吴求忠 李同鹏

（1.安徽枞阳海螺水泥股份有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司）

安徽枞阳海螺水泥股份有限公司是安徽海螺水泥股份有限公司沿长江建设的大型熟料生产基地之一，成立于2000年6月，现拥有2×2 500 t/d+5 000 t/d+10 000 t/d+2×5 000 t/d 共6 条熟料生产线，欧山水泥用石灰岩矿是其配套矿山。矿山现有4 台锤式破碎机：位于矿区南侧+46 m 位置的1 台双转子破碎机服务一、二期2×2 500 t/d+5 000 t/d 共3 条熟料生产线，位于矿区东侧+63 m位置的2台单转子破碎机服务三期10 000 t/d熟料生产线，位于矿区东侧+63 m位置的1 台双转子破碎机服务四期2×5 000 t/d 共2 条熟料生产线。

随着二期5 000 t/d 熟料生产线窑综合效能提升技改项目的实施，原一期2×2 500 t/d、二期5 000 t/d熟料生产线配套的一台双转子破碎机产能不足，需要在现有一、二期石灰石破碎机旁新增一台双转子破碎机，其卸料平台标高为+46 m，破碎平台标高为+35 m，篦筛篦条间隙为70 mm，设计生产能力1 500 t/h，新增破碎机出料皮带（规格型号1 800 mm）1台、皮带机（规格型号1 200 mm）1台，接至一期皮带（规格型号1 200 mm），利用现有一期圆形堆料机，供应一期2×2 500 t/d熟料生产线所需石灰石，原一、二期双转子破碎机篦筛篦条间隙改为50 mm，供应二期提产后的熟料生产线所需石灰石，现有二期圆形堆料机堆料产能由900 t/h增至1 200 t/h。

新增破碎机基坑开挖爆破施工是影响窑系统综合效能提升技改项目按期投产的关键环节，必须保证安全、快速施工。

1 工程概况

1.1 新增破碎机基坑开挖位置概况

新增破碎机位于矿区南侧山脚，其卸料平台标高为+46 m，破碎平台标高为+35 m，该位置西侧毗邻一、二期破碎机，南侧距离一期圆堆大棚最近距离仅41.1 m，西侧距离一、二期破碎机36.4 m，距离一、二期破碎电力室62.7 m，工程开挖量总计约67 万t。新增破碎机区域位置见图1。

1.2 工程地质概况

新增破碎机基坑开挖区域地质条件十分复杂。欧山石灰岩矿矿层为三叠系下统南陵湖组灰岩，整个矿区内断裂构造较发育，共查明6 条，其中F2 断层贯穿新增破碎机基坑区域，断层破碎带发育，宽0.5～8 m，破碎带内岩性主要为断层角砾岩，角砾成分主要为灰岩碎块，呈棱角状、次棱角状，为方解石及铁泥质胶结。矿区节理裂隙较发育，节理面为方解石及棕红色泥钙质充填，裂隙切割矿体深部，受地表水溶蚀作用，浅部形成溶蚀裂隙，深部为方解石及棕红色泥钙质及灰岩碎块充填，充填物松散胶结。由于断层发育规模较大，断层破碎带较宽，角砾岩胶结不紧密，受外力作用时易碎裂，强度较低，同时节理裂隙较发育，结构面切割矿体，降低了岩体的完整性，爆破开采时易发生飞石、垮落，对基坑开挖工程有一定影响。

2 施工难点

根据设计方案，新增破碎机邻近原一、二期破碎系统，且距离一期圆堆大棚较近，采用非爆破方式开挖将大大延长施工周期，不能与二期窑系统综合效能提升技改项目同步投产使用，造成石灰石破碎产能不足，直接影响窑系统稳定运行，因此，选择爆破开挖方式成为最佳选择。本工程周围环境十分复杂，爆破施工安全系数低、难度大，主要表现在以下几个方面：

（1）基坑开挖位置拥有山坡原始地貌，植被茂密，地形测量、放样不便，大型工程机械不具备直接作业的条件。

（2）开挖区域处于山坡位置，爆破自由面少，若采用传统的爆破方式，抛掷方向正对一期圆堆大棚，爆破飞石可能会损坏大棚，造成严重的经济损失。

（3）新增破碎机位置距离原一、二期破碎机，电力室距离很近，爆破振动、飞石可能会对周边建（构）筑物造成一定影响，造成原一、二期破碎机，电力室基础和设备不可预见的损伤，影响原系统正常运行。

（4）基坑开挖所处位置有F2断层贯穿而过，节理裂隙较为发育，软岩、溶洞、裂隙及断层分布情况无法准确判定，给钻机穿孔作业、爆破装药施工带来很大难度。

（5）开挖工程土方量大、工期紧，爆破后需要及时将土方运走，因此，爆破效果决定了运输效率，必须尽可能地减少根坎和大块。

3 施工方案与工艺

目前，中深孔爆破及控制爆破技术广泛应用于露天采矿、地下矿山开采、工程开挖等多个领域，但在受限空间一次性应用多种爆破技术并且取得良好效果的案例报道较少。本项目是在受限空间复杂环境下新增破碎机基坑开挖工程，将采用水槽爆破中心起爆技术、垂直预裂爆破技术、毫秒延期逐孔起爆技术、中深孔爆破技术等多种爆破技术施工，通过细化方案、严密组织、精心施工、层层防护，确保工程开挖顺利进行，同时保证安全与进度受控。

