采矿场岩石破碎站爆破拆除

吴成双，孙吉坤，康拓新

(1.唐山恒盛爆破工程有限公司，河北 迁安 064404； 2. 首钢矿业公司，河北 唐山 064404)

1 工程概况

某矿山过渡岩石破碎站位于采场内上盘10m水平，根据破碎站改建工程计划，需要予以拆除。该破碎站全部为浇注钢筋混凝土结构，需拆除的部分包括破碎机基础、挡土墙及侧壁，构件最高达18.4m，厚度最大达10m，总体积约为3500m3，结构内钢筋密度较大。因此，此项爆破拆除工程的技术和施工难度均较大。

如图1所示，破碎站南部18m处有6600V高压线路通过，距离东北方向的岩石破碎站隧洞1103m。范围内无其他设施和设备，爆破的环境较好。

该破碎站为钢筋混凝土结构,混凝土总方量为3500 m3。结构内的钢筋密集，钢筋的直径为16mm，水平方向网度为0.1m×0.1m，垂直方向网度约为1m×1m，钻孔难度极大。

此外，破碎站结构复杂，很多部位为“薄板状”，相对于φ115mm 孔径， 爆破抵抗线很小，装药量不容易控制。

图1 岩石破碎站平面环境条件

2 方案选择

根据矿山现有条件，可供选择的拆除爆破方案有以下三种。

2.1 液压碎石机机械拆除方案

该方案应用矿山已有的液压碎石机，由上至下对钢筋混凝土结构逐层拆除，同时配合使用焊机切割废旧钢筋，反铲及时清理废料至-5m水平。

按液压碎石机每个台班可拆除150 m3混凝土计算，3500 m3混凝土需要24个台班。

按照液压碎石机2.5m的安全作业高度，分层拆解破碎站。随着破碎站混凝土高度的降低，将需要使用反铲挖掘使破碎站周围虚方的高度同时降低。这是一个循环过程。破碎站总高度18.4m，每个循环下降2.5m，故需要8个循环，即平均每个循环需要液压碎石机机破碎450 m3混凝土，共需要3d。同时每个循环切割钢筋需要0.5d，反铲降方需要3d，共计6.5d，8个循环共需要52d。即在反铲和液压碎石机设备完好率能够保证的情况下，拆除破碎站需要52d。但考虑到过程中各种不可预见因素的影响，预计工期80d。

不使用炸药是此方案的重要特点之一。

2.2 牙轮钻钻孔爆破方案

用矿山已有的牙轮钻机(孔径φ250mm)对岩石破碎站基坑基础、挡墙实施钻孔爆破拆除。因牙轮钻机受作业空间限制，只能采用一次钻孔爆破。

但是，250mm孔径的牙轮钻机不适用于“薄板状”部位。

2.3 F11边坡钻机钻孔爆破辅助液压碎石机拆除方案

目前矿山使用的中小孔径F11边坡钻机，相对中孔径牙轮钻机而言，则具备受场地空间制约小、移动及钻孔作业灵活、钻孔方向灵活等特点。

该方案将破碎站分成六层拆除。

第一层：从+1～-1m(0m水平的绝对标高为+10m),拆除的混凝土的高度为2m，厚度为0.6～0.8m，体积为59.04 m3，全部采用碎石机处理，计划碎石机处理半天，气割切割回收钢筋后，反铲将废料清出。同时周围的虚方标高也从0m降到-1m水平。计划工期2d。

第二层：从-1～-2m的混凝土结构是一个矩形平台，平台长15.5m，宽12.6m，厚度1m，平台中央是一个直径5.5m的圆形孔，要拆除的混凝土体积为174.65 m3，钢筋的直径为16mm，网度为0.1m×0.1m。采用F11边坡钻机钻孔爆破。孔网为1m×1 m，孔深0.7m，总的钻孔米道为140m,钻孔时对四周按3m孔深先钻孔，中间部位按照设计孔深钻孔。单耗取1.5kg/ m3,则单孔装药量为1kg。需要炸药260kg。钻机钻孔1d，爆破1d，清理3d(包括气割时间)，反铲降方2d，计划工期7d。

