方 義

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局327地質(zhì)隊(duì)，合肥 230011)

隨著城市化的發(fā)展，一些廢棄的露天礦山周圍土地陸續(xù)被開發(fā)，要求對(duì)這些廢棄礦山進(jìn)行場(chǎng)地平整和災(zāi)害治理。這些廢棄礦山周邊大多存在已建成的建(構(gòu))筑物，造成爆破環(huán)境復(fù)雜，一般采用機(jī)械破碎或靜態(tài)破碎的方法進(jìn)行施工。此法雖然安全可靠，但會(huì)導(dǎo)致工期滯后、施工成本增加，同時(shí)伴有大量的噪音，難以滿足實(shí)際的需求。在實(shí)際施工中，當(dāng)距離保護(hù)物較遠(yuǎn)時(shí)，一般使用深孔爆破，通過合理精細(xì)的控制，實(shí)現(xiàn)快速開挖的目的。當(dāng)距離保護(hù)物太近時(shí)，一般使用淺孔爆破，可以通過開挖減振溝槽及實(shí)施預(yù)裂爆破來控制爆破振動(dòng)危害。李金鑄等[1]采用淺孔臺(tái)階爆破、二次爆破及樁孔爆破相結(jié)合的方案實(shí)施控制爆破，取得了理想的效果。李洪偉等[2]分別采用深孔和淺孔控制爆破技術(shù)，分段分區(qū)分臺(tái)階的爆破方法，通過現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)反饋，對(duì)復(fù)雜環(huán)境的巖石爆破進(jìn)行研究。歐玉峰等[3]使用普通毫秒導(dǎo)爆管雷管控制延時(shí)時(shí)間，采用柱狀間隔裝藥，有效地控制了爆破飛石和爆破振動(dòng)危害。曹祺等[4]研究了底部空氣柱裝藥條件下的爆破振動(dòng)控制。王丹丹等[5]通過在保護(hù)對(duì)象附近進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)，證明電子雷管起爆網(wǎng)路爆破產(chǎn)生的最大振速小于導(dǎo)爆管網(wǎng)路爆破產(chǎn)生的振速。蘭小平[6]通過實(shí)驗(yàn)研究了數(shù)碼電子雷管逐孔起爆網(wǎng)路延時(shí)時(shí)間不能無限縮小,應(yīng)大于某一個(gè)臨界值。

本文結(jié)合某廢棄礦區(qū)場(chǎng)地平整項(xiàng)目，采用淺孔控制爆破，通過使用數(shù)碼電子雷管精準(zhǔn)控制延時(shí)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)分層延時(shí)，逐孔起爆。同時(shí)對(duì)爆破作業(yè)面進(jìn)行防護(hù)、布設(shè)減振孔控制爆破振動(dòng)和爆破飛散物，取得了較好的效果，可為同類工程的施工提供一些參考。

1 工程概況與難點(diǎn)分析

1.1 工程概況

該項(xiàng)目占地約153畝，主要是對(duì)項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)山體進(jìn)行爆破開挖及場(chǎng)地平整。施工區(qū)域內(nèi)地層由灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r組成，青灰色，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，山體陡峭。施工區(qū)域長約300 m，寬約270 m，最大開挖深度為30 m。東面有零星自建民房，距離開挖邊界112 m；南面有一居民小區(qū)，距開挖邊界10 m；西面為市區(qū)道路，道路邊有高壓線，距離開挖邊界23 m；北面為荒地。爆區(qū)周圍環(huán)境特別復(fù)雜(見圖1)。

1.2 難點(diǎn)分析

1)爆破區(qū)域距離小區(qū)最近處僅10 m，距離公路最近處僅23 m，故需控制爆破振動(dòng)對(duì)保護(hù)物造成的影響。一般情況下爆破振動(dòng)的控制標(biāo)準(zhǔn)，主要參照《爆破安全規(guī)程》中相關(guān)內(nèi)容[7]，但對(duì)于多次爆破，還要考慮建(構(gòu))筑物的累計(jì)損傷作用[5]。故在實(shí)際中，對(duì)爆破振動(dòng)的控制，應(yīng)留有一定的余量，才能確保建構(gòu)筑物的安全。

2)因距離小區(qū)最近處僅10 m，爆破飛散物很容易對(duì)小區(qū)造成危害，因此施工中須采用炮被覆蓋方式進(jìn)行防護(hù)。

2 方案設(shè)計(jì)

綜合考慮安全和工期，結(jié)合周圍環(huán)境，所選爆破方案要能控制爆破振動(dòng)、爆破飛散物，確保周圍建(構(gòu))筑物、人員及設(shè)備安全。本著先易后難的原則，前期在遠(yuǎn)離保護(hù)物的位置進(jìn)行爆破開挖，先中間后周邊，開挖順序如圖2所示。在爆破區(qū)域內(nèi)部地形較低處，開挖溝槽，并擴(kuò)挖形成運(yùn)輸?shù)缆?，形?～4個(gè)工作面，沿工作面向后推進(jìn)，為后續(xù)爆破創(chuàng)造條件。

