小断面水利勘探平硐爆破掘进技术

宋 磊， 李 琼， 刘永波， 边旭来， 邹见宾

(1. 陕西红旗民爆集团股份有限公司， 陕西宝鸡 721013；

2. 陕西鸿安爆破工程有限责任公司， 西安 710015)



小断面水利勘探平硐爆破掘进技术

宋 磊1,2， 李 琼1， 刘永波2， 边旭来1， 邹见宾1

(1. 陕西红旗民爆集团股份有限公司， 陕西宝鸡 721013；

2. 陕西鸿安爆破工程有限责任公司， 西安 710015)

摘要：在环境复杂的小断面水利勘探平硐爆破施工中，为充分利用机械设备，降低爆破成本，在确定炮孔深度的情况下，通过对掏槽孔方式及布孔孔数、断面布孔位置及布孔总数、起爆技术等多项技术的多次施工试验，总结出一种适合小断面坚硬岩平硐掘进的爆破方法。工程施工表明，该方案取得了较高的炮孔利用率和掘进速度，带来了较好的爆破效果和经济效益。

关键词：小断面； 勘探平硐； 掏槽孔； 自由面； 秒延时； 爆破掘进

1引 言

泾河东庄水利枢纽工程是陕西省实施西部大开发战略、加快关中经济区发展的重大水利项目，是国务院批复的重要防洪骨干工程。泾河东庄水利枢纽工程可行性研究阶段需要在泾河两岸不同高程开挖若干硐深在50m~250m的勘探平硐。

2工程概况及难点

2.1工程概况

勘探平硐所处两侧岩体为石灰岩，岩石普式硬度为f=8～12，岩石外露，岩壁陡峭，运输不便，施工环境复杂(图1)。开挖平硐规格要求长2m、宽2m的门型硐。

图1　施工环境Fig.1　Construction environment

2.2工程难点

(1)开挖平硐所处山体陡峭，机械、物资运输极为困难，不利较大机械进场施工。

(2)爆破平硐断面小(仅为4m2)，通风降尘、排水难度大，出渣强度高、费时多。

(3)施工地没有民爆器材储存库，每次施工使用的爆破器材都需要从民爆专营公司库房拉运，造成爆破器材价格过高，高成本的爆破器材造成平硐掘进爆破中机械成本低于爆破成本。

(4)工期要求紧。

3爆破技术方案

3.1爆破器材选取及方案确定

3.1.1爆破器材选取

炸药选用GB 18095-2000乳化炸药中φ32-200g 2号岩石乳化炸药；雷管选用GB 19417-2003导爆管雷管中秒延时导爆管雷管第二系列。

3.1.2爆破方案确定

由于工期要求紧，爆破器材运输成本大且受限因素多，尽量减少爆破器材运输次数以节约成本。初步确定爆破参数：炮孔直径40mm～42mm，炮孔深度2.3m，炸药单耗3.0kg/m2〔1〕。炮孔数目的确定按公式(1)来估算。

(1)

式中：q为单位炸药消耗量，kg/m3；s为井巷掘进断面面积，m2；η为炮孔利用率；m为每个药包的长度，m；G为每个药包的质量，kg；α为炮孔平均装药系数，当药包直径为32mm时，取0.60～0.72〔2〕。

要求炮孔利用率90%以上，依据公式(1)估算炮孔数目为：N=3.0×4.0×0.9×0.22/0.6×0.2≈20。

实际工程取21个孔，小断面平硐掘进爆破的成败直接由掏槽效果的好坏决定，如果掏槽失败，整体爆破必将失败，影响爆破掘进进尺。有些爆破工程技术人员在小断面平硐掘进爆破施工中，采用斜炮孔、浅打孔、多循环的方式〔3〕。倾斜孔掏槽固然可以实现爆破抛渣远，利于掏槽的形成和周边岩石的爆破，但其施工过程中不能实现多台风钻平行作业，浅打眼、多循环的方式也必然会增加爆破与通风降尘的次数和时间，将会大大影响掘进速率〔4〕。

本次勘探平硐掘进爆破采用比断面直径还要大的掘进进尺方案，在方案初期采用大间隔毫秒延时起爆技术和半秒延时起爆技术，爆破效果都不是很理想，都有因岩石夹制作用而未完全崩落现象和边帮炮孔岩石“关口”现象产生，最后经多次试验调整，确定采用秒延时起爆技术。

