压渣爆破技术在路堑边坡治理中的应用.pdf

第38卷第1期 2021年3月 Vol. 38 No.l Mar. 2021 bMg d o i10.3963/j. issn . 1001 -487X. 2021.01.012 压渣爆破技术在路堑边坡治理中的应用* 汪髙龙*,王溝1，李财，李就 1.连云港明达工程爆破有限公司,连云港222021 ；2,武汉理工大学，武汉430070 摘要为确保连云港某地路堑边坡的稳定性，防止地质灾害的发生，使用爆破技术对该地边坡进行治理。 该爆破区域施工场地狭小，石料出运受限，结合压渣爆破破岩机理，采用逐孔起爆的压渣爆破技术方案。留 渣体厚度3. 5 m、起爆时间间隔50 ms、炸药单耗0.45 kg/n、前排单孔装药量130 kg、后排单孔装药量 100 kg。通过爆破安全校核可以确保周围建筑物爆破振动安全性。爆破施工结果表明爆破施工参数设置合 理，降低了岩石大块率，减少了爆破地震效应，取得了良好的爆破效果。 关键词压渣爆破；复杂环境；爆破参数；合理渣厚 中图分类号TB41 文献标识码A 文章编号1001 -487X202101 -0075 - 05 Application of Buffer Blasting Technolog y in Road Cutting Slope Treatment WANG Gao -lo ng1, WANG Xiao1 ,LI Gen1 ,U K2 1. Lia n y u n ga n g Min gd a En gin eer in g Bl a st in g Co . ,Lt d . , Lia n y u n ga n g 222021, Chin a; 2. Wu ha n Un iver sit y o f Tec hn o l o gy, Wu ha n 430070,Chin a Abstract Blasting technology was used to ensure the stability of a cutting slope in Lianyungang in order to pre- vent geological disasters. The construction site of the blasting area was narrow and the transportation of stone was lim ited. This condition led to the application of the technical scheme of buffer blasting with hole by hole initiation based on related rock fragmentation mechanism. The thickness of the buffer body was 3. 5 m,and the initiation delay inter val was 50ms. The single-hole explosive charge in the front and rear rows were 130 kg and 100kg, respectively, with a powder factor of 0.45 kg/m3. The safety of surrounding buildings could be ensured by checking the blasting vibra tions. The results show that the blasting parameters are reasonable for a good blast effect, which can reduce the boul der yield and the blast vibration effect. Key words buffer blasting ； complex environment ； blasting parameters ； reasonable buffer thickness 由于岩石具有碎胀性,爆破后岩块呈松散状态, 岩体体积增大。