露天礦凍土爆破技術研究

謝學之

摘要：為了研究高原地區(qū)的土木工程建設施工中凍土問題對于最終建設的影響。本文以筆者中國水利水電第十工程局有限公司多年工作經驗，在筆者實際工作中總結經驗性參數(shù)，全面表征露天礦凍土爆破過程中的難點和問題。為同行提供建設性意見。

關鍵詞：露天；凍土；爆破；開挖

1引言

高原地區(qū)的土木工程建設施工需要克服地形地貌和自然環(huán)境的限制。其中凍土影響對于施工過程的土方開挖和地基穩(wěn)固具有重要重要。其中較厚的凍土層選用爆破開挖技術效果相當較好。在此施工階段進行合理的爆破布控和鉆孔機械的運用能確保爆破效果和安全性最優(yōu)。在此本文以筆者中國水利水電第十工程局有限公司多年工作經驗，在筆者實際工作中總結經驗性參數(shù)，全面表征露天礦凍土爆破過程中的難點和問題。為同行提供建設性意見。

2凍土特性

土壤是氣、液、固多重成分互為擾動而組成的。機理上具有復雜性，組成上具有變化性。而凍土的成分更加復雜。廣義理解為礦物顆粒、冰、未凍水和氣體的四相體固態(tài)穩(wěn)定物，其構造具有規(guī)律性，力學特性上具有固定性，需要注意由于冰的膠結作用最終作用形成了凍土和凍結土的不同力學特性。按照化學組成機理劃分，冰的膠結力學特性最終因為溫度的不同而誘發(fā)強度變化，但是其強度不會因為溫度的降低而無限變大，根據(jù)室內試驗核算，凍土在溫度降低到一定時其強度會趨于穩(wěn)定，其中含水量與強度成正比，并最終和純冰強度持平。自然界中由于環(huán)境溫度的變化與人類活動的干擾，其凍土層中的水分會進行周期性變化，所以不同時段不同區(qū)域的凍土的性質和強度不一致。甚至出現(xiàn)較大的塑性交融特征。在此前提下相關技術人員應進行長效土壤室內試驗研究，在充分了解自然變化規(guī)律的同時有效運用勘察手段對施工區(qū)凍土進行取樣分析。并依據(jù)前期研究結果模擬出整體施工區(qū)域的強度變化規(guī)律。為后續(xù)的爆破工序提供力學參數(shù)保障，充分避免爆破后的根底、孔間未破碎誘發(fā)的隔墻和整體大塊率高等一系列問題。

3凍土爆破的困難性

目前凍土開挖方法一般分為破碎法和融化法。破碎法有人工挖掘、機械開挖和爆破開挖三種。其中凍土爆破具有工時快、時效好、成本省的特點，但是具體實施困難性還是存在的。

（1）凍土爆破與凍土本身阻力的關系。凍土所處的環(huán)境溫度和自身含水量能有效影響凍土的最終強度，該種力學特性極大阻礙著凍土的爆破效果。其中如若凍土溫度降低，土壤因為其塑性物質的力學特性，其抗機械破壞力會變強。如若含水量增多，摩擦力會起到主導阻礙，直接強化土層的抗剪強度。所以無論何種前提條件都要進行相關分析，將凍土的爆破阻礙降至最低。

（2）凍土具有較強的抗機械破壞力。不同前提下的凍土結構對爆破程度的阻礙不一致。其中在機械鉆孔階段由于刀具與凍土強度的關系，凍土層垂直面的爆破過程中，其力學特性表征認為從凍土上切割下來的土塊層厚度相當于兩層相同凍土的厚度。對刀具要求增高，當部署孔洞無法達到預定深度時，最終爆破效果影響性較大。

4凍土爆破技術運用分析

與普通巖土相比，高原多年凍土具有明顯的力學特性。此外，高原多年凍土的施工環(huán)境惡劣，在成孔爆破過程中易出現(xiàn)回淤、融化下沉、生態(tài)破壞等問題。因此，為了達到最終的施工目標，有必要在總結分析的基礎上提出多年凍土爆破開挖的原則，以達到鉆孔、爆破、開挖安全協(xié)調、高效施工的目的。具體原則為：

