王德玲,張成俊,徐海峰

(中煤科工集團淮北爆破技術(shù)研究院有限公司,安徽 淮北235000)

0 引言

在城鎮(zhèn)中進行土石方工程爆破,由于爆區(qū)周邊環(huán)境復雜,工程特點一般工期緊、石方爆破開挖強度大、爆破安全風險高,這就要求爆破施工作業(yè)既要保證爆破后大塊少、塊度均勻,又要保證爆破振動、飛石等有害效應對周圍建筑設施等無損壞。 實際施工過程中,主要考慮安全問題,往往采用減少裝藥量、增加炮孔封堵長度等措施,但爆破后孔口大塊偏多,爆破效果不理想。 工程爆破界對降低孔口大塊率,改善爆破效果和降低爆破振動方面已經(jīng)進行了大量的試驗研究與分析。 空氣間隔裝藥可以減少孔口大塊并降低爆破振動,因此在爆破工程中得到了廣泛應用。

1 工程概況

某垃圾焚燒發(fā)電廠產(chǎn)能提升改造項目進行二期廠區(qū)擴建工程,需將廠區(qū)內(nèi)山體進行爆破開挖清除。 該爆破區(qū)域環(huán)境非常復雜,距爆區(qū)北側(cè)15 m處為發(fā)電廠廠房與棧橋,中心控制室位于廠房內(nèi)部距爆區(qū)邊緣69 m,爆區(qū)西側(cè)63 m 和98 m 處為縣道和高速公路,爆區(qū)西南側(cè)22 m 處為辦公樓,爆區(qū)南側(cè)9 m 處為項目部所在地,如圖1 所示。 待爆山體巖石硬度大,采用常規(guī)手段爆破后,大塊偏多會嚴重制約裝運效率,二次機械破碎工程量、破碎時間以及施工成本將會相應大大增加[1],工程項目將不能如期完工。 另外,隨著開挖的進行,爆破工作面距廠房越來越近,廠房內(nèi)中心控制室設備安全允許振速要求≤0.6 cm/s。 因此,必須采取措施降低爆破振動,以確保發(fā)電廠中心控制室設備安全運行。

圖1 爆區(qū)周圍環(huán)境示意圖

工程采用弱松動逐孔起爆等控制爆破技術(shù),嚴格控制單孔裝藥量,降低爆破振動強度、杜絕產(chǎn)生爆破飛石,保證爆破效果。

大量工程實踐證明,采用空氣間隔裝藥可有效地降低爆破振動和減少大塊率,改善爆破效果[2]。爆破施工中通常選用成品空氣間隔器或者以竹筒、PVC 管等材料自制的空氣間隔器,本工程采用的是材料來源廣泛、價格便宜、操作方便的PVC 管(直徑5 cm)作為空氣間隔器。

2 連續(xù)裝藥與空氣間隔裝藥爆破特點比較

2.1 連續(xù)裝藥爆破特點

1)當炮孔中采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)爆破時,炸藥藥包與孔壁巖石直接接觸,炸藥產(chǎn)生的爆炸沖擊波和爆炸氣體直接作用于孔壁巖石,一般在炮孔孔壁周圍會形成壓碎區(qū),壓碎巖石需要消耗大量能量。 產(chǎn)生壓碎區(qū),代表著炸藥能量的必然浪費。 由于采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),炸藥主要裝填在炮孔中下部,雖然炸藥單耗較大,但是位于孔口堵塞段的巖石卻不能得到很好的破碎。

2)爆破振動主要取決于齊爆藥量,而連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)相對于間隔裝藥結(jié)構(gòu)的單孔裝藥量較大,同樣采用逐孔起爆,連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)爆破振動比間隔裝藥要大。

2.2 空氣間隔裝藥爆破特點

1)空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)爆破的實質(zhì)是通過空氣介質(zhì)改變炸藥藥柱分布情況,降低爆炸沖擊波和爆炸氣體作用于炮孔孔壁的初始壓力,并延長壓力的作用時間。 圖2 為炮孔連續(xù)裝藥與間隔裝藥條件下孔壁壓力P 與作用時間T 的關(guān)系。 因此,間隔裝藥時炮孔周圍不形成破碎區(qū)或者破碎區(qū)范圍明顯減小,在減小了炮孔裝藥量的同時,通過提高炸藥能量有效利用率,達到降低大塊率,保證爆破效果的目的[3]。

