堅硬巖石靜態爆破工效提升的關鍵技術研究

摘要：堅硬巖石是進行建筑施工和礦物采集中常見的障礙物，因此對堅硬巖石的清除工作就顯得格外重要。而靜態爆破技術是是一種新型的巖石爆破技術，靜態爆破的爆破效率高、無噪聲和粉塵等優勢使其在堅硬巖石爆破中發揮了巨大的作用。因此本文對堅硬巖石中靜態爆破的技術進行了研究，期待本文的研究內容能夠為提升爆破工程施工效率和采礦效率提供參考。

關鍵詞：堅硬巖石;靜態爆破

一、靜態爆破技術簡介

一般來說，施工中最常見的障礙物是巖石，對于巖石的清除一直是困擾施工的一大難題，特別是山地施工和礦道施工，大量的施工時間都浪費在了清理巖石上面，對施工效率造成了較大的影響。巖石具有抗壓強度高但抗拉強度低的特點，因此在爆破巖石時，可利用巖石的這個特點對巖石進行高效、快速的爆破，靜態爆破技術由此應運而生。

通常情況下的靜態爆破施工方式是利用氧化鈣之類的可發生水化反應的固體物質的水化反應將巖石撐破，再由液壓機械將巖石分裂，達到破碎巖石的目的。靜態爆破中所發生的化學反應為：CaO+H2O→Ca（OH）2，該過程會放出大量熱量，將巖石脹裂，因此在嚴格意義上說靜態爆破并不是一種爆破技術，所以靜態爆破不具有傳統爆破技術的缺陷，因而被大規模的應用在巖石爆破中。

二、靜態爆破的工藝特點

（一）安全性

相較于傳統爆破方式，靜態爆破中不含有產生沖擊波的炸藥等危險物質，因而較傳統的炸藥爆破更為安全，機械化的爆破方式也更為可控，可以在精密機械旁或人員密集處工作而無需擔心不可控的傷害。

（二）環保性

傳統炸藥爆破的方式不但會產生大量的碎石和煙塵，還會產生硫化物和氮化物之類的大氣污染物，而靜態爆破所使用的膨脹劑和水化反應物等不會產生污染物，爆破過程也不會產生煙塵等。屬于一種非常經濟環保的巖石爆破方式。

（三）經濟性

傳統炸藥爆破所需時間長且材料成本高，而靜態爆破所需的材料成本較低，且可實現連續不間斷的作業，極大的提升了施工效率，節省了施工成本和傳統爆破中額外的安全防護成本。

（四）精確性

傳統爆破受爆炸沖擊波影響，往往無法精確控制巖石的爆破方式，而配合機械作業的靜態爆破可實現對巖石的精確爆破和定向爆破。可將巖石分類為指定的尺寸和形狀，對于后續的巖石清理工作非常有幫助。

（五）實用性

靜態爆破技術所用機械壽命較長，且學習成本較低，即便是完全不熟悉的工人經過短時間的訓練也可以完全掌握靜態爆破方式的技術流程，這使得靜態爆破技術成為了一種非常實用的巖石爆破手段。

三、某項目堅硬巖石靜態爆破工效提升研究

為了將靜態爆破技術應用到堅硬巖石的爆破中，以提升堅硬巖石的爆破工效，我們前往了當地某工程現場，對其堅硬巖石爆破中的靜態爆破技術進行了應用。[1]

（一）工程概況

該工程位于當地某省道旁的綠化帶上，工程風井為雙層的框架式結構，土層覆蓋的平均厚度約為3米，開挖基坑的尺寸為長約38米，寬約35米，深約19米。基坑底部存在質地堅硬的高致密基巖層，經過當地工程部門對基巖層的取樣分析，基巖主要由石炭系時期的灰質巖層和炭質灰巖層構成，巖石層厚層狀構造，中部多為方解石填充，局部為炭質巖層填充，巖芯結構完整，質地較為堅硬，錘擊聲較脆。[2]

我們前往施工現場進行了考查，開挖的基坑中，基巖層的分布較為廣泛，巖層的厚度較大且整體性良好，挖掘機無法敲碎巖石。且由于該工程基坑臨近省道，采用傳統炸藥爆破的方式會對省道車輛造成較大影響，因此當地工程負責人在經由公安機關批準后，決定采用靜態爆破的方式對基坑中的基巖進行爆破。

（二）施工機械及準備

我們在施工中準備了風槍、挖掘機和抽水機等機械設備，其中風槍用于對基巖鉆孔;挖掘機用于清理爆破的碎巖塊;抽水機負責從現場抽水。

施工之前的準備工作為檢查各施工機械是否正常工作，檢查施工所需的必備物資是否準備齊全，如水桶、護目鏡、橡膠手套、攪拌器等。

（三）工效提升研究

1.鉆孔部署

由于該工程基坑中基巖分布較廣泛，因此我們決定采用分區、分層次的方式對基巖層進行逐級爆破，以提升施工效率。根據基巖層對分布特點，將完整性較好且相鄰較近的基巖分為一個區，以便提升爆破效率。各區中進行鉆孔、灌藥、爆破和清理作業時，為提升施工效率，我們擬決定在下一分區鉆孔的同時對上一分區實施爆破作業，從而為下一分區的爆破作業提供可操作的工作面。施工作業平面圖如下所示。

