崩落法处理露天山体下防空洞工程实践

王广成陈能革江东平杨海涛李二宝

（1.安徽马钢矿业资源集团有限公司南山矿业有限公司；2.安徽马钢矿业资源集团有限公司；3.马鞍山矿山研究院爆破工程有限责任公司）

在工程建设中，对废弃防空洞的处理一直是施工过程中的潜在危险源。如徐州、西安、郑州等城市都有类似的事故产生［1］。目前，对于防空洞的处理主要有崩落法和充填法2种，相较于充填法，崩落法具有经济、施工方便等优点，但由于防空洞复杂的结构形式，常规的爆破施工工艺中最小抵抗线往往难以控制，造成冲击波泄漏伤人及爆破效果不理想等问题。前人针对防空洞处理进行了许多工程实践，刘君城等［2］针对老城区基础施工遇地下废弃人防工程提出用冲击钻回填黄土，并配合钢护筒成孔的办法，取得了良好效果；罗长军等［3］针对废弃防空洞提出用钻孔夯填法，结合灌浆法回填防空洞，经检测，加固处理效果显著；韦延安等［4］针对富含地下水的防空洞，采用冲孔填充片石黏土挤密法，并通过优化成孔泥浆材料和最佳泥浆配合比，解决了工程桩基遇承压富水性废弃防空洞这一技术难题；何小鹏等［5］通过采用回水注砂充填法，与以往的钻孔注砂法相比起到了多快好省的效果。

相关研究中大多针对地基建设中防空洞的充填及加固处理，未见关于山体下防空洞处理方案，对于崩落法处理防空洞的方案也鲜有提及。因此，本研究以核桃山场地平整工程防空洞区域处理为例，提出了针对性的崩落处理方案，为类似防空洞处理提供一定的设计依据和工程经验。

1 工程概况

1.1 场地平整工程

核桃山场地平整工程位于马鞍山市主城区西北方向一厂区内，周边环境复杂，平整区地形属于高丘，选用露天台阶开挖、深孔松动爆破方案［6-8］。

基于核桃山防空洞现状，结合场地平整方案的规划设计，采用分台阶开挖，设置+61，+49，+37，+25和+13 m共5个台阶；工程范围内开挖工程量为700万t，选用乳化炸药，起爆材料为非电毫秒导爆管，炮孔采用连续柱状装药，起爆药包置于药柱下部，顶部用岩粉和黏土填塞（剔除石块）。考虑矿山施工方便及安全，采用微差起爆方式，一次爆破，单孔单响。与正常爆区一同爆破。穿孔选用QYDZ-200型潜孔钻机，孔径为140 mm，采用大型液压挖掘机（吨位≥45 t）进行采装，通过试爆确定合理的炸药单耗参数。

1.2 防空洞概况

核桃山山体内防空洞始建于上个世纪60年代，山体南侧1个洞口、东北侧2个洞口，其中北出入口地势高、南出入口地势低，详见图1、图2。

防空洞实测顶板标高为+14.21～+21.44 m，底板标高在+12.11～+18.33 m；总体南部高、北部低。防空洞合计长度约980 m，横截面面积为10.8 m2，共有大小硐室26个，大部分硐室断面与出入通道断面一致，长度一般为7～9 m，宽度为3～6.5 m，其中有1个大硐室位于防空洞中部，长约10 m，宽6.5 m，北侧有一环形通道。

2 风险因素识别及安全对策

2.1 防空洞风险因素识别

对核桃山工程场地防空洞进行现场踏勘，根据爆破工艺及工程特点，识别由防空洞存在而引起的风险因素如下。

（1）防空洞内顶板和底部标高不明，位置不准确，穿孔过程中若与防空洞顶板距离过小（不足7 m），可能会发生防空洞垮塌，导致钻机倾覆，砸伤人员。

（2）因防空洞的存在，改变底部的抵抗线方向和大小，若参数不合理或填塞质量不佳，可能会导致爆破飞石事故［9-11］。

（3）防空洞揭露以后，若揭露位置未完全覆盖或覆盖厚度过小，可能会导致底部爆破飞石事故。

（4）防空洞顶部穿孔作业时，若钻孔穿过防空洞或与防空洞底部留设距离不足时，可能会导致底部装药漏入防空洞内，爆破效果差，且存在残药。

（5）防空洞上方崩落后，若岩石未完全充满防空洞或巷道内，可能导致爆堆突然陷落，有可能发生滚石伤人及设备事故。

2.2 处理对策

（1）在+30 m平台（接近防空洞）施工前，应开展对防空洞进一步详细测量，尽可能确定防空洞位置及顶、底板标高，为下一步现场施工提供基础。

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（2）在场地平整开挖时，在+30 m平台下方空洞附近位置，采用潜孔钻机在防空洞一侧边缘10 m外施工防空洞探孔，并根据揭露防空洞位置再布置探孔（探孔间距为2～3 m），探明所有的防空洞和巷道位置，并在+30 m平台设置警示标志和围栏，防止人员和设备进入。