（1）快速施工。凍土爆破開挖施工中，應盡量減少每個施工環(huán)節(jié)的作業(yè)時間，加快作業(yè)速度，做好鉆孔、裝藥、堵塞、起爆等一系列工序的協(xié)調工作，并對已有工作面進行保溫，防止熱融病害。

（2）確定合理爆破規(guī)模。不同于一般土巖爆破追求的大土方量爆破規(guī)模，凍土爆破應采取合理的規(guī)模。具體可表現(xiàn)在：路塹開挖以凍土暴露時間最短為原則，根據(jù)挖深和長度調整，分層分段施工；橋梁基坑開挖應在開挖后盡快進行基礎施工；隧道開挖應與支護施工緊密銜接。

（3）采用先進的施工技術。為了獲得凍土開挖的最佳爆破效果，除了鉆孔設備和爆破器材的合理選擇以外，應提高爆破施工技術。可根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況，確定合適的爆破方案；采用淺孔爆破與深孔爆破結合的綜合爆破方法；優(yōu)化爆破參數(shù)，盡量做到一次爆破開挖成型。

以筆者中國水利水電第十工程局有限公司青藏高原露天礦凍土爆破實際工作為例。做時效經驗總結下的運用技術分析。

以青藏高原凍土爆破施工為例。春夏季青藏高原白天氣溫回升，凍土出現(xiàn)凍融現(xiàn)象。穿孔、爆破難度增大，效果不好主要影響原因，白天氣溫逐漸回升，鉆孔成孔困難，氣溫回升后，由于凍融現(xiàn)象，凍土部分融化成泥漿導致無法成孔。已經成孔的孔內積水，并加快孔口坍塌，從而導致孔深不足或者孔口堵塞，影響爆破質量或者無法裝藥。從而影響開采進度，增加人工設備成本。

解決方法：1、時間控制方面。鉆孔時間應該在下午太陽落山后氣溫降低，凍土層重新凝固堅硬后方能鉆孔，至次日清晨；爆破時間，應盡量控制裝藥及爆破在上午進行，從而確保成孔及裝藥（凍土還未融化，成孔快，不塌孔）2、鉆孔設備方面。盡管露天礦山應盡量采用牙輪鉆鉆孔更加高效及節(jié)約成本，但是考慮安全及爆破質量（爆破時凍土層強度及整體性已然不高），為避免牙輪鉆機在凍土層上鉆孔及行走是安全（怕土層強度不足導致鉆機側翻）及爆破安全（減小單孔裝藥量，防止爆破意外事故），綜合考慮使用鉆孔孔徑140mm潛孔鉆機。同時盡量一次性調動多臺鉆機同時作業(yè)，以保證單次爆破量。3、爆破施工方面。裝藥方式。采用分層裝藥，盡量使爆破能量均勻分散，（只裝孔底容易導致頂部出現(xiàn)超大塊的情況：厚度達一米，面積三五十乃至一百平米）；保證填充質量。填充不到位或者填充物不合理極易沖孔，安全隱患大，質量控制不好。

5結語

綜上所述，凍土地區(qū)的礦建、道路施工等工作要進行現(xiàn)場地形地貌和自然環(huán)境的充分考察。在充分了解地質情況的前提下進行溫度、濕度和多重因素誘導下的凍土特性分析。并進行凍土爆破的室內實驗，最終誘導施工方進行凍土爆破規(guī)模、爆破鉆孔機械的正確選擇。高效而低成本的進行相關施工的過程化管理。

參考文獻

[1]高克智. 露天礦凍土爆破技術探究[J]. 露天采礦技術，2013（3）：24-25.

[2]楊仁樹，張萬里. 霍林河露天礦凍土爆破試驗研究[J]. 煤炭科學技術，1997（6）：30-32.

[3]王萬富，劉殿書，黃永輝，et al. 海拉爾季節(jié)性凍土爆破參數(shù)試驗研究[J]. 工程爆破，2013，19（5）：21-24.

[4]馬英. 西藏嘉黎縣蒙亞啊露天礦高原凍土爆破剝離淺析[J]. 有色礦冶，2008，24（4）：17-18.

（作者單位：中國水利水電第十工程局有限公司一分局）