爆破前，通常要在自由面处预留足 够空间,以容纳爆破碎胀所增加的那部分岩体体积。 收稿日期2020-11 -03 作者简介汪高龙1974 -,男，学士、高级工程师，从事采矿工程、 爆破工程方面的技术与管理工作,E-mail 578591642 qq. com0 通讯作者王 潇1984 -，女，硕士、工程师,从事爆破施工设计与 安全管理工作，E-mail289550658 qq. como 基金项目国家重点研发计划项目2017YFC0804705 这种条件下的爆破称为自由空间爆破，没有足够补 偿空间的爆破则称为挤压爆破以2］。实际上，挤压 爆破的补偿空间是从松散材料中挤压出来的，这种 松散材料称为挤压材料,通常为前一次爆破未清理 完的渣堆。所以挤压爆破又称为留渣爆破或压渣爆 破36］。1982年张生善等人对渣体在爆破过程中的 作用进行详细阐述并分析了其产生的经济效 果。费鸿禄将压渣爆破技术应用于路堑石方开挖的 施工中⑷，实践证明该方法爆破效果良好,爆破岩 石块度均匀，大块率低。尹岳降等人基于矿山台阶 76爆破2021年3月 爆破技术⑼，合理分析不同爆区的岩性差别，针对 不同爆区设置了不同爆破参数。该方法使得爆破后 岩石大块率大大降低。 张元娟等人对压渣爆破理论进行了详细说 明［⑹。压渣爆破技术是在原有“自由面”齐发爆破 基础上发展而来的，因此施工方法基本与“自由面” 爆破方法相类似,不同的是按设计预留了“渣体”， 采用毫秒延时进行排间爆破,并相应地调整了孔网 参数［⑴。赵春艳等人应用遗传神经网络模型对台 阶压渣爆破效果进行预测,增强了预测结果的可靠 性，为选择爆破参数和取得良好的爆破效果提供了 依据［⑵。曹茂欣等人在路基石方开挖工程中，将压 渣爆破与微差爆破相结合，取得了较为理想的爆破 效果［⑶。 1工程概况 为消除地质灾害隐患，彻底解决连云港东疏港 高速公路通车后的安全问题，连云港港口集团拟对 东疏港高速公路中云台山路堑西侧边坡84 m以 下边坡崩塌、滑坡地质灾害进行工程治理。治理方 法为将路堑西边坡84 m以下边坡滑坡、崩塌危岩 体清除。治理开挖总工程量近1.2x l 07to 11爆区周边环境 本工程爆破开采区域正东侧正在运行的东疏港 高速公路距爆破区域最近距离仅为20 m；东南方向 有混凝土搅拌站最近距离仅为70 m；南侧爆区距康 缘药厂最近距离为800 m,康源药厂有国家级生物 中药重点实验室,实验室仪器对爆破震动要求极高， 根据药厂提供仪器能够承受爆破震动上限值为 0.1 c m/s。北侧邻近云门寺村和云门水库，距云门水 库最近距离仅为25 m,云门寺村大多数民房都在复 杂环境深孔爆破警戒200 m范围内，爆破作业环境 十分复杂。 12施工特点 本工程具有如下施工特点 1） 爆破作业区域临近运行中高速公路，爆破环 境复杂，爆破规模受限。 2） 因配套工程影响,石料出运受限，山场石料 挤压影响爆破作业面形成。 3） 爆破作业工期较短,压渣爆破应用是完成本 工程任务关键技术。 2压渣爆破技术研究 压渣爆破即是在露天台阶爆破中利用预留渣体 控制待爆区的前冲距离，使被爆岩体与预留渣体产 生挤压碰撞,达到进一步改善爆破岩体块度分布的 一项爆破技术。如图1所示。该技术可使钻孔爆破 工作与清渣工作同步进行,提升工作效率，同时减少 爆破体的大块率。 图1压渣爆破条件下爆堆规格与采掘的关系图 Fig. 1 The relationship between blasting muck pile specifications and mining under buffer blasting 压渣爆破的破岩原理可总结成三个方面1 ）利 用留渣体控制爆堆的前冲距离，爆堆体受爆破能量 作用，向前运动过程中与留渣体碰撞,这种高速碰撞 与冲击，进一步破碎岩石，降低岩石大块率。2）留 渣体的存在使得爆炸产生的高温高压气体在岩体内 部的作用时间增长，延缓了高温高压气体从岩体向 外部逸出的时间,提高了炸药的能量利用率。