（3）钻机在防空洞上部安全距离内行走时，应尽量垂直穿过防空洞或巷道，避免沿巷道行走。

（4）钻机不得长时间停留在防空洞或巷道上方区域，非操作人员不应在危险范围内停留。

（5）应由经验丰富的钻机司机作业，时刻注意炮孔的倾角、深度，避免发生钻头穿过防空洞造成卡钻。

（6）每次爆破作业时，应结合已有防空洞和巷道情况，调整炮孔的布置和装药参数，适当调整自由面的方向。

（7）防空洞处理钻孔时应有专人查看地表有无裂纹或位移，发现地表有裂纹时，应在有裂纹区域停止作业，选择在安全区域进行爆破作业。

（8）防空洞内部分硐室采用砖墙封闭。

3 处理方案及结果分析

3.1 处理方案选择

防空洞岩性为砂岩，稳定性好，且防空洞宽度一般为3 m，高度约为3 m，均为巷道式硐室，单个硐室暴露面积小于50 m2，根据《现代采矿设计手册》，从允许暴露面积上分析，本方案中的防空洞均较稳定，因此防空洞处理方案为崩落围岩充填防空洞。

具体处理思路：用崩落围岩充填防空洞及巷道，或形成岩石保护垫层，一旦上部大量岩石突然冒落时，有效减少机械冲击和空气冲击波危害，同时可以缓和应力集中，减少岩石的支撑压力。设计防空洞放顶爆破设计炮孔平面布置图和剖面图如图3所示。设计在防空洞上部中间位置布置一排炮孔，炮孔底部距离防空洞顶板约1.0 m；在防空洞两侧各布置一排炮孔，距离防空洞侧壁约1 m。

3.2 爆破参数选取

采用QYDZ-200型潜孔钻机凿岩，主要标准爆破参数如表1所示。考虑到崩落防空洞顶板自由面少，岩石夹制作用强，选取炸药单耗q＝0.45 kg/m3，台阶高度为12 m，施工中应根据实际爆破效果调整。

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3.3 爆破飞石安全距离

对于飞石距离的估算［12-15］，我国常用经验公式

式中，Rf为爆破飞石安全距离，m；Kf为安全系数，取1.5；n为爆破作用指数，松动爆破时取0.65；W为最小抵抗线，最大取6 m。

估算爆破飞石飞散距离为76 m，为保证安全，本次设计确定爆破个别飞散物对人员的安全允许距离为200 m。施工过程中，应严格按照设计参数进行施工，同时钻孔时应调查爆破自由面是否有结构层或软弱层。

3.4 爆破冲击波安全距离

炸药爆炸产生的高温高压气体或直接压缩周围空气，或通过岩体裂缝及药室通道高速冲入大气形成空气冲击波。空气冲击波超压达到一定量值后，就会导致建筑物破坏和人体器官损伤。

一般情况下爆破作用指数n＜3时，爆破产生的空气冲击波的破坏范围比爆破振动和个别飞散物破坏范围小。因此，一般工程爆破的安全距离是由允许爆破振动强度及飞石距离来控制。

本次爆破设计采用减弱松动爆破，爆破作用指数n＜0.65，安全距离是由允许爆破振动强度及飞石距离控制。此外施工过程中，禁止裸露爆破，严格按设计抵抗线施工，按爆破设计要求留足填塞长度，保证填塞质量以防止空气冲击波对环境的影响［16-17］。

3.5 爆破效果分析

爆破作业后对爆破效果参数进行统计分析。采用无人机对爆破冲击波泄漏情况进行观测，通过图像分析法对大块率进行统计，采用工具对爆破前冲、后冲、防空洞填充高度、填充长度进行现场测量，选取8个测点对防空洞平整度进行测量，各效果评价指标见表2。

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由表2可知，处理方案抵抗线布置合理，爆破能量大部分用来破碎岩体，形成合格的块度及合理的前冲、后冲；防空洞填充高度、长度及平整度合理，符合施工要求。综合判定本次防空洞爆破处理方案合理。

4 结语

针对山体露天台阶开采下防空洞及其结构特点，提出了崩落上部围岩处理方案，结合爆破作用规律，提出了爆破参数，并对爆破飞石、冲击波安全距离进行了计算。最终取得了良好的防空洞处理效果。