石灰岩矿高陡边坡段运输道路爆破施工.pdf

第35卷 第3期 2018年9月 爆 破 BLASTING Vol. 35 No. 3 Sep. 2018 doi10. 3963／ j. issn. 1001 -487X. 2018. 03. 013 石灰岩矿高陡边坡段运输道路爆破施工 周咸领 （ 浙江鑫琦爆破工程有限公司， 衢州324000） 摘 要 南宁市某石灰岩矿高陡边坡段岩体自然坡度最大位置约60， 矿体呈层状， 倾角约40且溶洞裂隙 率发育， 因空间限制， 修筑运输道路很困难。在满足规程规定范围内， 选择台阶高度为＋11 ～20 m， 台阶坡面 角为80、 台阶宽度选4 m的边坡修筑运输道路。为了确保运输道路上部岩体的稳定， 高陡边坡段采取光面 爆破、 运输道路外边缘两排孔采取孔底缓冲爆破进行施工。运输道路下方有一个截面面积约60 m2的溶洞， 为减少爆破作业对溶洞顶部和运输道路之间保留岩体的破坏采取孔底缓冲爆破施工， 通过合理选取光面爆 破以及孔底缓冲爆破参数， 减少爆破作业对保留岩体的破坏， 最终确保该高陡边坡段运输道路顺利通车。 关键词 高陡边坡；运输道路；光面爆破；缓冲爆破；喀斯特地貌 中图分类号 TD57 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X（2018）03 -0080 -05 Blasting Operation of Export-road in High-steep Rock Slope at Limestone Mine ZHOU Xian-ling （Zhejiang Xinqi Blasting Engineering Co Ltd，Quzhou 324000，China） Abstract A high limestone mine in Nanning with rock slope about 60 is developed，with layered rock with in- clination 40 and Karst land. Due to space limitation，it is difficult to build export-road. Within the scope of regu- lations，the road is constructed with the bench height ＋ 11 m to 20 m，the angle of bench slope 80 and the bench width 4 m. In order to ensure the stability of the upper rock mass of the export-road，smooth blasting is adopted on the high rock slope and two rows of holes on the outer edge of the export-road is constructed by buffer blasting at the bot- tom of the hole. A cavern with a cross-section area of about 60 m2exists below the section of the export-road. In order to reduce the damage of the rock mass between the top of the cave and the export-road，the buffer blasting at the bot- tom of the holes is