经过多次断面掘进爆破施工方案探索，总结出了一种大孔深、少循环、平行空孔直线掏槽、秒延时起爆技术的平硐掘进爆破施工技术方案，此方案尽量利用限制因素少的机械设备，减少放炮次数和通风降尘频次，以提高经济效益，缩短工期〔5〕。

3.2炮孔布置

3.2.1掏槽孔

在平硐掘进爆破时，由于只有一个自由面，四周岩石夹制力很大，爆破极为困难，掏槽孔的作用就是在工作面上首先创造一个槽腔作为第二自由面，能否成功创造第二自由面是掘进爆破能否成功的关键〔6〕。本次平硐掘进爆破单次掘进进尺大于断面直径，掏槽腔能否爆破成功又更为重要，针对掏槽孔的几种布置形式，结合本工程爆破器材成本高于机械成本的现实，本次掘进爆破选用平行空孔直线掏槽中的桶形掏槽。一般掏槽孔分为开槽孔和扩槽孔，开槽孔数目9个(1个装药孔、8个空孔)，且每孔互相平行呈正方形排列，扩槽孔数目4个，掏槽孔孔距见图2。空孔数目比常见桶形掏槽空孔数目较多，就是为了充分利用低机械成本优势创造掏槽自由腔，降低爆破器材成本〔7〕。

图2　掏槽孔示意图Fig.2　Cut hole diagram

3.2.2周边孔

周边孔的作用是控制巷硐断面规格形状。周边孔布置遵循布孔均匀，既要充分利用炸药能量，又要保证岩石按设计轮廓线崩落的宗旨〔2〕。由于本次平硐掘进爆破为岩体勘探爆破，勘探完毕后平硐灌浆回填，不用做光爆处理。结合技术要求和经济条件考虑仅沿平硐轮廓线外布置了8个周边孔。考虑到锥形硐顶较平行硐顶的承压性、安全性更高，所以把上顶周边孔中的中间孔相对于两侧的孔向上移了0.2m。由于上部孔受自然重力影响，较下部孔容易塌落，故将掏槽孔布置在平硐断面的中央靠下的部位，爆破平硐上部孔孔距比下部孔较大。

3.2.3辅助孔

辅助孔的作用是扩大和延伸掏槽的范围、崩落岩石。布置原则：大致均匀地分布在掏槽孔外围、且孔底应落在同一平面上〔2〕，共布置8个辅助孔，见图3。

图3　炮孔平面布置示意图Fig.3　Schematic diagram of blastholes layout

3.3起爆技术及装药结构

本方案确立的孔内秒延时起爆技术，共采用(1-7段)共7个段位的秒导爆管雷管，其孔网段位布置情况详见图3，孔外采用“一把抓”捆绑式瞬发电雷管激发〔8〕。

单次掘进循环爆破断面共装药27kg，单耗2.93kg/m3，具体炮孔参数及起爆顺序见表1。

表1　炮孔参数及起爆顺序

3.4爆破效果

泾河东庄水利枢纽工程水利勘探平硐按上述方案实施爆破，单次循环进尺均可达到2.1m，平均炮孔利用率90%以上。单次掘进进尺大，补炮次数少，减少了放炮次数及爆破器材运输成本，降低通风降尘频率，节省了时间。取得了很好的爆破效果及经济效益，爆破成形平硐如图4所示。

图4　爆破成形平硐Fig.4　Adit blasting forming

4结 论

(1)在此类小断面、坚硬岩石平硐(隧道)掘进爆破中，若爆破器材成本较高时，采用大进尺、少循环、秒延时的爆破方案能取得非常好的经济效果。

(2)在小断面平硐(隧道)爆破中，当单次爆破循环进尺大于断面直径时，采用秒延时起爆技术是非常可行和安全的。

(3)随着机械设备凿岩能力的不断进步和民爆器材的严格管制，在个别爆破工程中会出现机械成本低于爆破成本的现象。因此，在此种环境小断面平硐(隧道)爆破施工掏槽孔布置中，应坚持多布空孔，创造尽量多的自由腔，节省爆破器材成本，一次性成功实现掏槽。

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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

中图分类号：TD235

文献标识码：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.01.011

作者简介：宋 磊(1984-)，男，工程师，主要从事工业炸药和爆破技术方面的研究。E-mail：442660295@qq.com

收稿日期：2015-10-27

文章编号：1006-7051(2016)01-0053-03