在開挖到距離南面小區(qū)約15 m時(shí)，巖石異常堅(jiān)硬，勘察報(bào)告顯示，巖石層厚1.70～4.40 m，巖芯呈柱狀，節(jié)理、裂隙不發(fā)育，飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為117.90 MPa。嘗試使用大型破碎錘，結(jié)果每小時(shí)破碎石方不足0.1 m3，無法滿足進(jìn)度要求。實(shí)施預(yù)裂爆破時(shí)，只能實(shí)現(xiàn)2孔或3孔起爆，預(yù)裂效果不佳。在對(duì)情況綜合分析之后，采用淺孔控制爆破方法，通過使用數(shù)碼電子雷管來精準(zhǔn)控制延時(shí)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)分層延時(shí)，逐孔起爆。同時(shí)對(duì)爆破作業(yè)面進(jìn)行防護(hù)、布設(shè)減振孔控制爆破振動(dòng)和爆破飛散物。

2.1 最大段裝藥量核算

最大段裝藥量一般用薩道夫斯基公式計(jì)算[7]：

式中：R為爆破振動(dòng)安全允許距離，m；Q為最大一段藥量，kg ；v為保護(hù)對(duì)象所在地安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s ；不同的建(構(gòu))筑物，其質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度不同，取一般民用建筑在淺孔爆破的頻率下，最大允許振速為2.0～3.0 cm/s，這里考慮到極限情況，取其安全允許振速為v=2.0 cm/s。K、α為爆破質(zhì)點(diǎn)到保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，巖石為堅(jiān)硬巖石，取K=160，α=1.6。根據(jù)實(shí)際保護(hù)物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過式(2)計(jì)算出爆源中心R為10、15 m處的一次最大段別裝藥量Q分別為0.27、0.91 kg。

2.2 淺孔爆破參數(shù)

爆破的挖深約在1～7 m之間，分層開挖。當(dāng)挖深≤2 m時(shí)，一次爆破成型。當(dāng)挖深為2～7 m時(shí)，分臺(tái)階爆破施工，臺(tái)階高度H=2 m。以2 m臺(tái)階為例，鉆孔孔徑為50 cm，炸藥單耗為k=0.35 kg/m3，爆破主要參數(shù)如表1所示。

表1 距民房10 m處爆破參數(shù)

采用垂直鉆孔方式，梅花型布孔，布孔方式如圖3所示。

采用分層不耦合裝藥結(jié)構(gòu)(炸藥直徑32 mm，炮孔直徑50 mm)，每孔裝藥分3層，從上往下依次為，第1層裝藥量0.20 kg，第2層裝藥量0.25 kg，第3層裝藥量0.25 kg，中間用炮泥填塞30 cm，孔口填塞100 cm，孔底空氣間隔20 cm。裝藥結(jié)構(gòu)如圖4所示。

普通毫秒延時(shí)導(dǎo)爆管雷管的延時(shí)精度不佳，前15段雷管延時(shí)誤差范圍達(dá)到10～120 ms，而數(shù)碼電子雷管的延時(shí)精度達(dá)到1 ms。經(jīng)研究證明，在延時(shí)爆破中，使用數(shù)碼電子雷管產(chǎn)生的振動(dòng)，要小于使用普通毫秒延時(shí)導(dǎo)爆管雷管產(chǎn)生的振動(dòng)[5]。電子雷管網(wǎng)路一次性起爆，孔內(nèi)雷管均在激發(fā)狀態(tài)，無需考慮因延時(shí)導(dǎo)致的地表起爆網(wǎng)路損壞問題，但應(yīng)考慮孔內(nèi)激發(fā)后的雷管在前爆孔爆破造成的擾動(dòng)下仍能保持延時(shí)精準(zhǔn)，所以選擇具有較強(qiáng)抗振性的數(shù)碼電子雷管[9]。與普通延時(shí)雷管相比，數(shù)碼電子雷管具有性能優(yōu)良、操作便捷及安全性好，延時(shí)精度高等優(yōu)點(diǎn)。

數(shù)碼電子雷管延時(shí)時(shí)間可在0～16 000 ms內(nèi)自由設(shè)置，因此利用數(shù)碼電子雷管延時(shí)設(shè)置的任意性，對(duì)孔內(nèi)各層裝藥的起爆時(shí)間進(jìn)行延時(shí)，實(shí)現(xiàn)從上至下，逐層起爆。數(shù)碼電子雷管的延時(shí)時(shí)間間隔的選取，對(duì)爆破效果的控制尤為重要。延時(shí)時(shí)間過小，不易形成新的自由面；延時(shí)時(shí)間過大，先爆巖石拋擲后落下，阻礙后爆炮孔巖石的移動(dòng)。根據(jù)相關(guān)研究，選取孔內(nèi)分層延時(shí)為5 ms，孔間延時(shí)為5 ms，排間延時(shí)為47 ms[6]。

