深孔臺階松動爆破技術(shù)在礦區(qū)巖石開挖中應(yīng)用分析

王 樂,朱福元,汪 泉,李成孝

(1.安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,安徽淮南232001;2.淮南舜泰化工有限責(zé)任公司,安徽淮南232001;3.吐魯番銀光民爆有限公司,新疆吐魯番838100;4.安徽省爆破器材與技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室,安徽淮南232001)

0 引言

新疆地區(qū)某采石礦區(qū)爆破工程及采石場邊坡破碎工程屬于復(fù)雜環(huán)境的深孔臺階松動爆破,其特點(diǎn)是爆源周邊環(huán)境復(fù)雜,對于爆破產(chǎn)生的有害效應(yīng)控制難度大,保護(hù)對象距離爆源較近,需要嚴(yán)格控制爆破可能帶來的危害因素,保證人員、設(shè)施和環(huán)境的安全。 爆破區(qū)域位于礦區(qū)辦公區(qū)南側(cè),爆破時(shí)產(chǎn)生的飛石以及噪聲會對辦公區(qū)域內(nèi)的人員造成影響,而且會對辦公區(qū)設(shè)施造成一定的沖擊。 爆破安全防護(hù)和警戒內(nèi)容較多,對于人員的疏散和爆破區(qū)域周圍可移動設(shè)施的管理需要安全警戒部門及交警、公安等部門的配合。

1 爆破方案設(shè)計(jì)

1.1 爆破方案

根據(jù)爆區(qū)周圍的環(huán)境條件及工程量,主要以深孔臺階松動爆破為主,輔以淺孔控制爆破。

1)臺階高度小于5.0 m 或深孔工作面的清底采用Φ42 淺孔控制爆破。

2)開挖深度大于5.0 m 的區(qū)域采用孔徑Φ90深孔臺階松動控制爆破。

3)大塊采用液壓破碎錘機(jī)械破碎或人工破碎。

4)采用微差起爆方法,可以減小爆破對周圍環(huán)境的影響[1-7]。

爆破時(shí),嚴(yán)格控制同段最大藥量和爆破規(guī)模,確保周圍建筑物的安全;嚴(yán)格控制炸藥單耗和增加堵塞長度來控制爆破飛石,鄰近建筑物爆破時(shí)還需對爆區(qū)采取覆蓋等防護(hù)措施。 邊坡采用預(yù)裂爆破,使其在主爆孔與邊坡之間形成一道裂縫,以使邊坡表面更為平整。

1.2 爆破器材和設(shè)備

1)爆破區(qū)域?yàn)殚_采后的采石場,部分巖石內(nèi)存有積水,因此選擇爆炸性能穩(wěn)定、爆炸威力較大及抗水性強(qiáng)的2 號巖石乳化炸藥。

2)爆破時(shí),采用微差起爆方法,使用高精度的毫秒延期導(dǎo)爆管雷管,以降低爆破時(shí)帶來的有害影響。

3)對于爆破后產(chǎn)生的大塊采用液壓破碎錘機(jī)械破碎,然后裝車運(yùn)輸。

1.3 裝藥結(jié)構(gòu)

采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),深孔每孔裝二個(gè)起爆雷管、淺孔每孔裝一個(gè)起爆雷管,用塑料導(dǎo)爆管引出孔外,孔口用黃泥或巖屑進(jìn)行堵塞,炮孔裝藥結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 炮孔裝藥結(jié)構(gòu)圖

1.4 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

主炮孔采用垂直孔,梅花型布置,采用多排微差起爆技術(shù),實(shí)現(xiàn)分段延時(shí)起爆。 對于深孔爆破孔徑的選擇主要取決于鉆機(jī)類型、臺階高度和巖石性質(zhì)[8],露天深孔臺階爆破孔網(wǎng)參數(shù)示意圖如圖2 所示。

露天深孔爆破孔網(wǎng)參數(shù)選取如下:

孔徑d=90 mm;

底盤抵抗線W0=3 ～3.5 m;

最小抵抗線W=3 m;

炮孔間距a=4.0 m;

排距b=3 m;

臺階高度H=15 m;

炮孔深度L=16 m;

圖2 露天深孔臺階爆破孔網(wǎng)參數(shù)示意圖

裝藥長度l=11 ～12.5 m;

炮孔超深h=1 m;

炮孔直徑d=90 mm;

炮孔堵塞長度l′=3.5 ～4.5 m;

眉線距離B=2.7 ～3.2 m;

單孔裝藥量Q0=72 ～81 kg;

炸藥單耗q=0.40 ～0.45 kg/m3。

1.5 爆破網(wǎng)絡(luò)

為確保安全、高效的爆破作業(yè),本工程采用毫秒微差導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路,不僅從裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制,還在網(wǎng)路設(shè)計(jì)上進(jìn)行控制。

首先,起爆順序?yàn)橥趴组g微差,排間孔外延時(shí),可實(shí)現(xiàn)孔間微差起爆。 其次,起爆雷管為孔內(nèi)放置二發(fā)毫秒延期導(dǎo)爆管雷管,其段別需根據(jù)預(yù)定的起爆順序進(jìn)行選擇。 最后,在完成裝藥和堵塞工作后,采用四通聯(lián)接元件把每孔的導(dǎo)爆管聯(lián)接成起爆網(wǎng)路。 深孔和淺孔的爆破網(wǎng)絡(luò)如圖3、圖4 所示。

圖3 深孔爆破網(wǎng)路示意圖

圖4 淺孔爆破網(wǎng)絡(luò)示意圖

2 爆破安全和防護(hù)

