深孔结合浅孔台阶微差爆破开挖路基

2017-03-13林大能于明亮

采矿技术 2017年1期

关键词：浅孔微差炮孔

何松，林大能，喻智，于明亮

(湖南科技大学能源与安全工程学院，湖南湘潭市 411201)

深孔结合浅孔台阶微差爆破开挖路基

何松，林大能，喻智，于明亮

(湖南科技大学能源与安全工程学院，湖南湘潭市 411201)

莆田境内涵江江口至仙游枫亭段公路是福建省联十一普通国省干线公路，由于该段工程与在建湄渝高速A2标段交叉，在交叉区域共有约20000 m3的土石方需要爆破。基于浅孔台阶微差爆破易出现爆破飞石、冲炮和爆破后残留根坎的现象,深孔精度难以满足以及单一爆破方法难以完成工程中的所有的爆破任务。因此，提出了深孔结合浅孔台阶松动微差爆破技术，实践证明，该爆破技术能够在路基开挖工程中显著提高爆破效率，顺利完成爆破任务。

路基开挖；深孔台阶松动微差爆破；浅孔台阶松动微差爆破

0 前言

随着经济的快速增长，基础建设工程项目逐年增多，一部分工程远离城市，地处偏远的山区，环境条件极为艰苦，交通不便，现代化的大型机械设备很难发挥出应有的效果，爆破就成了主要的开挖手段。在地质条件极为复杂的路基开挖工程中，浅孔台阶微差爆破易出现爆破飞石、冲炮和爆破后残留根坎的现象，深孔台阶微差爆破孔眼深，直径较大，钻孔成本高，设备利用效率不高，技术比较复杂，基于单一的深孔台阶微差爆破方法或者浅孔台阶微差爆破方法很难完成工程中的所有爆破任务，为克服单一爆破方法的不足，本工程项目采用深孔结合浅孔台阶微差爆破的方式。

在路基开挖过程中，深孔结合浅孔台阶微差爆破技术得到了广泛的运用，与此同时对深孔和浅孔台阶微差爆破振动的控制和监测[1-2]、爆破飞石的控制[3]、孔网参数的设计[4]、炮孔的堵塞长度[5]、时间间隔的确定[6]、装药结构等相关理论的研究也取得了空前的成果。

本文重点介绍了深孔结合浅孔台阶微差爆破技术在路基开挖工程中的应用，可以为类似的工程设计提供参考。

1 工程概述

莆田境内涵江江口至仙游枫亭K7+100～K21+000公路,是福建省普通国省联十一干线。工程因与湄渝高速A2标段交叉，需要加快工程进度，由于土石方开挖遇到坚硬岩石，需要进行爆破作业。依据材料和查勘情况分析，K15+350～K15+750共有爆破土石方约20000 m3。该爆破作业地点与湄渝高速相互交叉，自东向西从湄渝高速桥下通过，东侧为农田，东南侧有一寺庙距离爆破点72 m，东北侧居民房，距离爆破地点最近102 m，西北侧居民房距离爆区最近23 m，西南侧方向为农田及山体。

该段处于闽东火山断坳带内的次一级构造单元-闽东南滨海断隆带上，闽东南滨海断隆带是福建省地质构造较为复杂的地区之一。岩体主要为花岗岩，厚度较大，达到10～15 m，青灰色，中粗颗粒结构，块状构造,岩芯呈短柱状～长柱状，局部呈碎块状，有一至两组与岩芯夹角为50°～70°的裂隙，裂隙面略有风化，稍有发育，RQD值为40%～60%，岩石单轴饱和抗压强度为32.4 MPa，为较硬岩体，且完整性较好，基本质量为Ⅲ级。

该段与湄渝高速A2标段交叉，为了提高爆破效果，降低爆破灾害，同时保证爆破质量和工程进度，采用深孔台阶松动微差爆破结合浅孔台阶松动微差爆破的方法进行爆破施工。

2 爆破设计

2.1 浅空台阶松动微差爆破

本段路基开挖工程采用7655凿岩机钻孔,炮孔直径为42 mm。根据爆破施工的技术要求，严格控制爆破飞石、振动、应力冲击波和噪声等有害效应，保障周围人员、房屋以及建筑设施设备的安全。选取合理的爆破参数和施工工艺，降低大块率，使块度适中，爆堆松散集中，以使爆破松动达到便于机械设备挖掘装载的目的，该工程采用多排毫秒微差爆破，爆破参数见表1为了降低大块率，防止出现“根底”现象，在台阶底部辅助以倾斜炮孔，具体布置见图1。