該爆破方法的特點(diǎn)是使各炮孔內(nèi)的藥包依次起爆，通過減小一次起爆藥量, 來控制爆破振動(dòng)對(duì)周邊建(構(gòu))筑物的影響。起爆網(wǎng)路如圖5所示。

2.3 減振措施

1)根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，孔底間隔空氣柱裝藥方式對(duì)控制爆破振動(dòng)有一定效果?？椎资褂猛鈴?0 mm的PVC管做為空氣柱。

2)采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，即利用炸藥和孔壁間空隙以緩沖爆破能量，也可有效減少爆破振動(dòng)。

3)對(duì)每次爆破進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)校核爆破振動(dòng)計(jì)算，摸清爆破振動(dòng)在該地質(zhì)環(huán)境下的傳播規(guī)律，指導(dǎo)爆破施工。

4)在靠近小區(qū)及公路邊緣布設(shè)2排減振孔，減振孔寬度大于保護(hù)物寬度，深度低于設(shè)計(jì)高程1 m，孔徑115 cm，孔距30 cm，排距30 cm，交錯(cuò)型布孔。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，雙排減振孔可以有效減弱爆破振動(dòng)的傳播，減小爆破振動(dòng)對(duì)小區(qū)內(nèi)建(構(gòu))筑物的影響。

2.4 爆破飛散物防護(hù)措施

根據(jù)爆破安全規(guī)程，爆破飛散物的飛行距離計(jì)算為[7]

R=20Kn2W

式中：R為爆破飛石安全距離，m；K為地形系數(shù)，一般取1.0～1.5，此處K取最大值1.5；n為爆破作用指數(shù)，取0.7；W為最小抵抗線，W=1 m；

經(jīng)計(jì)算R=14.7 m。該值大于爆區(qū)距離小區(qū)的最短距離。為防止爆破飛散物對(duì)民房小區(qū)、市區(qū)道路造成影響，對(duì)距保護(hù)物60 m以內(nèi)的爆破體進(jìn)行直接防護(hù)。在起爆炮孔之上放置一些沙袋，空隙處用稻草捆(直徑30 cm左右)鋪滿。在上面鋪2層專用炮被(廢舊礦用橡膠輸送帶，規(guī)格1.5 m×1.5 mm)，炮被排列緊湊，縱橫交錯(cuò)，不留空隙。炮被之間用12號(hào)鐵絲連接成整體，邊坡外側(cè)橡膠帶要垂下。第2層炮被上面覆蓋3層袋裝黃土(見圖6)，最上面覆蓋建筑用安全網(wǎng)，以阻擋飛石溢出，所有的覆蓋物超出爆破邊緣3.0 m。

3 結(jié)果與討論

每次爆破40～60個(gè)孔，爆破后爆堆隆起，裂縫發(fā)育明顯，反鏟挖運(yùn)的速度明顯提升。每日開挖約200 m3石方，8天共完成1 200 m3開挖石方。在爆破實(shí)施過程中，爆破振動(dòng)和爆破飛散物都得到了有效控制。經(jīng)檢查，小區(qū)內(nèi)路面、墻體未見裂縫、脫落現(xiàn)象。起爆網(wǎng)路安全可靠，無盲炮產(chǎn)生。通過對(duì)爆區(qū)南面居民小區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)振動(dòng)監(jiān)測(cè)，每次爆破振動(dòng)均滿足控制要求，監(jiān)測(cè)振動(dòng)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

該項(xiàng)目表明使用淺孔控制爆破方法，通過使用數(shù)碼電子雷管來精準(zhǔn)控制延時(shí)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)分層延時(shí)、逐孔起爆對(duì)于在復(fù)雜環(huán)境下開挖堅(jiān)硬巖石具有可行性。

4 結(jié)語

數(shù)碼電子雷管精確度高，安全可靠，在線檢測(cè)方便。通過合理的設(shè)置延時(shí)時(shí)間，可以明顯降低爆破振動(dòng)；爆破工作面覆蓋沙袋和炮被，可以有效控制爆破振動(dòng)和爆破飛散物；地下巖石結(jié)構(gòu)存在變化，導(dǎo)致同樣的最大段別裝藥量的情況下，爆破振動(dòng)速度出現(xiàn)差別。所以每次爆破均需要進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握巖石變化情況，調(diào)整爆破參數(shù)。