核桃山臨近管道場地平整工程控制爆破實踐

王廣成 陳能革 林震源 崔正榮 李二寶

（1．安徽馬鋼礦業資源集團有限公司；2．安徽馬鋼礦業資源集團南山礦業有限公司；3．馬鞍山礦山研究院爆破工程有限責任公司；4．中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司）

在爆區邊緣100 m范圍內有居民區、大型養殖場或重要設施的環境中，采取控制有害效應措施的爆破作業稱為復雜環境爆破作業［1-4］。針對復雜環境下的爆破工程，陳小俊［5］在某廢棄礦山綜合治理場地平整爆破工程設計方案中運用了孔內微差起爆方法，在保護對象周圍打不裝藥的雙排防振孔，實施預裂爆破，減弱爆破振動影響；李德柱［6］在大連市南部濱海大道隧道工程三標段控制爆破工程中采用電子雷管控制爆破技術，達到了很好的降噪抗擾動效果；唐小軍等［7］針對城市巖土爆破中的飛石危害，主要依據地形因素，提出了針對性的控制措施。然而，鑒于爆破技術及周邊環境復雜，不同工程特點很難一概而論。本研究以核桃山場地平整工程為背景，針對施工區北側3 m的燃氣管道提出控制爆破技術方案，并設計具體的爆破設計參數及安全技術措施。

1 工程概況

核桃山場地平整區位于安徽省馬鞍山市主城區西北方向，至馬鞍山市城區直距約5 km。區內屬沿江丘陵地貌，多為起伏不大的小山丘，地勢南高北低，其中最高標高為78.56 m，最低標高為12 m，開挖區核桃山西側、西南側和西北側有邊坡，西側邊坡最大高度約為50 m，邊坡角約為49°，未留設平臺，整體為一面坡；西南側邊坡最大高度約為24 m，邊坡角約為45°，未留設平臺；東北側邊坡最大高度約為28 m，邊坡角約為45°，未留設平臺。

施工區北側約3 m處有4根燃氣管道，為本次爆破開挖施工重要保護對象，主要有直徑2 000 mm高爐煤氣管道，煤氣管道上方是直徑分別為50，100和200 mm的氫氣、氧氣和氮氣管道，見圖1。

2 控制爆破方案制定

2.1 爆破振動分析

根據現場探勘分析，確定4根管道為本次爆破區域范圍內的重點保護對象。《室外給水排水和燃氣熱力工程抗震設計規范》（GB 50032—2003）規定：抗震設防烈度為6度及高于6度地區的室外給水、排水和燃氣設施，必須進行抗震設計。馬鞍山市抗震設防烈度為6度，考慮爆破情況及周邊工業建筑物和管道等情況，選取的安全允許振動速度為3.5 cm/s。

根據設計選取的安全允許振動速度值，采用薩道夫斯基公式計算爆破施工時的最大段藥量［8-10］：

式中，Q為一次爆破最大單段藥量，kg；R為被保護物至爆區距離，m；K和α為與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數，根據《爆破安全規程》，K、α值按照表1選取。

結合核桃山巖性特點，本次控制爆破區域巖性屬中硬及以上巖石［11-14］，取K=200，α=1.7。根據爆破振動對被保護對象影響的判據，計算出距被保護對象不同距離的最大段允許藥量（表2）。

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根據以上計算結果，以管道保護對象為基點，對核桃山場地范圍進行爆破規劃分區，其中距離管道10 m范圍內不使用爆破挖掘，而采用機械開挖方式；距離管道10～25 m采用小臺階小孔徑微差控制爆破方案，并配破碎錘進行機械開挖；距離被保護對象25～53 m采用正常臺階小孔徑爆破方式開采，并配破碎錘進行機械開挖；在53 m以外采用常規爆破方式開采，大塊采用機械破碎。

2.2 爆破參數選擇

考慮到場地爆破的具體要求和情況，本次爆破選用條形乳化炸藥，精細爆破區單位炸藥消耗量q平均取0.20 kg/m3，微震爆破區平均取0.40 kg/m3。在現場施工過程中根據實際情況可進行二次調整。