表1 浅孔台阶松动微差爆破参数及药量

图1 浅孔台阶

2.2 深孔台阶松动微差爆破

(1) 孔径d：该路基开挖工程采用岩体YT24凿岩机钻孔，孔径为90 mm。采用垂直钻孔，因为垂直钻孔的技术操作简单，对地质条件的适应性强，工作效率高以及成本低。

(2) 台阶高度H：根据现场实际情况，台阶高度H=6～8 m。

(3) 超深h：钻孔超出台阶底部的水平的深度。超深能够增加孔底装药量，克服底盘岩石的阻力夹制作用，防止“根底”的产生，以至于爆破后形成平整的台阶面，根据爆区的地质条件，超深h=0.5～1.0 m。

(4) 底盘抵抗线W：底盘抵抗线直接影响是否产生根底,大块率的高低，进而对爆破成本以及爆破有害效应产生影响。按台阶高度和孔径计算W=(0.6～0.9)H。

(5) 孔距a和排距b：孔距是同一排炮孔中两相邻深孔的连心线。孔距按a=mW计算,通常情况下第一排炮孔的底盘抵抗线都比较大，密集系数取较小值m=1.1。排距b是孔距和排距是一个相关联的参数，在孔径确定的条件下，b=a/m。

(6) 炸药单耗q：根据该工程实践地质岩石条件报告，q=(0.28～0.45) kg/m3，本项目暂取q=0.30 kg/m3。

(7) 单孔装药量Q：多排孔爆破第一排孔的单孔装药量Q=q·a·W·H；多排炮孔起爆是从第二排开始，每排单孔装药量Q=k·q·a·b·H。k是受前排炮孔矿岩阻力的增加系数，取k=(1.1～1.2)。

其相关参数如表2所示。

表2 深孔爆破布孔参数及药量

2.3 炮孔的装药和堵塞

(1) 浅孔台阶松动微差爆破采用非电毫秒延时雷管，使用Φ32 mm、200 g/卷的乳化炸药，采用柱状连续装药结构。装药前应清除孔口周围50 cm范围内的浮渣，保证好装药和填塞质量。良好的填塞质量可以增加爆炸气体在孔内的作用时间以及降低空气冲击波的峰值、噪声和个别飞散物等有害效应的影响。堵塞过长，增加爆破成本，大块率较高；堵塞过短，能量损失大，会出“根底”现象。本项目取炮孔堵塞长度为炮孔长度的1/3。

(2) 深孔台阶松动微差爆破用非电毫秒延时雷管，使用Φ70 mm、200 g/卷的2号乳化炸药，采用连续耦合装药结构。炮泥用不含细石颗粒的粘土加工制成，堵塞长度为炮孔直径的30倍。

3 起爆网路设计

(1) 鉴于导爆管雷管起爆法能很好的抵抗杂电的干扰，网路连接操作简单，检验方便的优点[7]。深孔和浅孔爆破都是采用非电毫秒延时导爆管雷管起爆，每段间隔时间为50 ms。

(2) 根据现场实际情况，采用方形布孔和“V”形顺序起爆，实际布孔方式如图2所示。相比逐排起爆，“V”形顺序起爆形成的自由面更大；用两边同时斜线起爆替代排间顺序起爆,使岩石在抛掷的过程中相互碰撞，岩石块度更加均匀[8]；抛掷距离减小，爆堆集中，大大减少了爆破飞散物，降低了爆破成本和工作强度;地震波相互削弱干扰，降低了爆破振动，微差爆破可降振50%左右[9]。

图2 “V”形顺序起爆

4 爆破有害效应校核和预防

4.1 爆破振动效应

根据工程现场波形选取,浅孔爆破主振频率为40～100 Hz，中深孔爆破主振频率为10～60 Hz。该工程安全允许振速民房为2.0 cm/s，钢筋混凝土结构为3.5 cm/s。爆破安全允许距离选用《爆破安全规程》推荐公式：

(1)

式中，爆破介质为中硬岩石时，k=150，α=1.5。

深孔台阶松动微差爆破最大装药量约34.84 kg，取允许振速2 cm/s,经计算得R允=57.96 m；浅台阶松动微差爆破装药量约1.08 kg，取允许振速2 cm/s，经计算得R允=18.26 m；距离保护钢筋混凝土结构20，30，40 m，允许振速3.5 cm/s，经计算得最大允许起爆药如表3所示。