准预裂爆破在大型硐室开挖中的应用(1).pdf

第 “卷第期 年 月 爆破 “ , - - . / 0 “ - H B 9 ’ M FJ K I 9 L E 8 , I E 9 B M I B 9 ; B , - 7 ’ ’ ; F 9 I , I - 8 9 M , - - ’ 8 - ,O 9 B 7 B 7 , 9 I H B ; , I ’ N B 7 , B 8 9 B 9 ’ E 8 , I E 9 B M I B 9 ;，B 7 ,J K I 9 L E 8 , I E 9 B M I B 9 ;O 7 9 - 7, 8 ; , I B 7 ,7 ’ , I E - ,O I K I , B ’ - 7 9 , H , B 7 , , N N , - B 9 H , , I I B 7 B - ’ B M , - 7 9 , H , O 9 B 7 I D ’ ’ B 7M I B 9 ;， B ’ 9 D E 8 ’ H , B 7 , , - ’ ’ D 9 - M , , L N 9 B I 9 D E , D , B B 9 ’ E 8 ’ - , I I 7 AB / 6 C 4J K I 9 L E 8 , I E 9 B M I B 9 ;；’ H , 8 L , - H B 9 ’ ；I D ’ ’ B 7M I B 9 ;；B 8 9 B 9 ’ E 8 , I E 9 B M I B 9 ; 工程概况 本钢南芬铁矿胶带运输排岩系统 胶带驱动 站硐室位于南芬铁矿上盘矽石山内。硐室断面为半 圆拱， 长P D， 宽 P D， 高 4D， 是目前冶金系 统中最大的硐室。硐室围岩为石英岩， 结构面发育， 整体性及稳定性均较差， 需要采用特殊的施工方法 和爆破方法， 才能保证硐室围岩的稳定。 硐室的开挖顺序 根据硐室的跨度和围岩情况， 采用 “先拱后墙” 的开挖顺序。即先在硐室底板开挖3条断面为 4 收稿日期 . “ . 0 作者简介 刘月美 （ “ P 4.） ， 女； 本溪 辽宁省本钢矿建公司 凿岩分公司工程师5 DQ 4D的平巷， 在每条平巷中均匀地布置条 断面为 DQ D的天井， 用作硐室拱部开挖 的溜渣。对天井采用 “笨工” 法施工。天井施工完成 后， 沿着中间平巷内的天井上到R D水平， 进 行硐室拱部开挖 （见图） 。图中“表示开挖顺 序。 3 硐室开挖施工中存在的问题 该硐室跨度大， 围岩的稳定性较差， 所以应采用 对围岩扰动较小的光面爆破和预裂爆破技术。光面 爆破比预裂爆破的钻孔工作量小， 对该硐室拱部开 挖时采用光面爆破法。由于该硐室围岩节理裂隙发 育， 辅助炮孔爆破时， 预留的光爆层多被破坏， 厚薄 不均， 严重影响了光面爆破的质量。有的地方满足 不了光面爆破的要求， 不能进行光面爆破， 只能用普 通的爆破方法处理欠挖部分， 使得硐室顶板超挖严 万方数据 图硐室开挖施工顺序示意图 （单位 “） 重， 同时也降低了围岩的稳定性， 造成顶板冒落， 超 挖和冒落总量超过 “ 。给后期的施工和使用 带来极大的安全隐患， 增加了工程成本。在这种情 况下， 决定采用准预裂爆破方法。 准预裂爆破 ’ 准预裂爆破及优点 准预裂爆破是相对经典预裂爆破而言的。