复杂环境下的浅井控制爆破技术

2005/9/14 11:49:08

　　摘　要　在距建筑物仅15m的情况下，利用控制爆破技术，顺利地完成了1个φ12.1m和2个φ5.2m的浅井爆破施工，并有效地将爆破地震波、飞石及空气冲击波等危害控制在安全范围之内。爆破效果比较好。

　　关键词　控制爆破　爆破参数　浅井施工

1　工程概况

　　本工程为某公司基础工程3个浅井的爆破开挖。3个浅井位于公路边山坡脚下，东边距公路仅20m，北边距职工食堂不足20m，南边距生产车间15m，西边为一山包。工程环境较复杂，周围所有建筑物均为砖混结构，此外，沿公路(南北向)有架空的照明、动力和通讯电缆通过，因此，本工程爆破施工时必须严格控制爆破地震波、飞石及空气冲击波可能造成的危害，以确保周围一切建筑物及设施的安全。
　　该工程大井石方量为1 092m³，两小井石方量为298m³，共需爆破的石方量约1 390m³。大井净直径10m，掘进直径12.1m，掘进断面积约115m²，深度9.5m，双层井壁，外井壁为厚700mm的素混凝土，内井壁为厚350mm的钢筋混凝土结构。两小井的净直径4.5m，深度均为7.0m，井壁为厚350mm的钢筋混凝土结构。两小井在大井两侧近似对称布置。
　　3个井的地层岩石由早侏罗纪变质岩和燕山早期侵入的辉绿岩组成，有3组发育的构造裂隙将岩石切割成块状。地表基岩外露，由浅入深岩石的风化程度减弱。其中，强风化层岩石厚约2.9m，弱风化层岩石厚约3.2m，微风化层岩石厚约1.8m。

2　施工方法

　　浅井施工采用光面爆破法。由于地理位置特殊，还需要采取一些特殊的方法和措施来控制爆破时可能产生的危害。由于井浅、工程量小，采用1台6m³和1台9m³柴油移动式空压机供风，钻眼仍采用煤矿常用的YT-24型风钻、φ38mm一字形钎头；装岩选用的是臂长15m、斗容1m³的WY-160型液压挖掘机，4t解放牌自卸汽车运矸。
　　永久支护是由甲方自行施工的。施工时由于岩层稳定未采取临时支护，也未做临时锁口。

2.1　爆破方案及其参数的确定
　　采用毫秒微差减弱松动控制爆破方案。毫秒微差爆破，主要是为了减震和降低空气冲击波强度，其最大一段药量Q的正确计算是控制爆破地震波的关键因素，且决定着雷管的选用和爆破网络的设计；减弱松动爆破主要是为了控制飞石，其重要参数为每m³岩石炸药消耗量，即单耗K₀。该参数关系着每孔装药量的正确计算。
2.1.1　微差爆破最大一般药量Q的计算
　　根据GB6722—86《爆破安全规程》的规定，砖混结构建筑物地面质点的安全震动速度应小于2～3cm/s,其允许的微差爆破最大一段药量Q为

(1)

式中：v为被保护建筑物允许的地震安全速度，因距离较近取v=2cm/s；K，α分别为与爆破点地质、地形有关的系数和衰减指数，查表得K=150，α=1.8；R为装药距最近被保护建筑物的距离，R=15m。
　　经计算得Q=2.53kg。

2.1.2　减弱松动爆破单耗K₀的确定
　　K₀是根据岩石的性质、构造凭经验或查表选取，较保险的做法是试炮确定。本浅井爆破取K₀=0.3～0.5kg/m³。在强风化岩石段取下限，随着风化程度的减弱可逐渐加大。但每一炮都必须以上一炮的效果来校验K₀的取值，以便在保证安全的前提下获得较佳的爆破效果。

2.1.3　炮孔布置
　　由于3个井相距较近且都只有1个临空面，为减少爆破时的震动，保护井壁完整，炮孔布置采用以下措施：①浅孔爆破，孔深h=1.5m；②采用小抵抗线w、大孔距a的布孔方式；③炮孔布置疏密要合理，以使每孔装药的高度在孔深的1/3～1/2之间。目的在于能获得较好的爆破效果，有效地控制飞石。
　　设计确定w=0.5～0.7m，a=0.8～1.0m；周边孔实施光面爆破，其w=0.5m，a=0.52m。
　　根据上述原则，小井除中心布置1孔外，包括周边孔在内共布置4圈61孔；大井除中心布置一孔外，包括周边孔在内共布置9圈245孔。3个井炮孔总数为367个。见图1及表1，表2

