厂房内基坑开挖预裂爆破技术应用

方 宁, 惠明星, 徐海波

(湖北省地质矿业开发有限责任公司,湖北 武汉 430022)

厂房内基坑开挖预裂爆破技术应用

方 宁, 惠明星, 徐海波

(湖北省地质矿业开发有限责任公司,湖北 武汉 430022)

黄石市某冶炼厂房新建一轧钢生产线需要进行基坑开挖爆破。基坑开挖爆破环境复杂,四周建构筑物较多,都需要进行保护。选择合理的爆破设计,以及有效的防护途径是爆破效果好坏的重要基础。施工结果表明,本次基坑开挖爆破设计采用的预裂爆破技术,产生的爆破振动较小,岩石破碎效果良好,达到了预期爆破效果。

预裂爆破;基坑开挖;爆破振动

爆破技术在矿山、水利、交通、城市建设等领域应用广泛,应用爆破技术施工能够取得较好的施工效果和施工进度[1]。在复杂环境下应用爆破技术,安全保障显得尤为重要。本文针对厂房基坑开挖中工程爆破引入微差松动预裂控制爆破技术,以冶炼厂内冷却池基坑开挖为例进行分析研究。通过对本次基坑开挖爆破参数及效果分析,为同类工程施工提供参考和借鉴。

1 工程概况

某冶炼厂内修建冷却池,需要在已建好厂房内进行基坑开挖。开挖基坑长12 m、宽8 m,为方便冷却池施工建设,爆破范围需向周围扩大0.5 m,设计开挖深度为5.5 m,爆破开挖体积约为584.38 m3。

开挖基坑在一个新建厂房内,爆区周围有已浇筑的轧钢生产线混凝土基础,基坑离厂房外墙也较近,环境很复杂。基坑南边4 m即是生产线混凝土基础,东边15 m为工厂另一生产线设备;东边较开阔,规划工程尚未建设;北边与厂房墙体相距约6 m;厂房房顶高6 m。爆区环境如图1所示。

基坑地质条件为上土下岩,在进行钻孔爆破时,第四系(Q4)表土已基本清除。基岩为第三系(R)砾岩,完整性好,风化弱,机械挖掘困难。

为保护厂房内各项已建工程,爆破开挖基坑需要严格控制爆破振动、飞石。根据爆破安全规程规定,轧钢生产线、厂房承重墙允许的振动速度<6 cm/s;爆破施工中还应采取有效措施严格控制爆破飞石,防止飞石损害已有厂房设施。

图1 爆区环境图Fig.1 Surrounding map of blasting area

2 爆破方案

如何控制爆破震动,从而降低对生产线和厂房墙体的影响,是选择爆破方案时应考虑的重要因素之一。控制爆破规模和单响药量是减小爆破振动和爆破危害的一个有效途径[2]。受限于现场钻孔机械设备,为防止爆破施工对轧钢生产线产生震动危害,设计本次爆破施工应用中深孔预裂爆破技术,减小爆破震动对生产线基础的影响。爆破顺序为:预裂孔→掏槽孔→基坑爆破孔。首先预裂孔起爆产生预裂缝,隔离爆区与生产线基础。掏槽孔爆破为基坑爆破提供自由面,最后进行基坑爆破。

另外,控制每孔装药量以及同时起爆药量,可有效控制爆破振动。为此,爆区采用逐孔起爆网络,单孔单响,控制齐发药量。钻孔直径80 mm,钻孔深度6.5 m。

3 爆破参数设计

3.1 孔网参数

(1) 爆区孔网参数:炮孔孔距a=2.5 m,排距b=2 m,孔深H=6.5 m,炮孔超深h=1.0 m,炮孔采用矩形布孔。

炮孔直径80 mm,选用直径为70 mm的卷状乳化炸药,装药采用径向不耦合装药[3]。根据厂房内岩石性质,基坑岩性为砾岩,设计炸药单耗约为0.5 kg/m3,采用减弱松动爆破,按照公式Q=n×q×a×b×H计算得到每孔装药量。其中Q为每孔装药量(kg);n为爆破作用指数(减弱松动爆破,取0.75);q为炸药单耗(0.5 kg/m3);a为孔距(2.5 m);b为排距(2 m);H为孔深(6.5 m);计算得到爆破孔每孔装药量为12.19 kg。掏槽孔起爆药量按照爆破孔1.5倍计算,为18.29 kg,采用密实装药,装药长度3.6 m,堵塞长度2.9 m。

基坑爆破炮孔堵塞长度不少于3.5 m,制作炮泥或采用钻孔岩粉水炮泥将炮孔堵塞密实[4],可以有效防止产生冲孔及飞石等危害。

(2) 预裂孔参数:炮孔直径80 mm,炮孔孔距0.8 m,孔深7.0 m,炮孔超深1.5 m[5]。

选用直径为70 mm的卷状乳化炸药,装药结构如图2所示,药卷装于炮孔中部,单孔装药量1.5 kg。与爆区孔一样,堵塞长度不少于3.5 m,制作炮泥或采用岩粉将炮孔堵塞密实。单孔装药量依据炮孔线装药密度及岩石抗压强度等因素综合选取。