applied. The smooth blasting and the buffer blasting reduce the damage to the retained rock mass well. Key words high-steeprock slope；export-road；smooth blasting；buffer blasting；Karst land 收稿日期2018 -04 -31 作者简介周咸领（1984 -） ， 男， 安徽砀山人， 大学本科， 现从事施工 项目管理工作， （E-mail）zhouling9966＠163. com。 山岭重丘区公路、 铁路或新建露天矿山、 具有已 经开采年限的矿山终了边坡段普遍存在高陡边坡， 高陡边坡段易发生落石、 坍塌等安全隐患， 爆破对边 坡的安全稳定问题日益凸显。国内外对高陡边坡稳 定性研究如下 吴燕开采用ABAQUS有限元软件对 爆炸荷载引起的岩石振动效应进行模拟研究， 得到 了爆破作业对爆破开挖点下部的岩石基本不会造成 影响， 但会对本层的岩体以及上层岩体造成一定的 影响的结论[ 1]， 如若增加边坡稳定性可考虑采用缓 冲爆破。鲁建邦临近边坡采用直径40 mm的炮孔 进行弱松动控制爆破，高陡边坡能达到施工效 果[ 2]。采取预裂爆破进行施工， 在高陡边坡的应用 中取得较好的效果[ 3，4]。楼晓明露天矿临近高陡边 坡控制爆破技术选择高精度奥瑞凯雷管可减少爆破 对高陡边坡的破坏[ 5]。蔡路军爆破采矿应该采用 万方数据 “ 多段少药” 的减震爆破方法， 以减小爆破震动对边 坡的影响[ 6]。赵伟通过预裂爆破边坡头部（开口 线） 采用小梯段保护性开挖； 中部区段采用深孔大 区梯段， 有利于加快施工进度； 下部临近大型洞室部 位需要采取谨慎性的弱爆破方案， 可以使高陡边坡 开挖达到预期效果[ 7]。宫相君光面爆破技术方案， 实现了开挖边界上的岩体完整及稳定性[ 8]。综上 所述， 多数高陡边坡采取自上而下中深孔微差爆破 爆破方式开采， 临近边坡段采取控制爆破方式进行。 通过“ 多段少药”的减震爆破方法和小孔径弱松动 爆破不能满足我矿山基建期进度要求。我矿山高陡 边坡段矿体呈层状， 倾向南东， 倾角约40， 不但要 减少爆破对高陡边坡保留岩体的破坏， 而且要最大 限度减少爆破对高陡边坡段上部岩体的破坏。参考 胡英国对比光面爆破和预裂爆破两种开挖方式下最 终保留岩体的损伤分布特征[ 9，10] 光面爆破开挖方 式下， 保留岩体中沿轮廓面分布较小范围的高程度 损伤区以及中下部分布较大范围中等程度损伤区， 对孔口岩石损伤亦较小； 预裂开挖方式下， 保留岩体 仅存在范围相对较大的沿轮廓面分布的高程度损伤 区。曹寄梅采用孔底装填吸能缓冲材料其减震率达 到3. 23％ ～35. 19％[ 11]。综上， 结合我矿山实际情 况临近高陡边坡段采取光面爆破方式、 运输道路外 边缘两排孔及大型溶洞上部采取孔底缓冲爆破方式 进行施工。 1 工程简况及采矿工艺 矿山矿体为下石炭统大塘组（C1d）石灰岩， 呈 山峰直接出露地表， 出露最高标高海拔364. 74 m， 矿体东-西长约653 m， 北-南宽约250 m， 铅垂厚度 达224. 74 m， 开采难度极大。高陡边坡段矿体呈层 状， 倾向南东， 倾角约40， 局部地段超过45。矿体 溶洞裂隙率发育， 根据实地测量， 在10 m 10 m的 单位面积上， 溶洞裂隙率占平均8％。矿区为岩溶 峰丛谷地地貌， 峰丛、 孤峰为石灰岩山体， 周边多为 缓坡地活岩溶谷地坡丘， 石灰岩山体岩石大部分裸 露， 植被生长稀疏， 典型的喀斯特地貌。根据矿区地 形条件， 设计采用公路开拓-汽车运输的开拓方案。 