復雜陡崖狀危巖體控制爆破技術研究

四川省樂山市公安局治安管理支隊 四川 樂山 614000

0 引言

高陡邊坡由于易產生滾石、坍塌等災害,對周邊人員及建構筑的安全造成了較大威脅,需盡快處理,目前最常用的處理辦法為爆破拆除法。考慮到高陡邊坡環境復雜,眾多學者針對不同類型的高陡邊坡進行了專題研究,取得了較多成果。徐德順等[1]對水電站邊坡進行詳細的地勘,從邊坡失穩機理入手,研究深孔爆破與淺孔爆破聯合的處理辦法。李潤哲等[2,3]對高速公路大橋前臺后沿高陡危巖體結構進行分析,采用不連續、不耦合,逐排延時松動爆破對危巖體進行了處理。雷榮等[4,5]根據礦山高陡邊坡的實際情況,采取控制爆破對危巖體進行了處理,在處理過程對永久邊坡爆破振動進行了監測。

峨眉山某石灰石礦開采過程中,由于邊坡后沿陡峭,且有居民生活區,為確保安全,在陡崖每級邊坡前預留5m后的巖體后,礦山逐漸形成了210m的高陡邊坡,巖層局部穩定性較差,對礦山邊坡穩定性造成了一定威脅;同時由于陡崖巖體的存在,礦山邊坡接近3/5的礦石無法開采,導致礦山正常生產受到嚴重影響。

因此,為消除高陡邊坡帶來的安全隱患,同時增加礦山的開采礦量,需對陡崖狀危巖體進行開采。由于陡崖狀危巖體巖石硬度較高(f=8),采用機械破碎方式效率低且安全隱患較大,爆破法是最有效可靠的方法,但周邊環境復雜,需采區嚴格的控制爆破技術,確保危巖體治理過程安全可控。

1 工程概況

1.1 陡崖狀危巖體概況 峨眉山某石灰巖礦山邊坡高度為210m,礦山一側巖體呈直立陡崖狀,巖體較破碎局部外凸倒懸,且巖石節理裂隙發育,局部的天然溝槽極易使巖體破裂成滾石。陡崖下部為居民區,陡崖狀巖體與居民區直線距離為150m,在礦山開采過程中,爆破對陡崖狀巖體擾動極易造成臨邊巖石坍塌形成滾石,大塊滾石在斜坡重力勢能加速的作用下,對陡崖巖體下部的居民樓的安全構成嚴重威脅。礦山開采初期為控制爆破對陡崖狀巖體的動力擾動,減小爆破對陡崖狀巖體的破壞,在臨界陡崖邊坡預留5m厚巖體,起臨時擋墻的作用,防止人員、設備跌落,同時控制沿陡崖方向的爆破飛石,降低安全隱患。

原邊坡開采技術參數主要:臺階邊坡角度為70°,臺階高度為15m,安全平臺寬6m,清掃平臺寬12m,每兩個安全平臺后設一個清掃平臺。隨著礦山開采深度的增加,礦山高陡邊坡的安全隱患日益突出,如圖1所示。

圖1 陡崖狀危巖體示意圖

1.2 工程重難點

(1)環境復雜,施工難度大。危巖體外側呈陡崖狀,且分布有大塊倒懸體,鉆孔、裝藥、堵塞等空間有限,施工作業困難。

(2)安全風險大。治理過程中極易形成大塊滾石,在重力勢能及斜坡加速的影響下,滾石容易造成人員傷害和房屋損壞。

2 控制爆破技術研究

按照與陡崖狀危巖體的距離,將邊坡劃分為三類爆區,即深孔爆破區、減弱控制爆破區及危巖爆破區。

2.1 爆破參數設計

深孔爆破區:臺階高度為10m,鉆孔深度為11m,利用數碼電子雷管采用逐孔毫秒微差起爆,CM351型潛孔鉆機鑿巖,鉆孔直徑D=115mm。

減弱控制爆破區:靠近邊坡寬15m左右的區域設為控制爆破區,采取自上而下、低臺階、分段小規模爆破,利用數碼電子雷管采用逐孔毫秒微差起爆,CM351型潛孔鉆機鑿巖,鉆孔直徑D=115mm。