為確保施工進度且能控制單段最大炸藥量，本次設計采用潛孔鉆機鑿垂直鉆孔，采用能量分布比較均勻的三角形布孔。為克服臺階底部巖石對爆破的阻力，炮孔深度L適當超出臺階高度H，超深h根據下式確定。

式中，h為炮孔超深，m；H為臺階高度，m。

采用連續裝藥結構。裝藥前，仔細檢查和測量炮眼，清除孔眼內雜物；裝藥時，需用竹竿或鉤繩將藥卷推送或吊至炮眼內的設計位置，要防止雷管從藥卷中脫落。藥卷裝好后進行填塞，采用穿孔時產生的巖粉和土進行填塞（剔除石塊）；在填塞過程中，應注意保護好導爆管使其不受到損壞或擦破。

各分區爆破參數見表3［15-18］。

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2.3 安全技術措施

為實現安全施工，確保施工嚴格按照設計進行，特制定相應的安全技術措施如下。

（1）優化起爆網絡，合理選擇起爆順序和起爆時差。通過選擇合適的起爆順序和起爆時差來控制最小抵抗線的方向，創造新的臨空面，改變爆破拋擲方向，以控制爆破飛石的危害。

（2）高度重視前排炮孔臨空面的薄弱部位。前排炮孔的臨空面形狀往往凹凸不平，若有局部抵抗線很小，薄弱部位易于形成沖炮，使炮孔抵抗線方向的飛石距離加大。因此，在布置前排或有張開裂隙通過炮孔，或臨空面一側有溶洞時，應避免將炮孔布置在這些薄弱部位上；若發現鉆好的炮孔在這些薄弱部位，則應適當減少該孔的裝藥量或采取局部不裝藥，并用填塞物充填。

（3）保證填塞質量。嚴格按照爆破設計及《爆破安全規程》（GB 6722—2014）要求進行填塞作業，填塞時用竹竿輕輕搗實，不得間斷，保證炮孔的填塞長度和質量，以有效控制飛石對被保護對象等的損害。

（4）采用液壓挖掘機配破碎錘破碎大塊，嚴禁采用爆破法進行大塊的二次破碎作業。

（5）爆破作業期間開展爆區的爆破振動監測工作，根據現場監測數據獲得實際的K、α值，在后續的作業中調整爆破孔網參數，控制最大單段藥量，將爆破振動強度控制在安全允許振動范圍內。爆破前對周邊居民住宅進行調查，確保爆破前后不會對周邊居民住宅造成損壞。

（6）加強粉塵和噪音等危害效應的監測監控，確保將危害降低至國家允許范圍內。

（7）本爆破工程應設立指揮部，統籌安排設計施工及善后工作；設計前應對爆區周圍人員、地面和地下建（構）筑物及各種設施分布情況等進行詳細地調查研究，爆破前還應進行復核。

（8）爆破孔深限制在本次設計要求之內，并嚴格控制鉆孔偏差。

（9）采用高精度毫秒延時爆破，并嚴格控制可能發生的段數重疊；按環境要求限制最大單段爆破藥量，并采取必要的減振措施。

（10）填塞長度不小于最小抵抗線。

（11）起爆網路由有經驗的爆破員連接，并經爆破工程技術人員檢查驗收。

（12）每次爆破應編制單體爆破設計，并經批準后實施。

3 工程實踐

爆破作業后，提取保護對象振動監測點數據，與安全允許振動速度進行對比，并分析爆破方案土巖爆破效果情況。分析得出，本次爆破振動監測顯示保護對象爆破振動速度值為0.189 cm/s，遠遠小于安全允許振動速度3.5 cm/s，且土巖爆破爆破效果良好，爆堆朝自由面方向拋擲6 m左右，形態良好，便于鏟裝運輸，大塊率低于6%，未見根底。振動監測波形圖見圖2。

4 結 語

對臨近重要保護對象進行踏勘分析，確定其安全允許振動速度，采用薩道夫斯基振動預測公式推導出不同距離處安全允許最大段藥量，據此提出多臺階、多工作面深孔分區控制爆破技術方案。其中10 m內采用機械方式進行開挖；10～25 m采用小臺階小孔徑控制爆破方案，25～53 m采用正常臺階小孔徑控制爆破方案，53 m以外采用常規爆破方案。本方案對于復雜環境下場地平整工程的爆破作業有良好的借鑒意義。