第三层：从-2m水平到-6.95m水平。混凝土结构为三面墙加四根立柱，墙体厚度0.8m，高度4.95m。单个立柱面积为2m×1.8m，高度0.95m，本层混凝土体积为199 m3。在墙体中间打一排孔，孔深4.5m，下水平控制到-6.95m水平平台不被破坏。孔距1m，共计需打孔45孔，钻孔米道为202.5m。需要炸药300kg。钻孔1d，爆破1d，清理废渣3d，切割钢筋2d。本水平需降方5m，反铲降方需要5d。计划需要工期12d。

第四层：从-6.95m水平到-9.65m水平，混凝土体积为490 m3，高度2.7m。需要打孔180孔，孔深2.5m，共计钻孔米道450m。需要炸药730kg。钻孔1d，爆破1d，切割钢筋3d，反铲清理废渣3d，同时反铲降方需要3d，共计需要工期11d。

第五层：从-9.69m水平到-13.8m水平，段高为4.15m，混凝土体积为485 m3，需要钻孔120孔，钻孔米道为480m，需要炸药720kg。钻孔1d，爆破1d，切割钢筋3d，反铲清理废渣3d，同时反铲降方需要5d，共计需要工期13d。

第六层：从-13.8～-17.2m水平段高为3.4m，混凝土体积为342 m3，需要钻孔100孔，钻孔米道为300m，需要炸药500kg。钻孔1d，爆破1d，切割钢筋2d，反铲清理废渣2d，同时反铲降方需要5d，共计需要工期11d。

其余还有挡土墙混凝土750 m3，墙体厚度为0.5m，考虑直接使用碎石机处理，需要工期7d,以上各部分拆除累计需要工期63d。

比较上述三个方案，采用第一个方案，由于破碎站下部钢筋混凝土的厚度较大，在高标号混凝土钢筋密集部位，液压碎石机的作业效率将大受影响。方案二存在的问题是部分炮孔均打在虚方上，很难成孔，孔深难以达到设计深度，爆破效果不能保证，同时一次钻孔装药量多，爆破能量很难均匀分布，爆破安全不易保证。因此，最终选择采用第三个方案，即F11边坡钻机钻孔爆破辅助液压碎石机拆除方案。

3 爆破技术设计

3.1 预处理

该工程钻孔爆破的预处理工作是和钻孔爆破紧密结合在一起的，开始利用液压碎石机和反铲配合形成F11边坡钻机钻孔的作业平台。在进行完一次爆破后根据现场的情况，随时安排反铲、液压碎石机、气割、推土机进行处理，为下一次钻孔爆破创造场地条件。

3.2 爆破技术参数

(1)第2层：从-1～-2m的混凝土结构是一个矩形平台，平台长15.5m，宽12.6m，厚度1m，平台中央是一个直径5.5m的圆形孔。需拆除的混凝土体积为174.65 m3。

钻孔直径φ： 115 mm；孔网(W×b): 1m×1m;孔深L: 0.7m;单孔药量Q: 1kg;炸药单耗q： 1.5kg/ m3。炮孔布置如图2所示。

图2 第2层拆除爆破孔网布置

(2)第3层：从-2m水平～-6.95m水平。混凝土结构为三面墙加四根立柱，墙体厚度0.8m，高度4.95m。单个立柱面积为2m×1.8m，高度0.95m，本层混凝土体积为199 m3。在墙体中间打一排孔，孔深4.5m，下水平控制到-6.95m水平平台不被破坏。

钻孔直径φ：115 mm;炮孔(单排孔)抵抗线W: 1m;孔距：1m;孔深L：4.95m;单孔药量Q: 2.97kg;炸药单耗q：1.5kg/ m3。炮孔布置见图3。