开拓上山道路及采场内支线道路均采用矿山临时道 路， 道路设计等级为Ⅲ级， 双车道路面宽12. 0 m， 泥 结碎石路面， 最大纵坡9％， 最小转弯曲线半径大于 15 m。矿石采用中深孔凿岩爆破自上而下方式分台 阶式开采， 挖掘机或装载机装车， 自卸式汽车运输的 开采方案。 2 施工难题及解决方法 矿山运输道路高陡边坡长度约120m（图1） ， 其 中＋240 m平台有一个4 m宽的安全平台，＋240 m 平台至山顶＋ 364. 74 m因自然坡度较陡目前无法 立即修筑挖机路至山顶，暂时无法削顶工作。 ＋180 ～ ＋240 m段上方岩体自然坡度约60， 经全 站仪测量显示，＋ 240 m平台内侧距运输道K0 ＋ 460 m外边缘水平距离约36 m， 边坡高度约60 m。 K0 ＋430 ～ K0 ＋550 m段上部高陡边易发生落石等 安全隐患， 施工过程中更容引起运输道路外边缘出 现大面积滑坡。K0 ＋540 ～ K0 ＋550 m段运输道路 下方有一个截面面积约60 m2的大型溶洞， 设计运 输道路标高至溶洞顶部最低留6 m岩体作为保护层 以防止该段运输道路整体坍塌， 要求爆破作业不能 对原始岩体产生破坏。方案一与方案二（ 图2）对比 显示因空间限制采用75边坡， 该段运输道路宽度 不满足设计要求， 故采取方案二。参考相关法律法 规[ 12]， ＋ 200 m以上台阶选取台阶高度20 m， ＋200 m以下自K0 ＋ 430 ～ K0 ＋ 550 m（道路纵坡 7. 5％） 台阶高度为＋ 11 ～ 20 m， 台阶坡面角80台 阶宽度选4 m， 并结合矿山开采设计方案及参考 国内外高陡边坡施工研究， 综合考虑临近边坡段采 取光面爆破方式、 运输道路外边缘及溶洞上部采取 孔底缓冲爆破的方式进行施工。 图1 高陡边坡现状图 Fig. 1 Present situation of high rock slope 3 方案设计及注意事项 3. 1 爆破参数设计 因运输道路具有7. 5％道路纵坡， 本爆破参数 设计以运输道路K0 ＋430 m处为例， 以下均为试爆 调整后的参数。 3. 1. 1 主爆孔爆破参数 因垂直于运输道路方向有一个条形溶洞（选择 为爆破交接面位置） ， 岩石倾角约40且溶洞裂隙率 发育， 导致爆破后平台极不平整， 多数地方钻机行走 18第35卷 第3期 周咸领 石灰岩矿高陡边坡段运输道路爆破施工 万方数据 困难， 实际施工过程中多数位置采取简单的矩形布 孔方式钻孔， 仅条件允许的地方采取梅花形布孔方 式进行。布孔方式 矩形； 台阶高度H ＝20 m； 钻孔 直径D ＝100 mm； 钻孔倾角为80 ～90； 最小抵抗 线W ＝ 3. 0 ～ 3. 5 m； 孔间距a ＝ 5. 5 m； 排距b ＝ 3. 5 m； 钻孔超深h ＝1. 2 ～1. 5 m； 孔深L ＝21. 2 ～ 21.5 m；2号岩石乳化炸药φ 75 mm（2400 g） ； 装药 结构 连续装药； 堵孔l ＝ 3. 5 ～ 4. 2 m； 炸药单耗 q ＝0. 36 kg／ m3； 单孔药量Q ＝136. 8 kg。 图2 方案一和方案二运输道路宽度（ 单位m） Fig. 2 one and two the required width of the export-road（unitm） 3. 1. 2 缓冲孔爆破参数 台阶高度H ＝20 m； 钻孔直径D ＝100 mm； 钻 孔倾角为80 ～90； 最小抵抗线W ＝ 3. 0 ～ 3. 5 m； 孔间距a ＝2. 75 m； 排距b ＝3. 5 m； 钻孔超深h ＝ 1. 2 ～1. 5 m； 孔深L ＝21. 2 ～21. 5 m；2号岩石乳化 炸药φ 75 mm；装药结构间隔装药，下部7. 