宽孔距爆破施工工法

'宽孔距深孔微差控制爆破施工工法机械化公司徐建如宽孔距深孔爆破施工工艺，是在深孔爆破技术的基础上，采用加大布孔间距及钻孔深度，合理的装药结构(间隔分段装药)应用非电起爆系统，以非电导爆管的特点，只用23个段别，组成孔内、孔外延期起爆网路，一次可起爆多排甚至几十排的爆破工艺。该爆破工艺在沪宁高速公路及南京友谊路路堑石方开挖推广应用中取得了较好的经济效益和社会效益，改变了过去在大型石方爆破中沿用的小孔距、浅孔小台阶爆破的作业方法。一、该工法与小孔距浅孔台阶爆破相比有如下特点和效益:1、钻孔凿岩时间减少,一次起爆量大(一次能起爆多排，甚至几十排炮孔)，爆堆集中且利于装运。2、工效明显提高，与小孔距浅眼小台阶爆破相比工效提高40%。3、大大改善了石方破碎效果，减少二次解小工作量约50%，保证了工程质量,降低成本约35%。4、控制了爆破飞石，确保了施工安全，减少一些不必要的安全防护工作。5、能在有杂散电流、静电、射频电或雷电干扰的爆区环境无法进行电爆起爆的情况下正常安全施爆，加快了工程进度。6、采用非电导管爆管起爆系统网路，提高传爆可靠性，安全性好，瞎炮率大大降低。7、经测试微差爆破的地震效应比齐发爆破降低三分之一至三分之二，因而大大降低爆破副作用对周围环境的影响。二、宽孔距深孔爆破原理 ㈠基本要求我们通常将孔径在50mm以上及深度在5m以上的钻孔称为深孔，一般是在台阶上或事先平整的场地上进行钻孔作业，并在深孔中装入延长药包进行爆破。宽孔距深孔爆破必须满足不同开挖的工程技术要求，即能全面改善爆破质量,又要改善爆破技术经济指标，降低工程成本基本上无不合格的大块，无根底，爆堆集中和具有一定松散度，能满足铲装设备高效率装载的要求，并且降低爆破的有害效应，减少后冲、后裂和侧裂，降低爆破地震、噪声、冲击波和飞石的危害。改善爆破技术经济指标(指提高延米爆破降低炸药单耗)，并在改善破碎质量的前提下，使钻孔、装载运输和机械破碎等后续工序发挥高效率，使其工程综合成本达到最低，采用宽孔距深孔微差爆破工艺能保证上述施工要求的同时，使其工程的综合成本达到最低。㈡原理从布孔方式看，多排布孔一般有方形、矩形及三角形(即梅花形)三种布孔方式，从能量均匀分布的观点看，以等边三角形布孔最为理想，为了改善爆破质量而且可以增大爆破规模以满足大规模开挖的需要，目前多采用为了增加一次爆破量广泛推广大区多排孔微差爆破技术。 采用宽孔距深孔布孔，与过去沿用的小孔距、浅孔小台阶爆破工艺相比，由于合理的加大孔间距(根据公式a=mw1，a孔距，m密集系数，w1底盘抵抗线)一次起爆相同的工程量，大大的降低了钻孔工作量，并且减少重复超深钻孔和造成根底岩石得不到有效的破碎，从而提高了工效，使其工程的综合成本达到最低，但要注意:过大的底盘抵抗线会造成根底多，大块率高，后冲作用大；过小则不仅浪费炸药，增大钻孔工作量而且岩块易抛散和产生飞石危害。因此，在考虑上述因素的同时，尤其是大区多排孔微差爆破，第一排孔往往由于底盘抵抗线过大，应选用较小的密集系数，以克服底盘的岩石阻力。合理的孔深在保证堵塞质量的前提下，对改善爆破效果和提高炸药量利用率具有重要作用，过去沿用的小孔距浅孔小台阶爆破，钻孔的有效利用率(减去堵塞长度)只占1/3～2/3，堵塞长度过长将会降低延米爆破量，增加钻孔费用，而且炸药集中在底部，因而造成中部和上部的岩石得不到有效的破碎，大块率高且易产生飞石。