新型聚能管在边坡预裂爆破中的研究与应用.pdf

第37卷第2期 2020年6月 Vo l . 37 No . 2 Jun . 2020 bMg do i10. 3963/j. issn . 1001 -487X. 2020.02.020 新型聚能管在边坡预裂爆破中的研究与应用 中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司，淮北235000 摘要永嘉县垃圾焚烧发电厂场地平整工程需要进行大量边坡开挖作业，地质条件复杂。为了改善边坡 一次成型效果，提高炸药能量利用率和边坡半孔率，降低主爆区对边坡岩体的震动危害，设计了新型聚能管。 通过采用新型聚能管的预裂爆破与传统预裂爆破的对比试验，观测爆破后预裂缝成缝效果和边坡坡面的平 整度，并计算半孔率。结果表明采用新型聚能管预裂爆破后预裂缝符合正常尺寸标准，宽度8 mm左右，沿 炮孔中心线贯穿，对预留岩体破坏小；与传统预裂边坡相比，坡面更平顺、可活动碎石较少，成型效果好;半孔 率达到85 ,比传统预裂爆破边坡半孔率48相比明显提高,同时降低了边坡施工成本，经济效益显著。 关键词新型聚能管；边坡；预裂爆破；半孔率 中图分类号TD235.3 文献标识码A 文章编号1001 -487X202002 - 0115 - 06 Research and Applicatio n o f New Shaped Energ y Gathering Tube in Presplitting Blasting o f Slo pe LI N Fei CCTEG Hua ibei Bl a st in g Tec hn o l o gy a n d En gin eer in g In st it ut e Co Lt d,Hua ibei 235000,Chin a Abstract Ther e a r e a l o t o sl o p e ex c a va t io n s in t he sit e l evel in g p r o jec t o Yo n gjia wa st e in c in er a t io n p o wer p l a n t wher e geo l o gic a l c o n dit io n s a r e c o mp l ex . In o r der t o imp r o ve t he effec t o f o n e-st ep fo r min g o f sl o p e, in c r ea se t he en er gy ut il iz a t io n r a t e o t he ex p l o sio n a n d t he semi ho l e r a t io o f t he sl o p e, a n d r educ e t he vibr a t io n ha z a r d o f t he ma in bl a st in g a r ea t o sl o p e r o c k ma ss, a n ew sha p ed en er gy c o n c en t r a t in g t ube wa s design ed. Thr o ugh t he c o n t r a st t est bet ween t he p r esp l it t in g bl a st in g wit h n ew sha p ed en er gy c o n c en t r a t in g t ube a n d t he t r a dit io n a l p r esp l it t in g bl a s t in g ,t he effec t o f p r esp l it t in g a n d t he fl a t n ess o f sl o p e sur fa c e a ft er bl a st in g wer e o bser ved, a n d t he semi ho l e r a t io wa s c a l c ul a t ed. The r esul t s sho w t ha t t he p r e-c r a c k a ft er t he p r esp l it