圖2 孔壁壓力與作用時間的關(guān)系

2)由于間隔裝藥結(jié)構(gòu)相應減少了炮孔裝藥量,因此達到了降低爆破振動的目的。

3 現(xiàn)場試驗

3.1 試驗方案

在借鑒相關(guān)中深孔臺階爆破工程實踐經(jīng)驗的基礎上[4-9],設計兩套試驗方案,兩套試驗方案孔網(wǎng)參數(shù)一致,主要區(qū)別在于單孔裝藥量和填塞長度的不同,并對兩套試驗方案進行爆后效果比較分析,以選擇最優(yōu)爆破方案,裝藥參數(shù)如表1 所示。

表1 裝藥參數(shù)

試驗方案一:連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),炸藥單耗q =0.42 kg/m3,單孔裝藥量Q=qabH=14.1 kg,取Q=14 kg,即每孔裝7 卷炸藥,炸藥全部從孔底吊裝裝藥長度3.5 m,用巖渣堵塞4.2 m,裝藥結(jié)構(gòu)如圖3(a)所示。

試驗方案二:間隔裝藥結(jié)構(gòu),炸藥單耗q =0.35 kg/m3,單孔裝藥量Q=qabH=11.8 kg,取Q=12 kg,即每孔裝6 卷炸藥,孔底先吊裝4 卷炸藥(8 kg),裝藥長度2 m;接著放入直徑為50 mm 的PVC 管長1.2 m;然后再把剩余的2 卷炸藥(4 kg),裝藥長度1 m;最后用巖渣堵塞3.5 m,裝藥結(jié)構(gòu)如圖3(b)所示。

圖3 裝藥結(jié)構(gòu)

3.2 爆破振動和效果比較

在發(fā)電廠廠房中心控制室內(nèi)用拓普NUBOX-6016 型測振儀進行振動監(jiān)測。 試驗方案一實測最大爆破振速為0.445 cm/s ,試驗方案二實測最大爆破振速為0.327 cm/s, 比試驗方案一最大爆破振速降低了26.5%。 雖然兩套試驗方案的爆破振速均小于規(guī)定的0.6 cm/s,爆破振動對中心控制室設備無影響。 但是,試驗方案二對于加深炮孔深度和增加裝藥量的提升空間要明顯優(yōu)于試驗方案一,實測爆破振速如圖4 和表2 所示。

圖4 爆破振動對比

表2 連續(xù)裝藥與間隔裝藥爆破振動對比

爆破后經(jīng)現(xiàn)場檢查,試驗方案一爆破后爆堆表面有明顯大塊,爆后效果如圖5 中(a)圖所示;試驗方案二爆后效果較好,塊度較均勻,基本無大塊,爆后效果如圖5 中(b)圖所示。 由于爆區(qū)均采用沙袋蓋孔加上炮被雙層覆蓋,兩套試驗方案飛石控制良好。

圖5 爆后效果

雖然試驗方案二要比試驗方案一每個炮孔多消耗2 發(fā)毫秒導爆管雷管,操作工藝也比試驗方案一要復雜,但是采用試驗方案二時單孔裝藥量比試驗方案一減少2 kg,2 kg 乳化炸藥價格與2 發(fā)毫秒導爆管雷管加上PVC 管價格相差不大,即兩套試驗方案消耗的爆破器材費用基本相等;由于爆破后試驗方案二大塊比試驗方案一要明顯要少,機械破碎工程量和消耗的時間大幅降低。 因此,試驗方案二總體經(jīng)濟效益要明顯優(yōu)于試驗方案一。

4 結(jié)論

試驗證明,在巖石性質(zhì)、爆破器材、孔網(wǎng)參數(shù)一定的條件下,采用PVC 管間隔裝藥結(jié)構(gòu)提高了炮孔的裝藥高度,降低了炮孔單孔裝藥量;延長了爆炸應力波對巖石的作用時間,減少了孔口段大塊,提高了爆破效果,大大降低了爆破開挖成本,取得顯著的經(jīng)濟效益,可為類似工程爆破施工提供借鑒。