3）压 渣爆破采用炮孔间毫秒延时逐孔起爆方式，该种起 爆方案可使岩体处于连续的应力状态,使岩石的破 碎更为充分M⑹o 3爆破方案 3.1采场布置 根据东疏港路堑工程以及84 m以上平台综 合治理的施工经验，拟将本工程分为五个开采平台， 分别为 69 m、 54 m、 39 m、 26 m、 17 mo 前 四个平台靠近边坡时按两级开采平台分为三级最终 平台，最终形成 74 m、 64 m、 54 m、 44 m、 35 m、26 m六个台阶， 26m平台下降9 m形 成 17 m台阶，如图2所示。 图2爆破台阶布置（单位m） Fig. 2 Arrangement of bench blasting（unitm） 3.2爆破参数确定 台阶爆破主要参数包括炮孔直径、孔深、孔距、 第38卷第1期汪高龙，王 潇，李 跟，等 压渣爆破技术在路堑边坡治理中的应用77 排距、炸药单耗与单孔装药量等。 1 炮孔直径〃。根据工程现场岩石性质、台阶 高度与现有钻机设备等条件，本工程钻机拟采用 PC385露天潜孔钻机，钻头直径d二115 mm,则炮孔 直径 D 115 mmo 2 钻孔形式。钻孔形式采用倾斜孔，倾角a为 75。。 3 孔深厶与超深兀 炮孔深度由台阶高度和炮 孔超深共同决定。该工程台阶高度丹二15 mo炮孔 超深是为了克服底板阻力,使爆破后不留岩坎。本 工程炮孔超深h按1 m计算。结合炮孔倾角，计算 孔深 L 二H /i/sin a 二 16. 6 m,如图 3 所示。 4 底盘抵抗线。根据压渣爆破的的特殊性与 前期对矿体爆破效果的了解与掌握，根据炮孔孔径 计算压渣爆破的底盘抵抗线WdKD,K值取30, 计算肌二3.45 m,选取Wd3.2 mo 5 孔距a和排距九孔距a二肌肌。肌为钻孔 密集系数,一般取1. 0〜1. 6,据岩石性质及其节理 发育情况，取矶二1.5,则a二1.5 x 3.2二4. 8 mo排 距b二肌二3. 2 m。炮孔剖面示意图如图3所示。 8单孔装药量Q。单孔装药量可按下列公式计 算［17］ Q qab H 0. 45 x 3. 2 x 4. 8 x 15 103 k g, 实际取 Q 100 k g 1 前排孔由于紧挨留渣体,爆破产生的能量损失 较大，为保证前排孔爆破质量，需要增加装药量 30 40，本工程前排孔装药量130 kgo 3.3压渣厚度 合理的留渣厚度对压渣爆破的效果至关重要。 留渣厚度可由下式计算得出［巾 图3炮孔剖面示意图（单位m） Fig. 3 Schematic diagram of blasthole section （unit m ） 式中/为留渣厚度，m；甲为底盘抵抗线，m； K为留渣体的松散系数;门为岩石密度,t /m3；p2为 留渣体的堆积密度,t /m3；C］为岩体中弹性波波速, m/s；C2为矿渣内弹性波波速,m/so C2 5003 d 3 式中,d为留渣体岩块的平均尺寸,m。 根据工程测量情况，〃二0.8叫0二4000 m/s , C2 1900 m/s,A;二 1.3 1. 77，本工程取 k 1. 6O 代 入2式求得〃二3.32 m。实际取B3.5 mo 3.4布孔方式和起爆网路 基于前述压渣爆破的作用原理,为增加岩石相 互撞击的机率，本工程施工孔眼呈矩形布置，如图4 所示。矩形爆破的起爆方式使得被抛掷起来的大块 岩石相互撞击，增加岩石的相互撞击概率,减小岩石 大块率。 坡底线 坡底线 丿---------- /---------- 6 填塞长度。填塞长度指装药药柱顶面至孔 口这段不装药的长度。合理的堵塞长度确定能降低 爆炸气体能量损失和增加钻孔装药量。若堵塞长度 过大，则单孔装药量减少，当岩石较坚硬时,岩石大 块率较高。堵塞长度较小则容易产生冲炮,不仅浪 费炸药能量，而且容易产生爆破飞石。综合考虑岩 石大块率、爆破安全性与压渣爆破的特殊施工条件, 填塞长度d 20 30D,计算得AZ 2. 3 3.45叫本工程取堵塞长度0二3.0 mo 7 炸药单耗g。对于深孔爆破，炸药单耗是一 个比较重要的参数，受岩石的可爆性、炸药的种类、 自由面条件和块度要求等因素影响。根据采区现 状，台阶高度H 15 m,依据岩石岩性与工程经验, 确定炸药单耗Q 0.45 k g/m3 o 线 / 顶 坡 2727 。 3232 。 3636 。 3939 230 28 230 28 爲。 3737 四。 2424 。 2929 。 3434 。卩。 2020 。 2525 。 3030 H O M O H O M O 型。 