t in g bl a st in g wit h t he n ew sha p ed en er gy c o n c en t r a t in g t ube c o n fo r ms t o t he n o r ma l siz e st a n da r d,wit h a widt h o f a bo ut 8mm,a n d p en et r a t es a l o n g t he c en t er l in e o f t he bl a st ho l e, whic h c a uses l it t l e da ma ge t o t he r eser ved r o c k ma ss. Co mp a r ed wit h t he t r a dit io n a l p r esp l it t in g bl a s t in g sl o p e,t he sl o p e sur fa c e is smo o t her ,wit h l ess mo va bl e gr a vel,a n d t he fo r min g effec t is go o d. The semi ho l e r a t io r ea c hes 85 , whic h is sign ific a n t l y higher t ha n t ha t o f t he t r a dit io n a l p r esp l it t in g bl a st in g sl o p e wit h a semi ho l e r a t io o 48 , a n d a t t he sa me t ime it r educ es t he c o st o f t he sl o p e c o n st r uc t io n wit h sign ific a n t ec o n o mic ben efit . Key Wo rds n ew sha p ed en er gy ga t her in g t ube ； sl o p e ； p r esp l it t in g bl a st in g ； semi ho l e r a t io 岩体开挖爆破工程中既要保证开挖岩体充分破 收稿日期2020-01 -08 作者简介林 飞1989 -,男，安徽省淮北市人，工程师、硕士，主 要从事露天矿山与煤矿井下爆破理论与技术的研究工作， E-ma il 357028615 q q . c o mo 基金项目中煤科工集团重庆研究院有限公司自立科研开发项目 2017YBXM52 碎,更要确保被保护岩体的破坏程度最小⑷。边坡 的稳定性一直是困扰露天开挖工程的一个重要问 题，爆破危害是影响边坡稳定的一个主要原因⑵。 我国的许多矿山、道路边坡采用普通预裂光面爆 破技术⑶，靠帮爆破后，对边坡造成不同程度的损 伤,在被保护一侧的岩体侧壁形成许多微裂纹;爆破 116爆破2020年6月 产生的振动使得先前爆破形成的微裂纹不断发展, 随着时间推移，岩体发生松动破裂，造成边坡坍 塌⑷。永嘉县垃圾焚烧发电厂边坡工程中采用的 新型聚能预裂爆破技术，提高了边坡一次成型效果， 提高了炸药能量利用率和眼痕率、减小了主爆区对 边坡岩体的震动危害。 1工程概况 工程位于浙江省温州市永嘉县绿色动力再生能 源有限公司厂区东侧及北侧，由于公司提升改造，进 行厂区扩建，需将厂区东侧及北侧部分山体进行开 挖清除。 开挖山体周边环境复杂，距待爆山体北侧15 m 处为永嘉县垃圾焚烧发电厂厂房、栈桥和油库（爆 破施工前移除），距待爆山体东北侧72 m处为厂房 和排水渠道，厂房地下有部分预埋工业水管,距待爆 山体西侧63 m和98 m处为虹三线县道和S26诸永 高速公路，距待爆山体西南侧22 m处为公司办公大 楼，距待爆山体南侧9 m处为工程项目部办公楼, 如图lo 图1待爆山体环境示意图（单位m） Fig. 1 En vir o n men t a l sk et c h ma p o f t he mo un t a in bo dy t o be ex p l o ded （ un it m） 场平工程中存在大量边坡坡面开挖，开挖山体 主要由上侏罗统九里坪组（丿3j）强-微风化含角砾晶 屑熔结凝灰岩组成,地质条件复杂，成型困难，最大 开挖边坡走向长度330 m,最大坡长12.5 m,开挖坡 比10.3〜11,对开挖面要求高于规范要求。