(huán)境小斷面平硐(隧道)爆破施工掏槽孔布置中，應(yīng)堅持多布空孔，創(chuàng)造盡量多的自由腔，節(jié)省爆破器材成本，一次性成功實現(xiàn)掏槽。

參考文獻(References)：

〔1〕劉澤，朱川曲，謝東海，等. 小斷面硬巖巷道爆破參數(shù)優(yōu)化設(shè)計與實踐[J]. 采礦與安全工程學報,2007,24(1):70-73.

LIU Ze，ZHU Chuan-qu，XIE Dong-hai，et al. Optimized design and practice of blasting parameters for hard rock roadway with small cross-section[J]. Journal of Mining & Safety Engineering，2007,24(1):70-73.

〔2〕 汪旭光. 爆破設(shè)計與施工[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社,2011.

WANG Xu-guang. Blasting design and construction[M]. Beijing:Metallurgical Industry Press,2011.

〔3〕 王龍飛，王仙芝. 小斷面隧道斜眼掏槽開挖爆破技術(shù)[J]. 建筑施工,2005,27(5):63-65.

WANG Long-fei,WANG Xian-zhi. Explosive skill with inclined channel excavation for small cross-section tunnel[J]. Building Construction, 2005, 27(5):63-65.

〔4〕 余永強，吳帥鋒，褚懷寶，等. 非均質(zhì)硬巖巷道爆破方法研究[J]. 工程爆破,2013,19(6):25-27.

YU Yong-qiang, WU Shuai-feng, CHU Huai-bao, et al. Study on blasting method of roadway excavation in heterogeneous hard rock[J]. Engineering Blasting, 2013, 19(6): 25-27.

〔5〕 孫強，楊仁樹，廖青中，等. 提高深部巖石巷道爆破掘進效率的理論探討與實踐[J]. 建井技術(shù),2004,25(2)：40-44.

SUN Qiang, YANG Ren-shu, LIAO Qing-zhong，et al. Theoretical discussion and practice on improving the efficiency of blasting excavation in deep rock roadway[J]. Mine Construction Technology, 2004,25(2)：40-44.

〔6〕鄧光茂，欒龍發(fā). 花崗片麻巖地區(qū)小斷面巷道掏槽爆破技術(shù)研究[J]. 工程爆破,2013,19(6):22-24.

DENG Guang-mao, LUAN Long-fa. Study on cut blasting technology for a small section roadway in granitic gneiss region[J]. Engineering Blasting, 2013,19(6):22-24.

〔7〕 胡海英. 小斷面隧道施工關(guān)鍵技術(shù)[J]. 山西建筑, 2009, 35(17):318-319.

HU Hai-ying. Key technology of small section tunnel construction[J]. Shanxi Architecture, 2009, 35(17): 318-319.

〔8〕 吳春遠. 非電半秒延期雷管在小斷面隧洞施工中的應(yīng)用[J]. 中國水運,2011,52(5):129-130.

WU Chun-yuan. Application of nonelectric half second delay cap in construction of small section tunnel[J]. China Water Transport,2011,52(5):129-130.

Blasting excavation technology of small section water exploration adit

SONG Lei1,2, LI Qiong1, LIU Yong-bo2, BIAN Xu-lai1, ZOU Jian-bin1

(1. Shanxi Hongqi Industrial Explosive Group Co., Ltd., Baoji 721013, Shanxi, China；2. Shanxi Hongan Blasting Engineering Co., Ltd., Xi′an 710015, China)

ABSTRACT：In order to make full use of mechanical equipment and reduce blasting cost of small section water exploration adit blasting construction in complex environment, the depth of hole was determination, the repeated construction test of cutting mode and hole number, section hole arrangement position, the total number of holes and blasting technology were taken. The blasting method suitable for small section of hard rock tunnel excavation was summarized. The construction showed the scheme could reach high hole utilization ratio and excavation speed that brought very good blasting effect and economic benefit.

KEY WORDS:Small section; Exploration adit; Cut hole; Free face; Second delay; Blasting excavation

中圖分類號：TD235

文獻標識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.01.011

作者簡介：宋 磊(1984-)，男，工程師，主要從事工業(yè)炸藥和爆破技術(shù)方面的研究。E-mail：442660295@qq.com

收稿日期：2015-10-27

文章編號：1006-7051(2016)01-0053-03