廠房內基坑開挖預裂爆破技術應用

方 寧, 惠明星, 徐海波

(湖北省地質礦業開發有限責任公司,湖北 武漢 430022)

廠房內基坑開挖預裂爆破技術應用

方 寧, 惠明星, 徐海波

(湖北省地質礦業開發有限責任公司,湖北 武漢 430022)

黃石市某冶煉廠房新建一軋鋼生產線需要進行基坑開挖爆破。基坑開挖爆破環境復雜,四周建構筑物較多,都需要進行保護。選擇合理的爆破設計,以及有效的防護途徑是爆破效果好壞的重要基礎。施工結果表明,本次基坑開挖爆破設計采用的預裂爆破技術,產生的爆破振動較小,巖石破碎效果良好,達到了預期爆破效果。

預裂爆破;基坑開挖;爆破振動

爆破技術在礦山、水利、交通、城市建設等領域應用廣泛,應用爆破技術施工能夠取得較好的施工效果和施工進度[1]。在復雜環境下應用爆破技術,安全保障顯得尤為重要。本文針對廠房基坑開挖中工程爆破引入微差松動預裂控制爆破技術,以冶煉廠內冷卻池基坑開挖為例進行分析研究。通過對本次基坑開挖爆破參數及效果分析,為同類工程施工提供參考和借鑒。

1 工程概況

某冶煉廠內修建冷卻池,需要在已建好廠房內進行基坑開挖。開挖基坑長12 m、寬8 m,為方便冷卻池施工建設,爆破范圍需向周圍擴大0.5 m,設計開挖深度為5.5 m,爆破開挖體積約為584.38 m3。

開挖基坑在一個新建廠房內,爆區周圍有已澆筑的軋鋼生產線混凝土基礎,基坑離廠房外墻也較近,環境很復雜。基坑南邊4 m即是生產線混凝土基礎,東邊15 m為工廠另一生產線設備;東邊較開闊,規劃工程尚未建設;北邊與廠房墻體相距約6 m;廠房房頂高6 m。爆區環境如圖1所示。

基坑地質條件為上土下巖,在進行鉆孔爆破時,第四系(Q4)表土已基本清除。基巖為第三系(R)礫巖,完整性好,風化弱,機械挖掘困難。

為保護廠房內各項已建工程,爆破開挖基坑需要嚴格控制爆破振動、飛石。根據爆破安全規程規定,軋鋼生產線、廠房承重墻允許的振動速度<6 cm/s;爆破施工中還應采取有效措施嚴格控制爆破飛石,防止飛石損害已有廠房設施。

圖1 爆區環境圖Fig.1 Surrounding map of blasting area

2 爆破方案

如何控制爆破震動,從而降低對生產線和廠房墻體的影響,是選擇爆破方案時應考慮的重要因素之一。控制爆破規模和單響藥量是減小爆破振動和爆破危害的一個有效途徑[2]。受限于現場鉆孔機械設備,為防止爆破施工對軋鋼生產線產生震動危害,設計本次爆破施工應用中深孔預裂爆破技術,減小爆破震動對生產線基礎的影響。爆破順序為:預裂孔→掏槽孔→基坑爆破孔。首先預裂孔起爆產生預裂縫,隔離爆區與生產線基礎。掏槽孔爆破為基坑爆破提供自由面,最后進行基坑爆破。

另外,控制每孔裝藥量以及同時起爆藥量,可有效控制爆破振動。為此,爆區采用逐孔起爆網絡,單孔單響,控制齊發藥量。鉆孔直徑80 mm,鉆孔深度6.5 m。

3 爆破參數設計

3.1 孔網參數

(1) 爆區孔網參數: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。

炮孔直徑80 mm,選用直徑為70 mm的卷狀乳化炸藥,裝藥采用徑向不耦合裝藥[3]。根據廠房內巖石性質,基坑巖性為礫巖,設計炸藥單耗約為0.5 kg/m3,采用減弱松動爆破,按照公式Q=n×q×a×b×H計算得到每孔裝藥量。其中Q為每孔裝藥量(kg);n為爆破作用指數(減弱松動爆破,取0.75);q為炸藥單耗(0.5 kg/m3);a為孔距(2.5 m);b為排距(2 m);H為孔深(6.5 m);計算得到爆破孔每孔裝藥量為12.19 kg。掏槽孔起爆藥量按照爆破孔1.5倍計算,為18.29 kg,采用密實裝藥,裝藥長度3.6 m,堵塞長度2.9 m。

基坑爆破炮孔堵塞長度不少于3.5 m,制作炮泥或采用鉆孔巖粉水炮泥將炮孔堵塞密實[4],可以有效防止產生沖孔及飛石等危害。

(2) 預裂孔參數:炮孔直徑80 mm,炮孔孔距0.8 m,孔深7.0 m,炮孔超深1.5 m[5]。

選用直徑為70 mm的卷狀乳化炸藥,裝藥結構如圖2所示,藥卷裝于炮孔中部,單孔裝藥量1.5 kg。與爆區孔一樣,堵塞長度不少于3.5 m,制作炮泥或采用巖粉將炮孔堵塞密實。單孔裝藥量依據炮孔線裝藥密度及巖石抗壓強度等因素綜合選取。

