多排微差擠壓深孔爆破技術在AB填料開采中的應用

張智超

(中建二局土木工程有限公司,北京 101101)

多排微差擠壓深孔爆破技術在AB填料開采中的應用

張智超

(中建二局土木工程有限公司,北京 101101)

依據微差擠壓爆破的作用原理,結合工程實例介紹深孔爆破的技術設計及爆破效果,表明在對有塊度要求的AB組填料開采施工當中,采用微差擠壓爆破技術,能有效地降低大塊率,控制爆破飛石和降低爆破成本,使爆渣的塊度和級配得到良好的控制,提高開采效率,加快施工進度。

AB填料 微差擠壓 塊度

1 概述

微差擠壓爆破就是將炮眼分組以毫秒的時間間隔起爆，相鄰炮孔間爆破時產生的復雜的相互作用而導致巖塊相互碰撞，優化爆破石渣級配參數的一種爆破方法。其特點是：前一段裝藥爆炸在其周圍介質中產生的作用尚未消失時，后一段裝藥即開始爆炸，從而產生沖擊波的疊加效果，以加強對介質的粉碎作用，并使前后多次爆炸產生的地震波相互干擾，可減弱爆破的震動效應。主要優點：(1)增強破碎作用，優化爆渣的級配參數；(2)減小拋擲作用，爆堆集中；(3)有效降低爆破震動效應，減小對周圍建筑、構筑物和圍巖的破壞作用；(4)有效控制爆破飛石危害。

2 微差擠壓爆破作用原理

微差擠壓爆破的作用原理一般認為有三種原理：形成新的自由面、應力波疊加作用以及巖石碰撞二次破碎效果。

2.1 形成新的自由面

當第一排炮孔首先爆破時，所爆破的巖體向開挖面方向移動，在移動處給第二排炮孔的爆破開創了新的自由面，炮孔排間距為第二排炮孔的最小抵抗線。同時隨著自由面的增加，夾制性減小，巖石抗破壞能力降低，有利于改善爆破效果。

2.2 應力波疊加作用

爆破網絡采用導爆管毫秒延期網絡，每次爆破的巖體內形成一個應力波作用區，并不斷向外傳播，在壓縮波和拉伸波的作用下，形成爆破漏斗。在選定的合理微差時間間隔內，第一排炮孔爆破，使其作用范圍內的巖體遭受破壞，并給第一排炮孔和第二排炮孔之間的巖體以預應力，在預應力消失之前，第二排炮孔起爆所產生的應力傳到第一排炮孔之間的巖體，形成波的增強與疊加。

2.3 巖石碰撞二次破碎作用

當第一排炮孔爆破推動前方的巖石拋起尚未回落時，后一排炮孔爆破后推動的巖石也向剛形成的補充自由面方向推進，前排和后排爆破后的巖石相互碰撞，產生二次補充破碎，使爆破后的爆堆相對比較集中，碎石飛散量也會大大減少。

3 微差時間間隔的確定

按應力波疊加作用確定微差爆破時間間隔，當前一組藥包爆炸，產生的沖擊波在巖體中傳播時，隨著巖體裂隙的產生，因為傳播介質改變，形成反射回來的拉伸波，在此時間內立即起爆相鄰的第二組藥包，可產生良好的爆破效果。從這個原則出發，根據經驗公式，微差時間間隔為：

式中：

a——孔間距，m；

Cp——縱波波速，m/s；

月形礦區位于景德鎮市南東向約18 km處，行政區劃隸屬樂平縣涌山鎮管轄。大地構造位置處于江南造山帶東部，江山—紹興新元古代拼合帶北側，欽杭結合帶萍樂拗陷帶之東端，隸屬于萍樂成礦帶東段樂平—婺源Cu-Au多金屬成礦遠景區。

t1——深孔內爆破壓力作用時間，s，其經驗值為5×10-4；

Q——深孔裝藥量，kg。

根據經驗公式計算的數值作為參考數據，在實際的施工過程中進行總結，一般排間時間間隔在20ms～120ms為宜。

4 微差擠壓爆破的應用

4.1 工程概況

新建沈陽至丹東高速鐵路客運專線TJ-3標四工區位于丹東市五龍背鎮，管段全長12km，隧道4座，橋7座，涵洞16座，路基4.7km以及五龍背東站站場一處。站場的石質堅硬，爆破石渣經過再加工可以作為路基填料使用。

4.2 爆破設計

4.2.1 設計原則

(1)根據路基填料設計要求，基床底層以下填料粒徑不大于75mm，基床底層填料粒徑不大于60mm，因此爆破產生的成品盡量達到連續級配且最大程度的控制最大粒徑，以達到減小再加工的工作量，提高工作效率，縮短工期。(2)控制爆破飛石距離：S≤80m；(3)控制爆破地震波的危害，距爆源中心80處，爆破震動速度V≤1.0cm/s；(4)空氣沖擊波：以不損害周圍建筑物為限。

4.2.2 方案選擇

4.2.3 爆破參數設計

圖1 爆破網絡圖

表1 最大允許單響藥量

(1)允許最大單響藥量設計；

最大單響藥量控制根據公式：式中：

Q——齊發爆破的總藥量，或延時爆破的最大一段藥量，kg；

V——控制點的地質震動速度，cm/s；

R——控制點距爆源中心的距離，m；

K——與爆破點地質、地形有關的系數。

根據本工程的地質情況，擬取K=150，參照《爆破安全規程》爆破震動安全允許標準表中數據，取V=1.0cm/s，帶入上式，計算出最大允許單項藥量，見表1所示。

(2)爆破參數設計；根據現場實際情況以及方案選取爆破參數：

①開挖方式：臺階式開挖，臺階高度H=8m，視地形條件可在小范圍內調整；②炮孔直徑：D=115mm；③最小抵抗線：W=(25～40)D，根據地質條件與爆破周圍環境，取2.8m～3.2m；④炮孔間距：a=

(1.0～1.25)W，本工程取a=3.0～3.6m；⑤排間距：b=(0.8～1.0)W，本工程取b=2.8～3.2m；⑥炮孔深度：臺階高度加上炮孔超深，取L=H+h，h為炮孔的超深，取L=8.5～8.6m；⑦單孔裝藥量：Q=qabH，q為單耗藥量，q=0.30～0.55kg/m3，根據不同的地質結構進行選取；⑧布孔方式：梅花形布孔；裝藥方式：根據巖層結構采用連續柱狀裝藥和間隔裝藥相結合的方式；⑨填塞長度：除去孔內的裝藥高度其余部分全部填塞，為避免產生爆破飛石，一般填塞長度不小于3.0m。

4.2.4 起爆網絡

采用非電導爆管毫秒雷管進行微差擠壓爆破，采用孔內外相結合的延期方式，孔內雷管段別以及孔外延期元件段別如下圖所示。炮孔的組合方式，根據現場的實際地形條件，考慮安全因素，充分利用現有的自由面空間，采用“V”型起爆網絡。(圖1)

5 爆破效果

爆破時，沒有沖炮現象，境界范圍外沒有發現飛石，距離炮區80m的房屋也未受到影響。爆破后，爆堆成型，兩側向中間隆起。在出渣的工作面進行隨機抽查統計，爆破的塊度基本符合要求，減少了二次加工的工作量。但在炮孔的上部孔口堵塞段，大塊還是比較多，在以后的施工中可以對此進行改進性試驗。自保證不沖炮的情況下，在孔口堵塞段裝入一部分炸藥，采用不連續裝藥的方法，減少孔口的大塊，以達到更合理的爆破效果。