尾礦庫溢流塔定向控制拆除爆破實踐

路小強

(五礦二十三冶建設集團礦業工程有限公司)

隨著我國礦山行業的不斷發展，很多的資源枯竭礦山面臨著閉坑、環保、復墾等問題，礦山復雜環境下廢棄建(構)筑物的安全拆除工程也越來越多。礦山廢棄建(構)筑物的拆除主要分為人工拆除及爆破拆除，目前爆破拆除技術成熟[1]，相對人工拆除在安全、經濟、質量方面有較大的優勢，已成為礦山廢棄建(構)筑物拆除施工的趨勢。

1 工程概況

待拆除溢流塔為鋼筋混凝土結構，高15 m，共6層，層高3.0 m(含350 mm圈梁高度)，圈梁內徑為3.5 m，外徑為4.2m，沿圈梁平均布置8根立柱，立柱橫截面近似為梯形，上底邊長262 mm，下底邊長314 mm，垂高(立柱厚度)為350 mm。見圖1。

圖1 溢流塔現狀

溢流塔位于尾礦庫內，三面環山，西北方向為庫區，其中西側距離溢流塔5 m處有一條庫區內施工道路需保留，尾礦庫現已接近閉庫階段。溢流塔附近尾砂覆蓋較薄(100～150 mm)，拱板高出尾砂覆蓋面約200～300 mm。溢流塔下部豎井接排水平硐，豎井高約20 m，豎井內及底部平硐均無人員作業。溢流塔平面位置見圖2。

圖2 溢流塔平面位置示意

2 拆除方法選擇

由于溢流塔所處環境的特殊性，可選擇人工拆除方法和定向爆破拆除方法。人工拆除方法即采用人工搭設腳手架至溢流塔頂部作業平臺，自上而下人工拆除至底層圈梁；定向爆破拆除方法是采用定向控制倒塌爆破。人工拆除方法有不產生爆破地震效應、飛石等危害的優點，但也有勞動強度大、高空作業危險、高處墜物危害不宜防護、工效低等缺點；爆破拆除方法有相對勞動強度小、高空作業風險小、功效高等優點，部分爆破危害可通過精心設計和施工予以控制及消除。因此，溢流塔優先選擇定向控制拆除爆破方法。

3 爆破設計

定向控制拆除爆破方案設計要求塔體按照321°方位傾倒于庫內，且保留最下層圈梁及立柱。該溢流塔長徑比為5∶1，相鄰兩根立柱對應的圓心角為32°，將圈梁立柱進行編號，見圖3。設計的倒塌中心線落在1#立柱上，為確保冷卻塔能順利向西北側傾倒，并有足夠的支撐不發生下坐和后坐，以此為中心柱向兩邊對稱爆破拆除1#～7#立柱，爆破切口圓心角為270°，爆破切口高度為0.6～1.86 m，底部弧長7 m[2]。為保證溢流塔上部傾倒時，減少8#立柱鋼筋混凝土對傾倒塔身的牽制作用，爆破切口范圍內1#～7#立柱爆破時，8#立柱也應設置一定的爆破高度。1#～8#立柱爆破高度分別為1.86，1.86，1.86，1.15，1.15，0.6，0.6，0.6 m。爆破切口示意見圖4。

圖3 圈梁立柱及傾倒方向編號示意(單位：mm)

圖4 爆破切口示意(單位：mm)

炮孔直徑d=40 mm。

最小抵抗線為

w=0.5h，

(1)

式中，w為最小抵抗線，mm；h為混凝土立柱厚度，350 mm。

計算得出最小抵抗線w=175 mm。

炮孔深度為

h′=0.7h，

(2)

式中，h′為炮孔深度，mm;h為混凝土立柱厚度，350 mm。

計算得出炮孔深度h′=245 mm。

炮孔間距為

a=0.85h,

(3)

式中，a為炮孔間距，mm；h為混凝土立柱厚度，350 mm。

計算得出炮孔間距a=300 mm，立柱炮孔為單排炮孔。

炸藥消耗量為

Q=qN，

(4)

式中，Q為炸藥消耗量，kg；q為單孔裝藥量，按經驗取66.7 g/個，N為炮孔總數，取32個。

計算得出炸藥消耗量Q=2.13 kg。

炸藥單耗為

Q′=Q/v，

(5)

式中，Q′為炸藥單耗，kg/m3；v為爆破實體體積，經計算為1.18 m3。

計算得出炸藥單耗Q′=1.81 kg/m3。

選用2#巖石乳化炸藥，腳線4 m的毫秒延期導爆管雷管的1、5、7段共32發，2發瞬發電雷管引爆導爆管雷管。裝藥方式為反向裝藥，炮孔用炮泥封堵。導爆管每16或17根為一束(1#～3#，4#～8#立柱導爆管一束，其余的一束)，每束導爆管雷管用一發瞬發電雷管起爆。為確保爆破質量及效果，采用電網路與非電網路組合起爆，裝藥連線之前，必須檢驗爆破器材及網絡的可靠性[3]。爆破參數見表1。

表1 爆破參數

4 安全技術校核

安全校核包括爆破震動校核及塌落震動校核[4]，同時，溢流塔塔體坍塌過程中濺起飛石，由于倒塌方向500 m范圍內為空曠區域，無任何設備、設施和人員，故無影響，因此，僅考慮爆破飛石對爆破警戒距離的校核。