经典 预裂爆破是沿着设计的轮廓线布置一平行的炮孔， 孔内采用不耦合装药， 轮廓炮孔同时并且先于主爆 炮孔起爆的一种控制爆破技术。预裂爆破保护了围 岩的完整性， 可减少超挖量， 节省工程投资， 开挖面 平整， 有利于后期施工作业。经典预裂爆破的主要 标志是 残留半边孔壁， 无明显的爆破裂隙， 开挖面 平整。而实现这一目标的必要条件是炮孔间距较 小， 炮孔间距仅为“（ ） ，为炮孔直径， 这使得凿岩作业时间和工程成本都有所提高。 准预裂爆破不刻意追求壁面平整光滑和半孔率 及孔壁无明显爆破裂隙， 从而可以适当地增加炮孔 间距， 炮孔间距可达 （ ） 。 ’ 准预裂爆破参数 （）孔直径 “ “； （）炮孔间距“ * “ “； 本工程取 “ “，式中为炮孔 间距系数，取 。炮孔布置如图 图预裂炮孔布置示意图 （） 线装药密度“ ； 式中，为炸药系 数， 坚硬岩“ ’ ， 中硬岩“ ’ ’ ,， 软岩 “ ’ ’ 。 （） 单孔药量“ ， 为炮孔深度，“。 （,） 不耦合系数*“／ ， 式中为药卷直 径， 为炮孔直径。不耦合装药能够降低炮孔承受 的峰值压力， 延长高压气体作用时间， 是实现预裂爆 破的必要条件。当炮孔直径为 ,“ “时， 采用 * ’ , ’ 比较合适。本矿没有用于光面爆破 和预裂爆破的小直径药卷， 只能用 “ “的标准药 卷。因此* ／ ’ ,。 （） 装药结构 采用标准药卷， 空气间隔装药， 如图。由于炮 孔底部夹制作用大， 需增加药量。装药量一般为线 装药密度的倍。为延长高压气体作用时间， 孔口 必须用泥球填塞 , - “。岩石坚硬完整取小 值， 反之取大值。 图装药结构示意图 （*） 钻孔深度及角度 炮孔深度 ’ “， 炮孔向上向外偏斜， 使孔 底落在设计轮廓线外, - “外。炮孔间要保持 平行， 孔底要落在同一平面内。 （） 起爆方法和顺序 预裂炮孔用导爆索联结， 一次点火起爆。先起 爆预裂炮孔， 再起爆主爆炮孔。 表准预裂爆破参数 岩石 孔距 ／ - “ 线装药密度 ／ . “/ 单孔药量 ／ . 填塞长度 ／ - “ 孔深 ／“ 坚硬岩石 , ’ 软岩石 * , , , ’ , 准预裂爆破效果 准裂爆破炮孔起爆后， 硬岩孔口出现宽, “ “的裂缝， 软弱岩孔口看不到明显裂缝。主爆炮 孔起爆后， 硬岩半孔率在 0以上， 软岩虽然看不 到半孔痕迹， 也完全杜绝了超挖、 冒落现象， 保证了 围岩的稳定性。 （下转第 页） , 第 1卷第期刘月美等准预裂爆破在大型硐室开挖中的应用 万方数据 预裂面隔断深孔爆破传递的爆炸冲击等多种因素对 边坡岩体的破坏 （包括预裂孔本身爆破对孔壁的危 害） 。 根据以往爆破经验， 先进行预裂爆破， 然后再进 行深孔爆破， 以确保边坡稳定。但根据实践调查， 因 预裂缝前方岩体宽厚， 岩体夹制作用造成爆炸应力 无法对预裂孔前方岩体产生破碎作用， 缓冲孔与预 裂孔之间岩体破碎程度差， 爆炸能量利用率低， 易留 根坎， 不利铲装， 而且是否单独预裂爆破对预裂面质 量及边坡稳定影响不大。 高速摄影表明， 炸药爆炸裂通长“岩体裂缝 所需时间约为“ ， 只要预裂孔超前主炮孔与缓冲 孔 “ 起爆， 使预裂孔的地震波主振相的 最大幅值与主炮孔在时间上错开， 使爆破地震波减 弱 ［］ ， 预裂孔之间形成的预裂缝完全可以隔断主炮 孔传来的爆炸应力波等不利因素的影响。