2626 7 7 。 1212 。 1717 。 2222 0 8 0 0 0 0 8 0 0 0 2 2 O O 5 5 O O 9 0 14 9 0 14 一 O 1 O 3 O 6 O W O 1 O 3 O 6 O W 线 坡 线 炮孔编号炮孔编号炮孔编号 图4炮孔平面布置图（单位m） Fig. 4 Layout of the blast hole（ unitm） 起爆顺序为毫秒延时逐孔起爆，如图5、6所示。 炮孔间的起爆顺序为相间布置，延期时间为毫秒级，逐 孔起爆产生的应力波能量在时间、空间上是相互分开 的,振动效应随之减小。由于避开了主振相的相位，相 比传统起爆技术，爆破振动沁可减少1/3〜2/3。 逐孔起爆技术的关键是合理选择起爆间隔时 间,延时间隔时间/按下式计算［巾 t aw 4 式中辺为与岩石有关的系数，取6；w为最 78爆破2021年3月 小抵抗线,w wd3.2 mo经计算 14 ms,按施 工经验取力二50 mso起爆方法采用复式非电起爆网 路,激发笔引爆。 图6雷管段别 Fig. 6 Detonator segment 装药形式为人工装药，采取连续耦合装药结 构口8】，如图7所示。 a 填塞段 雷管4 装药段 / 、雷管 图7装药结构示意图 Fig. 7 Schematic diagram of the charge structure 炸药使用2岩石乳化炸药，起爆雷管为导爆管 雷管。为确保每个炮孔均被可靠起爆，每孔装两发 同段别雷管，炮孔上部采用正向起爆,炮孔底部采用 反向起爆。 3.5爆破安全距离校核 岩石爆破时,伴随着爆破过程必然产生爆破地 震、爆破飞石、空气冲击波及有害气体，因此，爆破时 为确保爆区周围人员、设备以及建筑物等的安全，爆 破设计时必须确定爆破危害范围。我国爆破安全规 程采用保护对象所在地质点峰值振动速度作为主要 判别依据口 9］。安全距离的确定可采用萨道夫斯基 经验公式进行估算 Rd Q17\ K/ vy/ a 5 式中卫为最大一段齐爆药量，本次施工最大一 段齐爆药量不超过300 k g, 一次爆破总药量为 3000炖;K是与地质、地形条件有关的系数，取K二 150；为衰减系数，取a 1.65。V为爆破地震波速 度,根据被保护建筑物的特征取V o . 1 c m/so 经计算，爆破安全距离Rd 552. 24 m,此安全 距离满足康缘药业重点实验室对爆破安全距离的要 求，所以采区开展的爆破是完全可行的。 3.6爆破飞石安全距离校核 深孔爆破个别飞散物安全允许距离按下式计 算［17］ Rf 二40/2. 256 式中禺为个别飞石安全距离,为炮孔直 径d二115 mmo计算结果Rf 181. 1 mo该计算结 果小于爆破安全规程规定值，同时，根据爆破现 场爆后实际测量，爆破飞石最远距离171.2 m,故应 以规程规定值作为圈定警戒范围的依据,即中深孔 爆破时以R二300 m为半径圈定爆破警戒范围。 4结论 连云港东疏港高速公路中云台山路堑边坡的工 程实践表明，该压渣爆破参数选择合理，符合实际情 况。爆破后，爆堆松散、块度均匀、大块率较低、有效 提高了采装速率。基于以上工程，得出如下结论 1 路堑边坡爆破中采用压渣爆破技术,可达到 控制飞石，减少爆堆大块率的目的，获得了良好的爆 破效果。 2 逐孔起爆可有效减少一次齐爆药量,降低爆 破地震效应。 3 压渣厚度与炸药单耗对压渣爆破效果具有 重要影响。本工程压渣厚度3. 5 m,炸药单耗 0.45 k g/m3可以取得预期的爆破效果。 4 综合采用压渣爆破、逐孔起爆等技术，同时 对炸药单耗等爆破参数进行优化设计，解决了大块 率和根底控制等难题,极大地提高了施工质量。 参考文献References ［1］刘维信，王劲翔,王其杰，等多排孔延时松动挤压爆 破陷落柱技术研究［J］.煤炭工程,2020,521061- 65. 第38卷第1期汪高龙，王 潇，李 跟，等 压渣爆破技术在路堑边坡治理中的应用79 [1 ] LIU Wei-xin, WANG Jin-xiang, WANG Qi-jie, et al. 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