圖2 開挖順序示意圖Fig.2 Schematic diagram of excavation sequence

場地內礫巖為中硬巖石,炮孔直徑80 mm,間距0.8 m,取線裝藥密度210 g/m,預裂孔深7 m,則計算得到預裂孔裝藥量為1 470 g,70 mm藥卷單節重為1.5 kg,可滿足裝藥需要(表1)。

3.2 炮孔延期間隔時間的確定

合理的延時間隔應在保證爆破振動波形不產生或少產生疊加,并使爆破塊度均勻。因此選取合理的孔間和排間微差時間尤顯重要。根據大量研究及工程實踐,此次爆破選取孔間間隔微差時間為50～100 ms[7]。

表1 預裂爆破參數經驗數值[6]Table 1 Pre-splitting blasting empirical parameters

3.3 起爆網絡

本次設計選擇導爆管雷管,預裂孔為3段傳爆,孔內不延期。主爆孔為5段傳爆,7段、8段、9段、10段孔內延期。3段延期時間為50 ms,5段延期時間為110 ms,7段延期時間為200 ms,8段延期時間250 ms,9段延期時間為310 ms,10段延期時間為380 ms。通過以下網絡連接形式,實現預裂孔先于主爆孔起爆,起爆孔逐孔起爆的爆破網絡。爆破網絡連接形式如圖3所示。

圖3 網路聯接示意圖Fig.3 Schematic diagram of network connection

4 爆破效果

4.1 爆破振動

施工過程中,在軋鋼生產線及廠房墻邊分別設置有6組振動監測點。經過振動監測,生產線及廠房墻體附近的最大振動速度滿足爆破安全規程中的安全要求(<6 cm/s),達到安全設計要求(表2)。

4.2 爆破飛石距離估算

依據《爆破安全規程》(GB 6722—2014)[8]中對爆破飛石距離的估算公式Rf=20n2Wkf計算爆破飛石距離。Rf=20n2Wkf=20×0.752×2×1.5=33.75 m,其中Rf為個別飛散物距離,m;n為爆破作用指數;W為最大藥包的最小抵抗線,m;kf為安全系數,一般取1～1.5。

表2 爆破振動測試結果Table 2 Blasting vibration test results

為防止爆破產生的個別飛石,起爆前需在炮孔上用厚度約為3 cm廠房內廢棄橡膠皮覆蓋爆區,然后每個炮孔壓2～3包沙袋。經過爆破試驗以及爆破施工,通過壓沙袋以及膠皮可以有效防止飛石產生,爆破后廠房內無任何飛石傷害痕跡。

爆破后,基坑巖體向上隆起,無飛石飛出,爆破震動微弱,巖石破碎塊度均勻,預裂孔半孔率在90%以上,隔離減震效果明顯,周圍設備及生產線安然無恙,說明了孔網參數和爆破網路設計的合理性。

5 結語

總結本次基坑開挖石方爆破的成功經驗主要有以下幾點:

(1) 此次在廠房內進行基坑爆破,受限于鉆孔設備,選擇了中深孔爆破,應用微差松動預裂爆破技術可有效降低爆破振動;

(2) 工程施工中選擇合理設計爆破網路參數設計,有利于達到控制爆破效果的目的;

(3) 足夠的堵塞長度和良好的堵塞質量,以及特殊環境下的孔口覆蓋,有利于防治飛石危害,且能獲得良好的爆破效果。

[1] 唐海,李海波,周青春,等.預裂爆破震動效應試驗研究[J].巖石力學與工程學報,2010(11):2278-2284.

[2] 丁小華,李克明,任占營.露天礦高臺階預裂爆破技術的發展及應用[J].礦業研究與開發,2011(2):145-146,172.

[3] 崔澤強.城鎮控制爆破在復雜地質條件下的應用[J].公路,2016,(4):98-100.

[4] 袁康.預裂爆破成縫及參數計算原理[J].爆破,2013,5(1):58-62.

[5] 段衛東,胡世高.預裂爆破中最佳空孔間距的選擇[J ].礦業工程研究,2012,10(1):2655-2660.

[6] 王玉杰.爆破工程[M].武漢:武漢理工大學出版社,2009.

[7] G.F.布倫特,L.W.阿姆斯特朗,璩世杰,等.兩種大孔徑預裂爆破新技術[J].國外金屬礦山,1999,4(6):47-51.

[8] 國家安全生產監督管理總局.爆破安全規程:GB 6722-2014[S].北京:中國標準出版社,2011.

(責任編輯：陳姣霞)

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

方寧(1987-),男,工程師,采礦工程專業,從事礦山開采設計研究。E-mail:httre@formail.com

TV542

A

1671-1211(2017)02-0226-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.02.022

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170314.1157.030.html 數字出版日期:2017-03-14 11:57