为最大限 度地减低爆破震动对预裂面的影响， 进一步改善预 裂面的质量， 预裂孔可采用柔性垫层保护、 线型聚能 分段爆破， 主炮孔采用单孔单响的微差爆破技术。 当预裂孔爆破后， 在预裂孔周围岩体中产生应力场 与微裂隙， 而鼓包约需 “ 以后才破裂， 岩体应 力场及运动尚未停止， 爆生气体也尚未破裂逸出消 散， 这时主爆区起爆， 主炮孔与缓冲孔起爆的应力波 与预裂孔的应力波互相迭加， 入射波在预裂界面发 生反射时产生拉伸波， 从而拉裂岩体。而微差爆破 使缓冲孔前方岩体向前运动， 产生自由面， 减轻了预 裂孔前方岩体夹制作用， 改善爆破作用条件， 且相邻 孔之间岩体在破碎过程中存在岩块间互相碰撞， 得 到进一步破碎， 相应提高了炸药能量利用率。 金矿实践证明， 联合起爆方式更有利于各炮孔 爆炸应力联合作用， 从而使爆渣更松散， 破碎均匀， 岩坎根底现象大幅减少， 铲装方便， 清运后底板平 整， 大大提高爆破效果及质量， 因此推荐采用线型聚 能联合起爆方式进行预裂爆破 ［’］ 。 ’ 结语 （） 采用径向空气间隔底部储能腔爆破技术， 提 高炮孔利用率及整体爆破能量利用率， 不仅降低成 本， 而且使总体岩石破碎均匀程度提高， 并减少根 底。 （） 采用堵塞段小药包技术有效降低表面大块 率， 提高铲装效率。 （） 利用水偶合爆破技术及相应的工艺处理， 有 效解决炮孔积水问题， 节约处理水孔时间及费用， 降 低炸药消耗， 并有利于安全。 （） 采用柔性垫层保护、 线型聚能微差联合起爆 技术， 使爆渣岩石破碎与降低边坡破坏， 有效解决深 孔爆破与边坡保护两难技术问题。 紫金山金矿采用以上方案， 解决了影响深孔爆 破作用的主要因素， 大大提高了爆破质量及效果， 提 高产量， 降低成本， 技术经济指标明显。 参考文献 ［］ 中国力学学会工程爆破专业委员会爆破工程 ［*］ 北京 冶金工业出版社， ［］ 程玉泉中深孔底部储能腔大区段微差爆破 ［,］ 爆破 （） - ［］ 福建省富兴爆破工程局上杭县紫金山金矿中深孔爆 破施工组织设计方案 ［.］ ［］ 李德林中深孔微差爆破合理间隔时间的研究 ［,］ 爆 破， （） / - / / ［’］ 程玉泉大孔径线型聚能预裂控制爆破设计 ［.］0 0 （上接第 ’页） 1 结束语 （） 在跨度较大的大断面硐室开挖施工中采用 “先拱后墙” 的施工顺序， 在技术上是可行的， 在经济 上是合理的。特别是在围岩稳定性较差的硐室中， 辅以锚喷作为临时支护， 在安全上也能够得到保证。 （） 准预裂爆破可适当加大炮孔间距， 其孔距与 光面爆破相当， 还能达到光面爆破达不到的爆破效 果。同时， 由于凿岩工程量比经典预裂爆破大大降 低， 便于在实际施工中推广。 （） 在大多数工程实际中， 对半孔率、 壁面平整 度和爆破裂隙要求并不太严格， 片面地追求这些效 果也是一种浪费， 而在这些工程中采用准预裂爆破 的施工方法， 其进度和经济效益都得到了明显提高。 参考文献 ［］ 朱忠节， 何广沂岩石爆破新技术 ［*］ 北京 中国铁 道出版社， 2 1 ［］ 陈士海现代钻爆理论与技术 ［*］ 北京 煤炭工业出 版社， 2 2 爆破 年 月 万方数据