我們將基巖層劃分為上圖所示的分區對爆破區進行分段，分段距離約為9-10米一段，縱向分層為每層0.5米。

鉆孔是靜態爆破施工的關鍵施工參數，鉆孔的方式、孔的數量和大小通常由爆破對象的規模、性質以及施工約束條件而定。原則上來說，鉆孔之前應保證至少有一個與布孔方向平行的自由面，自由面的數量越多，單次爆破的爆破量就越大，一般情況下，鉆孔的距離和自由面之間的距離與巖石的硬度有關，巖石的硬度越大，鉆孔之間的距離和面之間的距離就越小，反之則越大，巖石的硬度與鉆孔之間的距離關系為：巖石硬度（F）[ F為巖石的普式硬度系數，F越大，巖石的硬度就越大。一般來說，F在15-20之間為極堅硬巖石，如花崗巖、石英等;F在8-10之間為堅硬巖石，如砂巖等;F在4-6之間為普通巖石，如鐵礦石等;F在3以下為不堅固巖石，如黃土。]為4時，鉆孔距離大于50㎝，自由面距離為80㎝左右;巖石硬度為6時，鉆孔距離為40㎝左右，自由面距離為50㎝左右;巖石硬度為8時，鉆孔距離為30㎝左右，自由面距離為40㎝左右;巖石硬度為12時，鉆孔距離為20㎝左右，自由面距離為30㎝左右。根據我們所測得的該工程基巖的普式硬度數值來看，我們將鉆孔距離設置為30㎝，鉆孔直徑為40㎝，鉆孔深度距巖層底部約15-25㎝左右，由此測得的平均鉆孔深度約為2米。

鉆孔所采用的設備為空壓機和風槍，風槍鉆頭采用直徑35-40㎝的鉆頭，以保證鉆孔效果，在鉆孔完畢后，應將孔內用清水沖洗干凈。

2.膨脹劑配制

膨脹劑的配制工作在水桶內完成，按照所標注的配方將水和藥劑混合并攪拌至糊狀，一般來說，普式硬度為8以上的巖石在進行靜態爆破時常見的藥劑和水的質量混合比為0.23，用藥量為35-45kg/m2。

3.裝藥

將配制好的糊狀藥劑均勻的放置如爆破孔內直至裝滿，爆破孔無需密封，對于孔口向下傾斜的爆破孔，可在藥劑中加入約20%質量比的水并迅速倒入孔內。

藥劑灌裝操作為多組同時操作，每組由兩名灌裝人員，一主一副。藥劑攪拌時，主灌裝手完成藥品攪拌工作，副灌裝手在攪拌過程中加水并監督藥劑的狀態;藥劑灌裝時，主灌裝手將藥劑灌裝入爆破孔中，副灌裝手負責在灌裝時攪拌孔內的藥物，保證藥物盡可能均勻密實的分布在爆破孔內。為了保證爆破效果，各爆破孔內的藥劑應當同步膨脹，因此我們在灌裝工作中采用了同步操作的方式，每組工人在灌裝時的操作應同步進行，且各組工人負責灌裝的爆破孔數量不能過多，以免影響操作同步性，這種做法可保證各爆破孔內的膨脹劑的膨脹壓同步變化，從而獲得較好的巖石破碎效果。[3]

為了保證巖石的破碎效果，在灌裝藥劑之前，灌裝人員應檢查藥劑是否符合灌裝要求。如果藥劑已經出現氣泡、溫度上升等現象，則不允許灌裝，為了保證藥劑能夠發揮最大作用，原則上來說從藥劑攪拌到灌裝結束的整個過程不得超過5分鐘。

4.爆破

在完成所有爆破孔的灌裝之后，靜待10-14小時，可看到巖石表面出現裂縫，此時可采用工程機械對開裂巖石進行破碎處理。

四、結論

靜態爆破的無灰塵，低噪聲和高效率的特點使其成為了爆破堅硬巖石的首選，本文以某工程基巖爆破的實際操作為例，對堅硬巖石的靜態爆破中的關鍵技術進行了研究。一般來說，對堅硬巖石進行靜態爆破時每一個根據巖石的分布、厚度場地約束條件等因素合理的安排爆破分區，以提升巖石爆破的效率;在鉆孔時，應根據巖石的硬度和體積合理決定鉆孔數量、鉆孔距離和鉆孔深度（這一點文中已列出了較為詳細的參考數值）;配置膨脹劑時，應根據巖石的硬度適當調整藥劑和水的比例，通常來說，常見的普式硬度為8的巖石的藥劑和水的質量比約為0.23左右;在裝藥時，為了保持各個爆破孔內藥劑的膨脹壓相同，應當采取分組同步作業的方式;在裝藥完畢后10-14小時左右，當巖石表面出現裂縫時，即可開始爆破處理;此外在進行巖石靜態爆破作業時，還應當注意施工安全，避免人身事故的發生。

參考文獻：

[1]張學強.靜態爆破技術在響水峪水庫除險加固工程中的應用[J].工程建設與設計，2019（08）：128-129.

[2]劉海波.復雜環境下市政道路高邊坡靜態爆破施工技術[J].工程技術研究，2018（03）：53-54.

[3]楊天武.靜態爆破技術在路基土石施工中的運用探索[J].建材與裝飾，2019（02）：222-223.

作者簡介：王建華（1981-），男，湖北當陽人，本科，高級工程師，研究方向：爆破工效提升。