图2 开挖顺序示意图Fig.2 Schematic diagram of excavation sequence

场地内砾岩为中硬岩石,炮孔直径80 mm,间距0.8 m,取线装药密度210 g/m,预裂孔深7 m,则计算得到预裂孔装药量为1 470 g,70 mm药卷单节重为1.5 kg,可满足装药需要(表1)。

3.2 炮孔延期间隔时间的确定

合理的延时间隔应在保证爆破振动波形不产生或少产生叠加,并使爆破块度均匀。因此选取合理的孔间和排间微差时间尤显重要。根据大量研究及工程实践,此次爆破选取孔间间隔微差时间为50～100 ms[7]。

表1 预裂爆破参数经验数值[6]Table 1 Pre-splitting blasting empirical parameters

3.3 起爆网络

本次设计选择导爆管雷管,预裂孔为3段传爆,孔内不延期。主爆孔为5段传爆,7段、8段、9段、10段孔内延期。3段延期时间为50 ms,5段延期时间为110 ms,7段延期时间为200 ms,8段延期时间250 ms,9段延期时间为310 ms,10段延期时间为380 ms。通过以下网络连接形式,实现预裂孔先于主爆孔起爆,起爆孔逐孔起爆的爆破网络。爆破网络连接形式如图3所示。

图3 网路联接示意图Fig.3 Schematic diagram of network connection

4 爆破效果

4.1 爆破振动

施工过程中,在轧钢生产线及厂房墙边分别设置有6组振动监测点。经过振动监测,生产线及厂房墙体附近的最大振动速度满足爆破安全规程中的安全要求(<6 cm/s),达到安全设计要求(表2)。

4.2 爆破飞石距离估算

依据《爆破安全规程》(GB 6722—2014)[8]中对爆破飞石距离的估算公式Rf=20n2Wkf计算爆破飞石距离。Rf=20n2Wkf=20×0.752×2×1.5=33.75 m,其中Rf为个别飞散物距离,m;n为爆破作用指数;W为最大药包的最小抵抗线,m;kf为安全系数,一般取1～1.5。

表2 爆破振动测试结果Table 2 Blasting vibration test results

为防止爆破产生的个别飞石,起爆前需在炮孔上用厚度约为3 cm厂房内废弃橡胶皮覆盖爆区,然后每个炮孔压2～3包沙袋。经过爆破试验以及爆破施工,通过压沙袋以及胶皮可以有效防止飞石产生,爆破后厂房内无任何飞石伤害痕迹。

爆破后,基坑岩体向上隆起,无飞石飞出,爆破震动微弱,岩石破碎块度均匀,预裂孔半孔率在90%以上,隔离减震效果明显,周围设备及生产线安然无恙,说明了孔网参数和爆破网路设计的合理性。

5 结语

总结本次基坑开挖石方爆破的成功经验主要有以下几点:

(1) 此次在厂房内进行基坑爆破,受限于钻孔设备,选择了中深孔爆破,应用微差松动预裂爆破技术可有效降低爆破振动;

(2) 工程施工中选择合理设计爆破网路参数设计,有利于达到控制爆破效果的目的;

(3) 足够的堵塞长度和良好的堵塞质量,以及特殊环境下的孔口覆盖,有利于防治飞石危害,且能获得良好的爆破效果。

[1] 唐海,李海波,周青春,等.预裂爆破震动效应试验研究[J].岩石力学与工程学报,2010(11):2278-2284.

[2] 丁小华,李克明,任占营.露天矿高台阶预裂爆破技术的发展及应用[J].矿业研究与开发,2011(2):145-146,172.

[3] 崔泽强.城镇控制爆破在复杂地质条件下的应用[J].公路,2016,(4):98-100.

[4] 袁康.预裂爆破成缝及参数计算原理[J].爆破,2013,5(1):58-62.

[5] 段卫东,胡世高.预裂爆破中最佳空孔间距的选择[J ].矿业工程研究,2012,10(1):2655-2660.

[6] 王玉杰.爆破工程[M].武汉:武汉理工大学出版社,2009.

[7] G.F.布伦特,L.W.阿姆斯特朗,璩世杰,等.两种大孔径预裂爆破新技术[J].国外金属矿山,1999,4(6):47-51.

[8] 国家安全生产监督管理总局.爆破安全规程:GB 6722-2014[S].北京:中国标准出版社,2011.

(责任编辑：陈姣霞)

Application of Pre-splitting Blasting Technique in the Pit Excavation withina Factory Workshop

FANG Ning, HUI Mingxing, XU Haibo
(HubeiGeological&MiningExplorationCo.,Ltd,Wuhan,Hubei430022)

There is a new rolling production line require pit excavation blasting in smelting workshop of Huangshi City.The excavation blasting is in a complicated environment which surrounded by many buildings need to be protected.Selecting the reasonable blasting design and effective protection approach is an important basis for blasting effect.The construction results showed that the pre-splitting blasting technique used in the foundation pit excavation has little blasting vibration and great rock crushing effect,which achieved the desired effect of blasting.

pre-splitting explosion; pit excavation; blasting vibration

2016-06-14;改回日期:2016-08-26

方宁(1987-),男,工程师,采矿工程专业,从事矿山开采设计研究。E-mail:httre@formail.com

TV542

A

1671-1211(2017)02-0226-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.02.022

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170314.1157.030.html 数字出版日期:2017-03-14 11:57