合理的堵塞长度能降低爆炸气体能量损失和尽可能增加钻孔装药量。合理的装药结构是改善和提高爆破破碎的有效途径，尤其是多排孔微差爆破和宽孔距效果更好，当孔深不大于18米时，采取分段间隔装药(一般23段为宜)，中间用空气或炮泥隔开。以避免炸药过于集中在深孔下部，从而使炮孔中部和上部岩石获得良好的破碎效果，减少由于塌落而形成的大块，深孔最下一段装药量可占总装药量的50%～70%。由于宽孔距深孔微差爆破工艺，创造性的开发应用，并以四通为联接件的环形起爆网路，楔形微差爆破网路等以非电导爆管雷管起爆系统，经过合理的孔内和孔外微差设计，延期间隔时间是十几毫秒到几十毫秒，由于前后相邻药包爆炸起爆时间间隔极短，致使各药包造成的能量相互发生影响而产生一系列良好的效果:①加强了入射波(压缩波和反射拉伸波)在自由面方向的破碎岩石的作用)。使爆破能量充分利用破碎岩石，从而减少二次解小工作量，提高工效40%。②后起爆的岩体朝向新形成的补充自由面飞散产生相互碰撞，充分利用动能产生补充破碎效果，降低工程成本35%，并可使爆堆比较集中而不产生飞散较远的碎块，从而避免了飞石，确保爆破安全，提高了装铲能力。③ 由此产生的震波能量是分散的，经测试微差爆破比齐发爆破的地震效应可降低1/3～2/3，因而大大降低爆破副作用对周围环境的影响，有利于生态环境保护。三、爆破参数选择H为台阶梯段高度；W1为前排钻孔的底盘抵抗线；L为钻孔度；L1为装药长度；L2为堵塞长度；L3为装药间距长度；h为超深；α为台阶坡面角；b为排距；B为台阶上眉线至排孔口的距离；W为炮孔的最小抵抗线，W1为底盘抵抗线。选择爆破孔网参数，要结合爆破的目的和技术要求，并根据岩石的性质及现场实际情况合理正确的选用，并在现场试爆后调整到最佳效果。㈠钻孔形式:深孔爆破钻孔形式分为垂直钻孔和倾斜钻孔，从爆破的效果看以倾斜钻孔为宜。㈡布孔方式:从能量均匀分布的原理看，以等边三角形布孔最为理想。㈢深孔爆破参数a、台阶梯段高度H:台阶高度主要考虑为钻孔、爆破和铲装创造安全和高效率的作业条件，一般情况下选用梯段高度在12～18米为宜；b、钻孔直径d:选用CLQ-15潜孔钻机钻孔直径d=100～150mm； c、钻孔角度:选用α=75°；d、孔深L:按经验公式L=H/simα+h米；e、超深h:0.5米～1米，(平台不得超深)，当岩石松软时取小值，岩石坚硬时取大值。f、底盘抵抗线W1或排距b:①根据钻孔作业的安全条件W1≤Hctgαa+β(H≥2.5～3m)②按台阶高度W1=(0.6～0.9)H根据经验和公式取4～4.5米；g、孔距a:①按公式a=MW底，M密集系数，通常M值大于1.0，在宽孔距爆破中更大一些，根据经验取a=4.5米。②根据排距与孔距的关系，b=a·sinα60°=0.866a;h、单位耗药量q:根据经验和查表可得q=0.45～0.6kg/。