柏泉铁矿粗碎车间及通廊基础爆破开挖工程设计研究
2015-06-16霍飞彪河北钢铁集团矿业公司龙烟矿山分公司河北张家口075200
霍飞彪(河北钢铁集团矿业公司龙烟矿山分公司,河北张家口 075200)
柏泉铁矿粗碎车间及通廊基础爆破开挖工程设计研究
霍飞彪
(河北钢铁集团矿业公司龙烟矿山分公司,河北张家口075200)
柏泉铁矿粗碎车间及通廊基坑开挖工程采用穿孔爆破、铲装运输施工方案。选取合理的钻机类型和爆破参数,采用毫秒微差延期爆破法,较好的控制了爆破对工程区边界及周边的影响。总体工程分段施工、逐层降段开挖,坑壁及基底预留保护层,单独处理,采用流水段施工作业,合理衔接工序,保证了工程施工工期。
穿孔爆破参数选取流水施工工期
1 前言
柏泉铁矿粗碎车间及通廊基坑开挖工程总面积为4240m2,开挖深度25m。粗碎车间主厂房基坑顶部开口尺寸50m×42.5m,底部开口尺寸27m×19.5m,内部基坑坡比1:0.3,基坑分为两层,上层深度为15m,下层深度为10m,中间预留宽度为4m的安全平台,开挖方量为35000m3。通廊基坑长90m,顶部开口宽23.5m,底部开口宽8.5m,两侧坡比1:0.3,开挖深度从水平面逐渐降至25m,与主厂房基坑底部保持水平,开挖方量为21000m3,总计开挖方量56000m3。
工程区勘探深度未见地下水,岩石坚固性系数达到f=12以上。工程开挖区边界距离矿山生活区约250m,要求确保生活区建筑物及人员的安全。
2 工程总体施工设计
工程采用穿孔、爆破,挖掘机开挖、自卸汽车运输的施工方案。为保证工期,安排两台钻机同时作业。
通廊基础部位可作为主厂房开挖的运输斜坡路。钻机要首先安排在通廊基础部位穿孔,先按照1:8的坡度作业形成预留运输栈道。其次安排钻机在主厂房开挖区进行穿孔作业,由于开挖深度较大,该区域需要分作三个阶段逐层爆破开挖。第一阶段区域开挖深度为8m,第二阶段开挖深度为7m,第三阶段开挖深度为10m。最后安排钻机处理通廊基础部位,沿设计区域放线一次性穿孔到位,挖掘机逐层回退开挖处理。
总体施工顺序宜安排流水施工作业。开挖施工间隔段应以下一次穿孔爆破作业完毕为宜。总体施工工期为40天。
3 爆破技术方案
工程采用毫秒微差松动爆破形式。设计方案主要选用2#岩石膨化硝铵,20m塑料毫秒导爆管雷管、导爆索和起爆用塑料导爆管,起爆方法采用导爆索-导爆管联合起爆法。钻孔设备选用宣化英格索兰CM351高风压露天潜孔钻机。
4 爆破参数选取
4.1钻孔布置
采用横向台阶法布置多排垂直钻孔。方形布孔,具有相等的孔、排距。
4.2孔径
根据钻机的选型,孔径d=90mm。
4.3阶高及孔深
主厂房基坑取阶高H1=8m,H2=7m,H3=10m。孔深L1=8.4m,L2=7.4m,L3=10.4m。沿开挖界线四周第一排钻孔深度为3.3m,距离最终边线1m,第二排以后钻孔深度为8.4m。依次计算安排第二及第三阶段的孔深。
通廊基坑最初作业时最大挖深阶高H=10m,按照1:8的坡度预留斜坡路,取超钻深度h=0.6m,孔深从1.6m逐渐增至10.6m。主厂房基坑开挖完毕后,通廊基坑要重新测量放线,找准基点。
4.4底盘抵抗线
根据w1=d(7.85△τh/mqH)1/2=2.5m。
4.5孔距及排距
孔距a=mw1=2.5m,方形布孔排距b=2.5m。
4.6单位炸药消耗量
根据岩石坚固性系数f=12,单位炸药消耗量q可取0.67kg/m3。
4.7单孔装药量
主厂房基坑第一阶段单孔装药量,其中第一排孔Q=qw1aL=0.67 ×2.5×2.5×3.3=13.8kg,第二排以后孔Q=qw1aH1=0.67×2.5×2.5 ×8.0=33.5kg,依此计算第二及第三阶段单孔装药量。
4.8装药长度
第一排孔Ly=4Q/πd2△=2.2m,第二排以后孔Ly=5.3m。
4.9填塞长度
第一排孔L1=1.1m,第二排以后孔L2=3.1m。
4.10爆区安排
为了最大限度的保证周边待保护建筑物的安全,满足安全校核计算结果,保证工期,同时满足流水施工的需求及试爆的目的,考虑工人当天的劳动强度,可分为七个爆区。第一次安排爆破通廊基坑同时作为运输斜坡路。主厂房区域第一阶段爆破可安排为两个爆区,可以保证铲装与穿孔作业的同步性,不至于窝工。第二阶段作业参照第一阶段同样可分为两个爆区,第三阶段整体作为一个爆区,最后通廊基坑的形成作为一个爆区。
4.11起爆网路
本方案采用排间毫秒延期起爆方法。第一排为1段,第二排为2段,依次类推。每钻孔内2发雷管,导爆管伸出孔外与导爆索联结,构成混合起爆网路。
5 安全校核
5.1一次爆破振动速度
根据撒·道夫斯基公式V=K(Q1/3·1/R)α=100(6701/3·1/250)2.0=0.12cm/s
式中:V—地面质点峰值振速,cm/s;
Q—延迟爆破最大一段装药量,kg,取670kg;
R—计算点到爆源的距离,m, R取250m;
K,α—选取K为100,α为2.0。
参考《爆破安全规程》GB6722-2003爆破振动安全允许标准,保护对象砖混结构允许的质点振速可以控制到2.7-3.0cm/s,故而认为满足允许的安全振速。
5.2爆破冲击波
避免实施裸露爆破,不考虑冲击波对建筑物及人员的伤害。
5.3个别飞石最大飞散距离
Rmax=KφD=15×9=135m
式中:Rmax—飞石的飞散距离,m;
Kφ—安全系数,取15-16;
D—钻孔直径,cm。
个别飞石的最大飞散距离小于作业区与生活区的距离,认为飞石不会落至生活区。
6 结语
从工程实践看,通过精细化的穿孔、爆破作业现场管理,有效控制了工程区地形设计,达到了工程要求。采用流水段施工管理,合理衔接作业期,较好的满足了总工期要求。实践中,进一步优化工序环节,对于同类工程项目具有积极的指导意义和很大的应用推广前景。
[1]汪旭光.爆破设计与施工.北京:冶金工业出版社,2011,P224-P234.
[2]国家质量监督检验检疫总局.爆破安全规程GB6722-2003.2004,P43.
霍飞彪(1980—),男,河北宣化人,龙烟矿山分公司,采矿工程师,从事采矿技术工作。