2.1 總體要求

1)嚴(yán)格炮孔驗(yàn)收,按設(shè)計(jì)裝藥、堵塞、聯(lián)線,控制爆破方向。 對孔口或薄弱地帶采用沙袋覆蓋。

2)各爆破點(diǎn)施工當(dāng)中要嚴(yán)格控制最大單響量和一次起爆藥量。

3)認(rèn)真調(diào)查施工地段情況,對地質(zhì)構(gòu)造、巖石的節(jié)理裂隙等充分考慮,及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù),避免可能出現(xiàn)的爆破失控。

4)防止空氣沖擊波及個(gè)別飛石的危害。 嚴(yán)禁裸露爆破,保證堵塞質(zhì)量,堵塞長度,孔間延遲時(shí)間不能過長。 對鉆孔嚴(yán)格驗(yàn)收并認(rèn)真校核實(shí)際最小抵抗線。 對巖石中的裂隙、破碎帶等地質(zhì)構(gòu)造要仔細(xì)勘查,及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù),在爆破作業(yè)選擇好爆破方向。

2.2 爆破振動校核

按照《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2014)中如公式(1)計(jì)算最大單響藥量。

式中:V為爆破振動速度,cm/s;K為與巖體性質(zhì)、爆破方法等有關(guān)的參數(shù),通常取K=50 ～150;α為與爆破方法、巖體性質(zhì)、傳播距離等有關(guān)的衰減系數(shù),通常情況下α=1.3 ～1.5;Q為最大段藥量,kg;R為爆心距,m。

根據(jù)現(xiàn)場地形地質(zhì)條件取K=150、α=1.5,爆破區(qū)200 m 外有民房,取R=200 m,振動速度選取V=2.0 cm/s,經(jīng)計(jì)算最大齊爆藥量為1 422 kg。 為了降低振動效應(yīng),在深孔爆破時(shí),可以多孔延時(shí)起爆技術(shù);為安全起見,也可實(shí)施逐孔起爆,嚴(yán)格控制齊發(fā)藥量每次不超過1 000 kg。

淺孔爆破規(guī)模每次不超過100 kg,爆破振動對周邊不會造成多大影響。 為了盡量降低淺孔爆破振動,施工中采取如下的降振措施:

1) 淺孔處理好底部根坎,確保爆破自由面良好。

2) 嚴(yán)格控制最大段藥量。

3) 結(jié)合現(xiàn)場地形,設(shè)計(jì)合理的起爆順序,轉(zhuǎn)移爆破振動。

2.3 空氣沖擊波安全距離校核

式中:ΔP為空氣沖擊波超壓值,105Pa;Q為一次爆破的炸藥TNT 當(dāng)量值,本次爆破1 kg 乳化炸藥按0.71 kgTNT 當(dāng)量值計(jì)算,毫秒延期爆破取總藥量,kg;R為裝藥與保護(hù)對象之間距離,m。

計(jì)算出的空氣沖擊波超壓值與《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2014)中超壓值進(jìn)行比對即可得出空氣沖擊波對建筑屋的破壞程度。 由于該工程項(xiàng)目爆破規(guī)模小,而且采用孔間微差爆破,經(jīng)計(jì)算,空氣沖擊波不會對周圍建筑物產(chǎn)生較大影響。

2.4 安全防護(hù)要求

深孔爆破距爆破中心200 m 半徑區(qū)域?yàn)榫鋮^(qū)域,要求所有人員必須撤離至200 m 外或安全避炮點(diǎn)。 淺孔爆破距爆破中心300 m 半徑區(qū)域?yàn)榫鋮^(qū)域,要求所有人員必須撤離至300 m 外或安全避炮點(diǎn)。

起爆信號分預(yù)備信號、起爆信號和解除警戒信號。

1)預(yù)備信號:所有無關(guān)人員立即撤離危險(xiǎn)區(qū);

2)起爆信號:確認(rèn)人員和設(shè)備全部撤離危險(xiǎn)區(qū)后,具備安全起爆條件時(shí),方準(zhǔn)發(fā)出起爆信號,指揮長發(fā)布起爆命令,立即起動起爆器引爆;

3)解除警戒信號:經(jīng)檢查人員檢查確認(rèn)安全后,方準(zhǔn)發(fā)出解除警戒信號。 爆后檢查。

爆破完成15 min 后,由爆破工程技術(shù)人員或爆破員進(jìn)入爆區(qū)檢查有無盲炮,確認(rèn)無盲炮后,方準(zhǔn)其它人員進(jìn)入作業(yè)區(qū)。

3 結(jié)論

1)針對某爆區(qū)周邊環(huán)境測試爆破的有害效應(yīng),巖石爆破要控制爆破振動、飛石以及沖擊波的危害,對于不同保護(hù)對象采取不同的防護(hù)措施,本次爆破在辦公區(qū)附近,需要考慮對周圍人員的影響。

2)針對不同地形采用深孔和淺孔爆破的方法,使用毫秒延期雷管,降低單段爆炸最大藥量,降低爆炸產(chǎn)生的沖擊波和爆破振動。

3)重視爆破后對周圍環(huán)境的污染問題以及碎石的清理,加強(qiáng)對現(xiàn)場人員的安全管理和設(shè)施保護(hù)。

4)對于爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)和炮孔填塞需要專業(yè)人員進(jìn)行操作和檢查,防止出現(xiàn)漏填以及網(wǎng)路錯(cuò)亂。