2 ～ 7. 5 m用绳索吊装36公斤炸药、 中间约11 m， 每米 用毛竹片和导爆索绑一支φ 75 mm炸药； 堵孔l ＝ 3. 5 ～4. 2 m； 炸药单耗q ＝ 0. 32 kg／ m3； 单孔药量 Q ＝62. 4 kg。 3. 1. 3 光面孔爆破参数 台阶高度H ＝20 m； 钻孔直径D ＝100 mm； 钻 孔倾角为80； 最小抵抗线W ＝ 1. 5 m； 孔间距a ＝ 1. 25； 距离缓冲孔2. 0 m； 钻孔超深h ＝ 1. 2； 孔深 L ＝21. 5 m；2号岩石乳化炸药φ ＝32 mm（300 g） ； 不耦合系数3. 1， 装药结构 采用毛竹片和导爆索进 行捆绑装药， 孔底1. 5 m装药密度2. 4 kg／ m， 中部 17. 1 m（间隔60 cm装一支乳化炸药）装药密度 0. 333 kg／ m， 填塞段以下1. 8 m减弱段装药密度 0. 167 kg／ m填塞1. 1 m； 单孔药量Q ＝9. 6 kg。 3. 1. 4 孔底缓冲爆破 台阶矿体呈层状， 倾向南东， 倾角约40， 溶洞 裂隙率占约8％， 大规模爆破施工容易引起运输道 路外边缘极易出现大面积滑坡。为了减小爆破振动 对不稳定岩层的破坏， 故运输道路外边缘选取分台 阶爆破方式，上部台阶选取14 m，下部台阶选取 6 m， 本参数针对下台阶设计，K0 ＋430 ～ K0 ＋540 m 最外侧两排孔（多超深50 cm）及K0 ＋ 540 ～ K0 ＋ 550 m缓冲爆破爆破方式爆破， 布孔方式 梅花型； 台阶高度H ＝ 6 m； 钻孔直径D ＝ 100 mm； 钻孔倾 角为90； 最小抵抗线W ＝3. 0 ～3. 5 m； 孔间距a ＝ 3. 5 m； 排距b ＝ 3 m； 钻孔超深h ＝ 1 m； 孔深L ＝ 7 m； 炸药直径d ＝ 75 mm； 装药结构 孔底0. 5 cm 装一袋锯末作为缓冲材料，3. 0 m连续装药； 堵孔 l ＝3. 5 m； 炸药单耗q ＝0. 34 kg／ m3； 单孔药量Q ＝ 21. 6 kg。 3. 1. 5 炮孔布置及爆破网路 本工程选取多排孔时多采用矩形布置， 图3炮 孔布置平面图以矩形布孔为例， 条件允许的位置采 取梅花型布孔。 图3 炮孔布置平面图（ 单位m） Fig. 3 The parameters of blasthole pattern（unitm） 主爆孔采用塑料导爆管非电雷管， 孔内外结合 的毫秒延时网路， 孔内用MS10段雷管， 孔外用MS3 段和MS5段雷管连接。缓冲孔、 光爆孔采用导爆索 非电起爆系统同时起爆。起爆顺序依次为主爆孔、 缓冲孔、 光爆孔。这样可以体现爆破时先爆之前排 孔为后爆的后排孔创造较大自由面的优点， 从而减 少周边对爆破孔的夹制作用[ 13]， 光爆孔滞后主爆孔 起爆， 滞后缓冲孔起爆110 ms。 3. 2 喀斯特地貌施工注意事项 当钻孔通过不良地质段如软硬岩石处、 裂缝处、 溶洞处等时， 对每个炮孔进行编号钻孔时做好记录 工作， 如有溶洞标清具体位置， 验孔前交给工程技术 28爆 破 2018年9月 万方数据 人员。 钻孔时遇到大溶洞可调整孔排距避开溶洞适当 加密炮孔、 若溶洞过大并且在底部， 钻孔孔底可选可 在溶洞上部2. 0 ～2. 5 m处并做好相关记录。 装药时遇到过小溶洞可采取间隔装药或者用毛 竹片捆绑炸药方式进行装药。 两个爆破区域交界处宜选择在大型溶洞附近 位置。 4 施工质量控制及效果 4. 1 施工质量控制 召开高陡边坡运输道路施工专项技术交底会 议， 因本运输道路施工环境复杂， 技术要求高， 施工 难度大， 使施工人员对工程特点、 技术质量要求、 施 工方法与措施和安全等方面有一个较详细的了解， 科学施工以便于科学的组织施工， 避免技术质量等 事故的发生。 