(3)第4层：从-6.95m水平～-9.65m水平，混凝土体积为490 m3，高度2.7m。

孔网(a×b): 1.5×1 m2；孔深L： 2.5m；单孔药量Q: 3.75kg；单耗q： 1kg/ m3。

(4)第5层：从-9.69m水平～-13.8m水平，段高为4.15m，混凝土体积为485 m3。

孔网(a×b): 1.5m×1 m2；孔深L： 4m；单孔药量Q: 6kg；单耗q： 1kg/ m3。

(5)第6层：从-13.8～-17.2m水平段高为3.4m，混凝土体积为342 m3。

孔网(a×b): 1.5×1 m2；孔深L： 3.5m；单孔药量Q: 5.25kg；单耗q：1kg/ m3。

为了提高了爆破效果，减少了碎石机和气割辅助工作量，对于在地表以下无爆破安全问题的部位可适当增大药量，单孔装药量可以增加到核算装药量的1.1～1.2倍。

图3 第3～6层拆除爆破孔网布置

3.3 装药结构

爆破装药结构大部分采用耦合装药方法，炮孔抵抗线较小的部位可以采用不耦合装药(图4)，保证拉伸应力波能够将需要破坏的结构拉伸破碎，缓冲爆破能量，保证爆破安全。

图4 装药结构示意图

3.4 起爆网络

导爆索起爆方法。在单排孔最大分段装药量满足质点振动速度的要求下，采用导爆索簇联齐发起爆方式(图5)。

图5 导爆管网路连线示意图

4 安全技术措施

4.1 飞石防护

由于浅眼爆破飞石产生的机理较复杂，且由于本工程的钻孔爆破环境较好，本次拆除爆破没有进行飞石安全距离的验算，只要求在爆破前对18m处的6600V高压线路停电，爆后线路出现问题及时进行恢复。同时为控制个别飞石逸出对高压线造成危害，本次爆破对炮孔部位进行覆盖防护。

4.2 空气冲击波安全距离

爆破空气冲击波的安全距离设计与核算根据《爆破安全规程》规定，爆破空气冲击波的安全距离按下式计算：

(1)

式中:R为爆破空气冲击波的安全距离(m)；K为与装药量条件和破坏程度的关的系数。对建筑物，K=1～2，考虑防止空气冲击波对人身的危害时，K=15，K的最小值一般取为5～10。

将Q= 10 kg，K=15代入式(1)，确定空气冲击波安全距离为R=49.5m。为保证安全，实际冲击波安全距离为60m。

4.3 爆破震动安全距离

(2)

式中：V为质点振动速度,取为5cm/s；R为爆破地振安全距离，m；Q为单段最大药量，取为10kg；k为常数，中硬岩取为150；α为爆破地震波衰减系数，取为1.8。

=14.625m

由于工程周围环境较好，周围50m范围内无重要建筑物，满足震动安全的要求。

5 爆破效果

经过20次拆除爆破，并合理组织协调反铲、F11边坡钻机、碎石机、电铲、推土机等设备辅助作业，历时50d，完成了过渡破碎站系统的主体拆除爆破工作。

爆破效果有以下特点：一是爆破能够将密集钢筋的混凝土结构爆破达到破碎的程度，大部分块度在0.8～1m2以下；二是部分钢筋能够通过爆破割断，大部分钢筋不会断裂需要采用气割进行处理；三是深孔部位，受钢筋结构影响钻孔不好或者没有成孔的部位，有大块产生，爆后处理量增加。从总体上看，爆破后的块度大都能够满足反铲或者电铲装车的条件，爆破效果较好。

爆破过程中有一次爆破崩落的钢筋飞落到高压线之上，爆破后及时进行了修复。

6 结语

(1)过渡破碎站拆除爆破没有按照传统的方法即使用手提凿岩机一次钻孔，一次进行爆破的方式，而是针对此次工程的具体条件和特点，利用中小孔径多次爆破工艺技术实施爆破拆除，其经验为大型地下钢筋混凝土结构的拆除提供了一种借鉴。

(2)通过采取必要的控制爆破技术手段，能够解决小抵抗线部位爆破的飞石问题。

(3)对于无爆破安全问题的部位，拆除爆破可增加装药量，单孔装药量可以增加到核算装药量的1.1～1.2倍。

[1] 郭进平，聂兴信. 新编爆破工程实用技术大全[M].北京： 光明日报出版社.

[2] 张云鹏，甘德清，郑瑞春. 拆除爆破[M].北京：冶金工业出版社， 2002

[3] 郑炳旭，肖文雄，高荫桐. 条形药包硐室爆破[M].北京：冶金工业出版社， 2009: 205.