风化岩石取小值，坚硬岩石取大值；i、装药量Q:多排孔爆破的第一排孔的每孔装药量按下式计算Q=q·a·W底·H；多排孔爆破的第二排孔起，以后各排的每孔装药量Q=k·q·a·b·H，K考虑受前排各排孔的岩体阻力作用的增加系数，一般取1.1～1.2；j、堵塞长度L2:合理的堵塞长度应能降低爆炸气体产物能量损失和尽可能增加钻孔装药量，对改善爆破效果和提高炸药能量利用具有重要作用，一般堵塞长度不小于W底的0.75倍或20～40倍孔径，根据经验取4.5～5.0米；K、间隔长度L3:为避免装药过于集中在深孔的底部，改善炮孔中部和上部的岩石破碎效果采取间隔装药，根据经验L3取2.5～4.5为宜。岩石松软时取大值，岩石坚硬时取小值。 L、微差时间:合理的微差爆破间隔时间对改善爆破效果与降低地震效应具有重要作用。微差间隔时间过长则可造成先爆孔破坏后爆孔的起爆网路，过短则后爆孔可能因先爆孔未形成新的自由面而影响爆破质量。①按公式△t=KpW底(24-f)，式中:△t微差间隔时间ms;kp岩石裂隙系数，一般取0.5～0.9，对于裂隙少的取小值，裂隙发育的岩石取大值。f岩石坚固性系数。②根据经验:一般微差间隔时间取25～50ms。四、爆破网路设计㈠起爆方法:采用非电导爆管雷管起爆系统，三角形(梅花形)布孔对角起爆法或V型起爆法，以形成小抵抗线宽孔距爆破，使深孔实际密集系数增大到3-8，以确保岩石破碎质量。㈡爆破网路:除上述布孔和起爆方法外，也可采用矩形布孔，楔形微差爆破网路。 采用上述网路设计有以下特点:1、一般情况下，在同样孔数的微差爆破中，它的微差分段数要超过其它联接方法的分段数，可以降低爆破震动效应，改善爆破破碎质量。2、它相当于实现了各排的孔间微差爆破，后冲小，向自由面抛掷作用较小，有利于下一循环的穿爆作业。3、结合采用四通联接的环形起爆网路(见图5)省去大部分爆破现场的地表雷管，提高传爆可靠性，安全性好，但要求操作人员技术熟练程度高。 另外选择微差间隔时间还需注意下列因素:1、岩石的性质包括岩石的致密程度，裂隙的发育程度。在硬岩中宜采用较短的间隔时间，软岩中采用较长的间隔时间。2、最小抵抗线、孔距、排距等孔网参数越大，所取间隔时间也应越长。3、注意起爆方式孔间微差的间隔时间应比排间微差的短。4、要慎重考虑导爆管的附加延期时间，由于导爆管的爆速不大于2000m/s，即导爆管的每米传爆时间在0.5ms以上，应注意微差爆破的首段时间，当首段药包爆破后将产生飞石、空气冲击波和地震等，一般爆破飞石速度小于100m/s，冲击波速度不大于1400m/s。均小于导爆管的爆速，但地震波传播速度可高达5000m/s，远大于导爆管的爆速，这就可能导致由于地震波的作用使尚未传播的导爆管网路受损而影响稳定传爆从而引起瞎炮，为防止这一情况的发生，应保证在首段药包起爆前，导爆管已传爆了网路最远点雷管，这就需要选择恰当的首段雷管的段数，确保爆破网路的安全稳定传爆。5、由于目前厂家生产的导爆管、非电毫秒雷管都有一定的段差，而且各不一样，所以说间隔时间不能任意选择。应在现场进行小范围试爆后，然后调整到最佳效果。6、在选择孔网参数时，微差爆破第二排及以后各排孔采用小排距，大孔距更能增加岩石的破碎程度，降低大块率。在变化排距和孔距时，应尽量使每孔承担的爆破岩体体积不变，即:W底×a=常数。五、施工工艺(一)、施工工序 宽孔距深孔微差控制爆破的施工作业程序可参照图表1进行。图中作业项目的内容是必须做到的，实际施工作业可视爆破工程的重要性、作业地点，爆区周围环境的复杂程度和施爆对象的爆破难易程度等具体 情况作必要的增减。