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图1　小井炮眼布置

表1　小井(φ5.2m)爆破参数

圈别	眼数 /个	圈径 /m	眼距 /m	眼深 /m	孔药量 /卷	起爆顺序	孔内雷管段别	孔外延时雷管
0	1			1.5	2	Ⅰ	1
1	6	1.6	0.83	1.5	2	Ⅱ	2
2	9	3.0	1.00	1.5	2	Ⅲ	3，4
3	15	4.0	0.83	1.5	1.2	Ⅳ	5，6	+5
4	30	5.0	0.52	1.5	0.8	Ⅴ	3，4，5，6

2.1.4　单孔药量的计算
　　单孔孔深h药量q为

q=K₀wah

(2)

　　(1)强风化岩层段爆破时，取K₀=0.3kg/m³。当h=1.5m，w=0.5m，a=0.8m时，则q=0.18kg，取q=(1+1/5)卷2号岩石硝铵炸药；当w=0.7m，a=1.0m时，则q=0.315kg，取q=2卷2号岩石炸药(规格为φ32mm×150g×200mm)。

表2　大井(φ12.1m)爆破参数

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圈别	眼数 /个	圈径 /m	眼距 /m	眼深 /m	孔药量 /卷	起爆顺序	孔内雷管段别	孔外延时雷管
0	1			1.5	2	Ⅰ	1
1	7	1.8	0.81	1.5	2	Ⅱ	2	+5
2	10	3.2	1.01	1.5	2	Ⅲ	3，4	+5
3	14	4.6	1.03	1.5	2	Ⅳ	5，6	+5
4	18	6.0	1.05	1.5	2	Ⅴ	3，4，5，6	+5
5	23	7.4	1.01	1.5	2	Ⅵ	3，4，5，6	+5
6	27	8.8	1.02	1.5	2	Ⅶ	3，4，5，6	+5
7	30	10	1.05	1.5	1.8	Ⅷ	3，4，5，6	+5
8	43	11	0.80	1.5	1.2	Ⅸ	3，4，5，6	+5

　　(2)微风化岩层段爆破时，取K₀=0.4kg/m³。当w=0.5m，a=0.8m时，则q=0.24kg，取q=(1+2/3)卷；当w=0.7m，a=1.0m时，则q=0.42kg,取q=(2+4/5)卷。
　　在设计中计算出每孔装药量后，为了便于装药，应进行重量与卷数的换算，如每孔1卷、1/2卷或1/3卷等。此外，在实际操作中，每次放炮前，每孔的孔深h、抵抗w、间距a等都必须现场实测以及时调整药量。

2.2　爆破网络的设计
　　该工程由于环境特殊，每次爆破都必须有公安、有关单位保卫及居委会等部门人员到场指挥和协助放炮警卫工作。爆破时间规定13∶00～13∶30或17∶30～18∶00，清场、警戒30min，中断公路交通10min。因此，每次钻完孔必须一次装药、一次起爆。设计选用毫秒延期非电雷管，并采用了孔内延时与孔外延时相结合的网络技术，只用1～6段毫秒延期非电雷管便满足了需要，即每个族并联组内实施孔内1～6段毫秒微差爆破、组与组之间用5段毫秒非电雷管串联传爆实施孔外延时。这样，即实现了毫秒微差爆破，又可将最大一段药量控制在2.53kg以内。起爆网络见图2。

2.3　爆破安全
　　(1)地震波的控制。由于采用了毫秒微差爆破技术，且其最大一段药量严格控制在

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图2　导爆管起爆网络

2.53kg以内，所以爆破时产生的地震波不会对周围建筑物造成损坏。
　　(2)个别飞石的控制。尽管采取减弱松动爆破可将大部分飞石控制在5m之内，但个别飞石却不能不防。具体做法是在炮孔上用废旧汽车轮胎、胶带覆盖，然后再用两层荆芭夹1层草袋覆盖，同时，将附近各建筑物窗户用荆芭遮挡。
　　(3)空气冲击波的控制。所采用的爆破方案本身对冲击波就有所控制，爆破时只要做好炮孔的填塞工作，冲击波可能造成的危害便控制住了。堵炮泥时，除周边孔实施空气柱装药结构只堵塞孔口部分、封泥长度500mm外，其余炮孔均为全长堵塞。

3　爆破效果

　　由于爆破方案设计合理、参数计算正确，爆破时，延时炮声清晰、尘烟升起，但震动不大，也无飞石产生。待尘烟散尽后，只见井中心高高鼓起，岩石松散破碎，爆破获得圆满成功。

4　结　语

　　该工程通过采用毫秒非电雷管实施孔外延时技术，仅用6个段别的毫秒雷管便实现了大量炮孔的微差爆破，有效地控制了爆破震动，减少了放炮次数，降低了扰民程度。工程只进行了7次爆破，耗时35d便施工到底，顺利完成爆破施工任务。

　第1作者简介

　　于　滨，男，1963年生，讲师。1984年毕业于中国矿业大学建筑系，现在中国矿业大学北京校区从事爆破理论与应用研究工作。

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