由于溢流塔立柱斷面較小，配筋率較高，并且要求爆破后混凝土飛離鋼筋網，因此,炸藥單耗較大(q=1.81 kg/m3)，則不可避免會產生爆破飛石。爆破飛石距離與單耗的關系為

L=71q0.58，

(6)

式中，L為爆破飛石距離，m；q為炸藥單耗，kg/m3。

計算得出爆破飛石距離L=100 m。根據爆破安全規范，安全警戒距離不小于200 m。

5 施工組織

5.1 腳手架搭設

為了方便鉆孔和裝藥，需要在溢流塔周圍內部搭建腳手架。在施工平臺鋪滿竹跳板。腳手架為雙立桿，立桿間距為1.8 m，水平間距為1.8 m，附作剪刀撐，腳手架與溢水塔的立柱或圈梁相拉接，拉接桿采用雙卡扣。

5.2 鉆 孔

采用1臺3 m3移動式空壓機及1臺YT28型鉆機施工炮孔，采用一字型合金鉆頭，鉆頭直徑為38 mm。鉆孔作業前，按爆破設計的孔位進行標孔，標孔時應注意避開鋼筋。每一個孔都要進行精確測量，孔深不夠時需要加深，超過設計深度時則要用炮泥填至設計深度，保證每個炮孔都合格[5]。

5.3 裝藥及堵塞

在鉆孔作業完畢并檢查確認合格后，自上而下進行人工裝藥作業。

(1)根據設計爆破參數，預先按藥量及炮孔個數準備好藥卷，并制好炮泥。

(2)藥卷用短木棍緩慢送入炮孔，保證藥包緊貼孔底。

(3)保證堵塞質量，炮泥選用細砂及黏土混合物，嚴禁使用可燃材料。

(4)堵塞炮孔時應注意力度，保護雷管腳線，嚴防發生事故。

(5)裝藥、堵塞作業時，應有爆破技術人員在現場進行技術指導和檢查監督[6]。

5.4 連 線

按照爆破設計，所有導爆管雷管腳線分成2束，分別在雷管束中心綁扎一個瞬發電雷管，再將2枚電雷管并聯相接。在確認電源母線短接的情況下，將電雷管腳線與電源母線相接。

5.5 爆破警戒及防護

除了爆破可能產生個別飛石之外，溢流塔倒地破碎也會激起飛石，所以必須進行飛石安全防護。

(1)應按照現行國家標準相關規定，在爆破拆除施工現場周邊設置相關的安全警示標志，并派專人巡查。

(2)安全警戒線范圍為倒塌反方向及其兩側200 m，其他方向300 m。

(3)施工用腳手架、安全網必須由專業持證人員搭設，由項目負責人組織技術、安全部門有關人員驗收，合格后方可投入使用。

(4)拆除施工作業人員在高空水平作業時，必須配備相應的勞動保護用品，如安全帽、安全帶、防護眼鏡、防護手套、防護工作服等，并應保證一定的安全距離。

(5)裝藥連線檢查確認后，將毛竹片、草墊等用鐵絲對溢流塔立柱進行捆綁覆蓋，以緩沖爆破所產生的沖擊力，減少混凝土碎塊的飛散。

(6)爆破前在倒塌方向地面灑水，并在溢流塔倒塌瞬間用消防水車對倒塌區噴水，減少塵土飛揚。

(7)爆破前，發出預爆信號，確保所有人都撤出到安全距離以外方可起爆。

(8)爆破30 min后，由爆破員與安全員進行現場檢查確認，確認安全后，可縮小安全警戒范圍，進行下一步工序。

6 爆破效果

經爆破后現場檢查、測量及驗證，溢流塔實際傾倒方位為320°，偏離設計方位1°，最下層圈梁及立柱保存完好，爆破警戒范圍外未受爆破飛石影響，達到預期的拆除目的。爆破效果見圖5。

圖5 拆除爆破效果

7 結 語

此次溢流塔成功定向拆除爆破，經統計核算，相比人工拆除方案，直接降低成本40 000余元，且有效地避免了高空作業、高空墜物等安全隱患，取得了很好的效果。定向控制拆除爆破技術應用于礦山廢棄建(構)筑物拆除施工，可達到安全、經濟、優質、高效的目的，也為其他類似建(構)筑物的拆除提供借鑒與參考。

[1] 王振濤,袁紹國,耿 榮,等.定向爆破拆除在礦區建筑物中的應用[J].世界有色金屬,2017(12):240-241.

[2] 胡浩川,池恩安,樂 松.建筑物細部定向爆破拆除技術淺析[J].爆破,2010,27(3):54-57.

[3] 陳和樹.定向控制爆破在混凝土水塔拆除中的應用[J].江西冶金,2008(5):12-15.

[4] 宗 琦,呂 淵.鋼筋混凝土框架結構物定向爆破拆除[J].爆破,2007，24(3):52-54.

[5] 朱禮臣,孫 永,李萬叢.鋼筋混凝土框架式建筑群的拆除爆破[J].工程爆破,2002(1):31-34,40.

[6] 秦 軍.控制爆破技術簡介[J].非金屬礦,1988(4):17-18,35.