边坡 横、纵断面设计如图2和图3所示。 清除弧 石/滚石 截用 水地 沟界 100f 150 四级〜五级边坡防护 五四 墾级 坡坡 三级边坡 二级边坡 一级边坡 图2边坡横断面设计图（单位m） Fig. 2 Cr o ss sec t io n design dr a win g o sl o p e（ un itm） 第37卷第2期林飞新型聚能管在边坡预裂爆破中的研究与应用117 图3边坡纵断面设计图 Fig. 3 Lo n git udin a l sec t io n design dr a win g o f sl o p e 2新型聚能管设计及现场试验 2.1新型聚能管设计新型聚能管设计 聚能效应原理聚能药包爆炸后,爆轰产物沿近 似垂直于药柱表面方向扩散，由于聚能穴的作用，爆 轰产物先向空穴轴线位置聚集，形成一股高压、高速、 高密度的爆轰产物，即聚能气流⑸。由于聚能气流的 高能量密度效应冏，使炸药的做功效率提高。 聚能气流对孔壁做功，在聚能管聚能穴方向产 生较大裂缝，炸药爆炸产生的压缩波、反射波对孔壁 裂缝保持持续的压力破坏，爆炸产生的爆生气体持 续反复地在炮孔内做功,渗入裂缝中,使聚能槽产生 的裂缝持续扩大，进而形成更大更长的裂缝切。根 据这一原理，设计了一种聚能管，在管内装入乳化炸 药,聚能管的基本结构为圆筒形，聚能管的对称两侧 制作相同尺寸的聚能穴。 聚能管采用抗静电阻燃的PVC材料，横截面成 双弧形轴对称结构,炮孔内不耦合式装药，聚能管直 径长40 mm,聚能管槽内角距离32. 2 mm,壁厚 3.5 mm,聚能管外角度56。，聚能管长2000 mm,距 离管两端80 mm处分别设计直径为4 mm的套管 孔,聚能管在炮孔内通过套管孔连接固定,管壁外侧 间隔敷设25 mm的泡沫使聚能管在炮孔内处于置 中状态，如图4所示。 图4聚能管示意图（单位mm） Fig. 4 Cha r t o f t he en er gy ga t her in g t ube（un itmm） 2.2现场试验现场试验 根据永嘉县垃圾焚烧发电厂边坡工程现场实际 情况,爆破试验的部位选定在四级边坡位置,该部位 为弱风化岩石,边坡预裂爆破区域宽阔,边坡坡面较 长，有利于进行分区分块多组试验和观测边坡预裂 爆破效果。 永嘉县垃圾焚烧发电厂边坡预裂爆破是采用 e 90潜孔钻机按爆破设计钻出预裂炮孔,然后间隔 装药进行预裂爆破，同时做好爆破后预裂缝的观测 以及半孔率的计算,爆破参数如表1所示。 表1传统预裂爆破爆破参数 Table 1 Blasting parameters o f traditio nal presplitting blasting 爆破参数参数值爆破参数参数值 预裂孔孔深/m10.5单孔药量/k g7 炮孔直径/mm90装药结构间隔装药 钻孔角度/63.4不耦合系数2.8 炮孔间距/m1装药长度/m7.5 孔数/个 15填塞长度/m3 使用新型聚能管进行预裂爆破时,首先在新型 118爆破2020年6月 聚能管外侧安装置中泡沫，将药卷与导爆索贴紧后 装入聚能管,使炸药在聚能管中保持为耦合状态，然 后通过套管将聚能管连接,依次送入炮孔，最后聚能 管上端套管孔加设对中装置，将聚能管的聚能穴方 向与边坡方向平行，并与相邻炮孔聚能穴中心保持 在一条直线上囘，现场爆破试验如图5所示。 象。采用新型聚能管的预裂爆破，预裂缝沿炮孔中 心线贯穿，预裂缝宽度为8 mm左右，符合 GB50201-2012 土方与爆破工程施工及验收规 范规定的正常尺寸标准;边坡开挖后，未出现边坡 垮落、溜肩现象,说明采用新型聚能管的预裂爆破对 预留岩体破坏作用小，有利于边坡工程中窄马道的 保留。 图5新型聚能管现场爆破试验 Fig. 5 Fiel d bl a st in g t est o f a n ew sha p ed en er gy ga t her in g t ube 图6传统预裂爆破成缝效果 Fig. 6 Jo in t -fo r min g effec t o f t r a dit io n a l p r esp l it t in g bl a st in g为和传统预裂爆破形成对比,聚能管炮孔深度、 孔径、炮孔角度等参数与传统预裂爆破钻孔参数相 同，最后进行预裂爆破，同时做好爆破后预裂缝的观 测以及半孔率的计算，爆破参数如表2所示。 