根据设计横断面的边坡坡率、 台阶宽度， 精确计 算坡顶的开挖线， 应采用全站仪放样， 尤其在光面孔 布置过程中采取仪器逐孔放样。 在钻孔中不仅要做到“对位准、方向正、角度 精” ， 而且要不断提高钻孔技术水平， 在钻孔过程 中， 经常检查钻机架设牢固性、 钻孔角度和方向的准 确性， 同时要根据岩石不同性质进行钻孔工作， 以保 证钻孔精度尤其是要保证相邻的光面爆破孔平行并 处于同一坡面上[ 14]。 在装药过程中严格按照设审批过的爆破设计说 明书进行精心施工， 使用竹片绑扎的药串， 竹片一侧 贴靠在边坡侧的孔壁上， 药串到位后， 用尼龙袋盖在 1. 1 m位置， 再用岩粉逐层填塞捣实。 爆破后必须检查爆破效果， 发现有松动的岩石 散落在坡面上及不稳定的石块要及时消除不安全隐 患。采用PDCA的循环方式进行管理， 将上次施工 信息进行反馈调整下一次爆破施工中去。 对高边坡进行稳定性监测， 及时将监测结果反 馈到施工中。 4. 2 施工效果 本矿山K0 ＋430 ～ K0 ＋550 m段高陡边坡段控 制爆破施工中所有光爆部位沿光爆炮孔连线方向切 开， 坚硬的孔口无破坏， 无溶洞及不良地质地段位置 半孔率达到90％以上， 坡面应平整且稳定无隐患， 岩石边不平整处最间隙未超过15 cm（ 如图4） ， 确保 我矿山高陡边坡下运输道路（ 如图5） 的安全运营。 孔底缓冲爆破除了K0 ＋540 ～ K0 ＋550 m运输 道路外边缘滑坡约1. 5 ～2 m外， 其余位置未出现滑 坡， 整体成功。 图4 ＋200 m、＋220 m平台光面爆破效果图 Fig. 4 Diagram of ＋200 m and ＋220 m plat which used smooth blasting 图5 高陡边坡段运输道路竣工图 Fig. 5 Finally diagram of export-road under the high rock slope 通过在光面爆破三个台阶布置的一系列的监测 点， 南宁市4 ～8月份汛期监测结果显示， 高陡边坡 安全稳定达到预期效果。 5 结束语 喀斯特地貌矿山， 山体自然坡度较陡， 岩石多溶 洞裂隙， 施工难度普遍较高。当钻孔通过不良地质 段如软硬岩石处、 裂缝处、 溶洞处时， 根据现场条件 及时调整孔网参数、 爆破作业时调整相应的装药结 构， 可避免技术质量等事故的发生。高陡边坡因自 然坡度限制， 应选取符合规范要求的台阶高度、 安全 平台宽度、 台阶坡面角。多参考国内外最新的研究 成果， 临近边坡段采取光面爆破的方式进行、 道路外 边缘和溶洞上方保留岩体采取孔底缓冲爆破方式进 行， 可以取得预期的效果。 结合岩石地质条件， 通过精心设计合理选取光 面爆破以及孔底缓冲爆破参数， 精心施工可以减少 爆破作业对保留岩体的破坏。通过两个多月的紧张 38第35卷 第3期 周咸领 石灰岩矿高陡边坡段运输道路爆破施工 万方数据 施工， 本矿山高陡边坡段（无溶洞位置）半孔率达到 90％以上， 坡面应平整且稳定， 确保喀斯特地貌高陡 边坡段下侧运输道路安全运营。 6 展望 截止修稿日期我矿山已经普及数码雷管， 相对 普通导爆管雷管延期时间更精确， 期待下一阶段高 精度延时控制爆破下矿山终了边坡的施工效果。 国内外孔底缓冲爆破相关的爆破振动测试及对 岩石的破坏机理研究的文献较少， 可以作为以后研 究的新方向。 参考文献（References） [1] 吴燕开， 胡晓士， 石玉斌， 等.爆破开挖对岩质高边坡 稳定性的影响分析[J].爆破，2017，34（4） 66-72. 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