(三)、施工机具设备 该工法应用的机具设备有:潜孔钻机、空气压缩机、经纬仪、水准仪，起爆器。(四)、劳动组织单机跟班作业人员(一台潜孔钻、一台空压机)由10～15人组成。爆破总指挥1人。负责爆破工作的组织领导及安全工作。爆破副指挥兼技术负责人1人。负责爆破施工组织设计，施工技术措施、安全防护措施等工作。测量放线工3人。负责炮孔布置、钻孔角度、孔位标高及装药长度、间隔长度和堵塞长度测量及警戒等工作。凿孔爆破工6人。负责钻孔、药包加工、炸药和起爆材料领取及检测、起爆网路连接与检查，炸药填塞等工作。力工3人，负责填塞炮孔，协助凿孔爆破工凿岩钻孔及做好安全警戒工作。六、工程实例(一)、高等级公路路堑石方开挖该工法在沪宁高速公路G2标段7个石方开炸区的推广应用中，仅对该标段的K264+156～500(石门堰水库)和K265+240～720(珠山)两个爆区为例:该爆区的石方均为风化岩，其中软岩石占58%，次坚岩占29.8%，坚岩占12.2%，软质岩主要为粉砂质泥岩，次为泥岩及粘土岩。硬质岩除有灰岩石英砂岩等沉积岩外，尚有粗安岩，花岗闪长斑岩及闪长玢岩。最大开挖高度47.2米。珠山爆区距宁杭公路最近点约150m，距南京电子管厂仓库最近点约20米，离高压输电线(1.1万伏)最近点不足20米 ，爆区环境较为复杂，另外根据沪宁高速公路《技术规范》要求，对用于填筑路基的石方粒径不得大于每层填厚的1/3，即石方爆破粒径控制在15厘米以内。根据该爆区的实际情况，采用了宽孔距深孔微差控制爆破工艺，三角形和矩形布孔，非电导爆管微差起爆系统，楔形微差爆破网路，孔网参数选择见下表:宽孔距深孔微差控制爆破参数表序号项目符号单位参数备注1梯段高度Hm12～162钻孔直径dmm1503钻孔角度α度754孔深LmH/sinα+h平台不得超深5超深hm0.5～1.0岩石松软时取小值，岩石坚硬时取大值。6最小抵抗线或排距ωbm4～4.57孔距am4.5～5.08单位耗药量qkg/m30.45～0.6岩石松软时取小值，岩石坚硬时取大值。9装药量QkgQ=qaω底H第二排以后每孔增加系数K＝1.1～1.210堵塞长度L堵m4.5～5.011间隔堵塞长度L堵m2.5～4.512微差时间tms25～50(二)、经济效益和社会效益在沪宁高速公路G2标段推广应用，取得了较好的经济效益和社会效益，该标段石方爆破工程量约92万，占全段路基工程量的85%。对全段工程能否顺利完成至关重要，采用该工法后，与过去沿用的小孔距浅孔小台阶爆破工艺相比:①在不拆除高压线的情况下，提前工期30天；② 有效地控制了石方爆破粒径，确保工程质量,降低工程成本约72万元；③控制了爆破飞石，确保了施工安全；④提高工效40%，加快了施工进度；⑤减少了地震波对周围环境的影响，确保沿线企事业单位、居民生活工作正常;⑥为国家节约能源(节约炸药36吨，导火索1.8万米，钢材1.6吨)；该工程质量得到了交通部及沪宁高速公路专家评审组的高度评价，评语为“国际先进，国内第一。”该工艺技术1994年度获中建八局机械化施工公司科技推广一等奖，中建八局二等奖，中建总公司QC成果三等奖，南京市科技二等奖。“论文”编入《中建总公司“八五”科技汇编》中。执笔:徐建如_'