爆破参数 参数值 爆破参数 参数值 表2采用新型聚能管的边坡预裂爆破参数 Table 2 Presplitting blasting parameters o f slo pe using the new shaped energ y g athering tube 预裂孔孔深/m10.5单孔药量/炖5 炮孔直径/mm90装药结构间隔装药 钻孔角度/63.4不耦合系数2.25 炮孔间距/m1.5装药长度/m7.5 孔数/个9填塞长度/m3 2.3试验结果对比及分析试验结果对比及分析 边坡预裂爆破的效果主要从预裂缝的成缝效果 和开挖之后边坡的平整度和半孔率等方面进行评 价⑼。通过多次爆破试验，相同地质条件,采用新 型聚能管的预裂爆破与传统预裂爆破的爆破效果对 比如下。 2.3.1 边坡及预裂缝成缝效果 采用新型聚能管的预裂爆破和传统预裂爆破成 缝效果如图6和图7所示，传统预裂爆破预裂缝过 大,对预裂炮孔顶部岩体的造成了一定的破坏,这是 由爆破漏斗引起的，开挖后边坡出现了垮塌、溜肩现 图7采用新型聚能管的预裂爆破成缝效果 Fig. 7 Effec t o f p r esp l it t in g bl a st in g o n jo in t fo r ma t io n wit h t he n ew sha p ed en er gy ga t her in g t ube 2.3.2边坡坡面的平整度和半孔率 从边坡坡面平整度来看，其平整度均小于 GB50201-2012 土方与爆破工程施工及验收规 范中规定的15 c m限值，符合验收规范要求; 通过比较，采用新型聚能管的预裂爆破边坡平整度 要优于传统预裂边坡，坡面更平顺，可活动碎石较 少，如图8和图9所示。 第37卷第2期林飞新型聚能管在边坡预裂爆破中的研究与应用119 图8传统预裂爆破后的坡面 Fig. 8 Sl o p e sur fa c e a ft er t r a dit io n a l p r esp l it t in g bl a st in g 图9采用新型聚能管的预裂爆破后的坡面 Fig. 9 Sl o p e sur fa c e a ft er p r esp l it t in g bl a st in g wit h t he n ew sha p ed en er gy ga t her in g t ube 坡面半孔率采用｛GB50201-2012 土方与爆破 工程施工及验收规范的计算公式 1 式中Z。为检验区域残留炮孔长度总和;厶。为 检验区域预裂炮孔长度总和。 通过计算传统预裂爆破后的边坡半孔率巧 48,采用新型聚能管的预裂爆破后的边坡％ 85，采用新型聚能管的预裂爆破边坡半孔率远高 于传统预裂爆破。 通过试验对比,在相同边坡预裂长度的前提下, 采用新型聚能管的预裂爆破，增大边坡预裂孔孔距 增大,降低单孔药量,降低了边坡施工成本，取得了 优于传统预裂的爆破效果。边坡平整度和半孔率成 果如表3所TH。 表3边坡平整度和半孔率成果表 Table 3 Fo rmula o f slo pe flatness and half po ro sity 预裂爆破 方式 孔距/ m 单孔药量/ k g 平整度/ c m 半孔 率/ 传统预裂 爆破 1.071448 新型聚能管 的预裂爆破 1.55785 3结语 采用新型聚能预裂爆破技术对永嘉县垃圾焚烧 发电厂边坡工程进行预裂爆破对比试验,获得如下 结论 1 依据聚能原理设计的新型聚能管能够控制 炸药能量作用于预裂缝方向，采用新型聚能管装药， 在减少钻孔数量和炸药使用量的同时达到了更好的 预裂爆破效果。 2 由于新型聚能管装药作用效应的方向性， 爆破后预裂缝沿炮孔中线贯穿、裂缝小且坡面更平 顺、可活动岩石较小,成缝效果好,能够成倍提高半 孔率。 3 新型聚能管的使用能够有效地降低边坡施 工成本,经济效益显著，可以将此技术推广到其他工 程应用。 参考文献参考文献References [1] 祁永东.大孤山铁矿不耦合装药预裂爆破生产试验研 究[D].鞍山辽宁科技大学,2015. 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