危巖爆破區:臨邊遇危巖體或大塊危石時,利用YT-28型手風鉆進行解小排危。

為有效控制爆破振動及飛石,按照《爆破手冊》進行爆破參數設計,并根據現場實際條件進行優化,得到三類爆區具體的爆破參數,如表1所示。

表1 陡崖邊坡爆破參數

4超深L m 1 1 0 5孔距a m 5 4.5 1.2 6排距b m 3.5 3 1 7單耗q kg/m3 0.45 0.35 0.05 8 單孔裝藥量Q kg 79 24 現場確定9 最小抵抗線W1 m 3 3 0.3 10 底盤抵抗線Wd m 4 3.5 3.5 11 堵塞長度l m 4 3 ≥0.3 12 炸藥類型 / 混裝乳化炸藥 二號巖石乳化炸藥

2.2 起爆網絡連接 三類爆區均使用數碼電子雷管進行網路連接,采用孔內延期的方式進行逐孔起爆,孔間延期時間為25ms,排間延期時間為65ms,具體如圖2所示。

圖2 深孔爆區起爆網路連接示意圖

3 安全防護措施分析

本工程實施過程中主要存在雨水侵蝕形成的坍塌、滑坡和爆破造成的滾石等安全隱患。因此,為消除隱患,需做好以下幾個方面的安全措施:

(1)在邊坡頂增設安全防護網,即沿陡巖縱向鉆鑿深約0.5m的Φ38mm鉆孔,間距10-15m,插帶環的Φ25mm螺紋鋼筋,外露高度不小于1.5m,用上中下三根安全繩連接,并內掛牢安全網,在爆破網路聯接完成后,可拆除安全防護網,以重復使用;

(2)作業人員鉆孔、裝藥過程中要系好安全繩或安全帶以防止人員跌落;

(3)鉆孔時配備防止鉆機高處掉落的安全保護鋼繩;

(4)處理困難特殊部位時,利用反鏟挖掘機配合施工;

(5)在陡坡下部平緩地段開挖3至4道阻隔溝,溝外堆置攔碴坎或擋土墻,防止滾石造成人員傷亡和財產損失。

4 爆破效果

現場爆破過程中,在相鄰危巖體上進行爆破振動檢測,及時校正爆破設計的合理性,以防止爆破過程中危巖體受爆破振動影響出現滾落,威脅危巖體后沿居民安全。

分別在深孔爆破、減弱控制爆破時對危巖體爆破振動進行監測,如圖3所示。爆破振動檢測結果統計見表3所示。在深孔爆破時,單響藥量為79kg,距爆心最小距離為22.5m,監測得到最大爆破振動為1.87cm/s;減弱控制爆破時,單響藥量為24kg,距爆心最小距離為8.5m,監測得到最大爆破振動為4.04cm/s-1。通過監測結果可以發現,深孔爆破及減弱控制爆破時,危巖體爆破振動數據小于允許的8cm/s-1,且危巖體未發生滾落,爆破參數設計合理。

危巖體進行爆破,陡崖體爆破碎石均落入危巖體后沿的阻隔溝內,未對附近的建構筑物造成影響,證明防護措施安全可靠。

圖3 爆破振動監測圖

表3 爆破振動監測結果

5 結論

(1)根據危巖體的實際情況,將高陡邊坡劃分為三類爆區,即深孔爆破區、減弱控制爆破區及危巖體爆破區,其中深孔爆破區設計單耗為0.45kg/m3,單響藥量為79kg;減弱控制區設計單耗為0.35kg/m3,單響藥量為24kg;危巖體爆區設計單耗為0.05kg/m3,爆破效果較好。

(2)為控制危巖體爆破時滾石的影響,采取了一些列措施:邊坡頂增設安全防護網、作業人員系安全繩、設備配備安全保護鋼繩及設置阻隔溝等,有效防止滾石對周邊居民區的影響。

(3)通過爆破振動監測數據發現,深孔爆區及減弱控制爆區爆破時,危巖體最大爆破振動分別為1.87cm.s-1、4.04cm.s-1,爆破振動在允許范圍內,且爆破過程中危巖體未滾落;危巖體爆破時,滾石均落入阻隔溝內,未對周邊居民造成影響,驗證了爆破設計較合理。