3.1 测量放样和采准施工

根据设计方案，在计算机上计算好相应点位坐标并导入RTK 测量仪，开展现场放样，圈定大致开挖范围。按照“先剥离、后开采”的原则，利用PC400 型挖掘机对开挖范围内植被、表土、风化层等进行剥离，并制作钻孔平台，采用RTK 测量仪实施地形测量并成图，为后续施工创造条件。

3.2 穿孔设备和爆破器材

利用测量好的地形图，根据设计方案及现场情况，确定不同位置炮孔深度数据，使用CM765 型液压潜孔钻机钻孔。穿孔施工需要分批次进行，主要考虑到单次爆破规模及形成CM765 型钻机作业平台。根据现场环境及施工可操作性，选择粉状乳化炸药及胶状乳化炸药，其中，胶状乳化炸药药卷直径为32 mm和90 mm；使用澳瑞凯高精度非电导爆管雷管起爆。

3.3 爆破方案和技术参数

3.3.1 爆破方案

本工程采用中深孔爆破，邻近原一、二期破碎系统，一期圆堆大棚以及需要被保留岩体边界处使用CM765 型钻机按照设计参数钻孔，实施垂直预裂爆破；主体开挖区域利用CM765 型钻机按照设计要求钻孔，采用水槽爆破中心起爆方式及毫秒延期逐孔起爆技术，主要目的是改变抛掷方向，创造更多的自由面，便于铲装设备作业，同时确保爆破安全及爆后效果符合要求。单次爆破规模需要根据理论计算和现场实际情况确定，以降低爆破危害为前提。通过多次水槽爆破，逐步扩大自由面，最终具备大型工程机械作业条件，提高作业效率。

3.3.2 技术参数

3.3.2.1 爆破漏斗试验

采用标准抛掷漏斗来确定炸药单耗，即爆破作用指数n==1.0，θ=90°，爆破漏斗见图2。

炸药单耗计算公式为

式中，Q为爆破漏斗试验药包质量，kg；ρ为岩石密度，kg/m3；V1为爆破漏斗体积，可以根据爆破漏斗试验后进行计算，m3。

实际上，随着药包埋深的增加，爆破漏斗体积逐渐增大至某一数值后逐渐减小，最终不出现爆破漏斗，出现爆破漏斗体积最大的药包埋藏深度称为最优深度［3］。中深孔爆破也可以按药包最优埋置深度来开展爆破漏斗试验［4］，炸药单耗为

式中，M为漏斗爆渣质量［5］，kg。

取上述2 种计算方法的平均值，并进行适当修正，确定本次工程开挖炸药单耗参考值q0=0.17 kg/t。

3.3.2.2 预裂爆破参数

考虑到爆源距原一、二期破碎机很近，需实施预裂爆破，以减小爆破振动。根据矿山以往完成的边坡控制爆破实际经验资料，采用工程类比法，确定预裂爆破参数。同时，为进一步减弱爆破振动的影响，在靠近原一、二期破碎机方向，在爆破体与被保护物之间钻凿不装药的双排防振孔，防振孔平行于预裂孔［6］，距离预裂孔2 m，防振孔孔距为0.5 m，排距为0.5 m，孔深为11 m，理论上防振孔降振率可达30%～50%［2,6］。

3.3.2.3 水槽爆破参数

采用三角形布孔［2］，炮孔直径D=140 mm，孔深L=5～10.5 m，超深h根据经验值取0.5 m，考虑到飞石的影响，填塞长度Lt=3.8～5.5 m。

按单孔装药条件（巴隆公式）计算，孔距为

式中，D为炮孔直径，m；m为炮孔密集系数，一般取1.2～1.5；Δ为装药密度，kg/m3；τ为装药系数，为0.35～0.65；q为单位炸药消耗量［2］，kg/m3。

计算得出孔距a=8.8 m。

排距计算公式为

计算得出排距b=7.6 m。

根据经验公式，孔距为

式中，m为炮孔密集系数，水槽爆破仅一个自由面，应选用较小的密集系数；系数K取值见表1。

表1 K值范围

计算得出孔距a=4.2 m，排距b=3.6 m。

综上所述，并结合日常矿山爆破参数进行修正，选取水槽爆破孔距a=6 m，排距b=3.6～4 m。

水槽爆破参数及预裂爆破参数见表2。

表2 水槽爆破及预裂爆破参数

3.3.3 装药结构与起爆网路

采用粉状乳化炸药及胶状乳化炸药装药，考虑到爆区距离建（构）筑物较近，主炮孔和缓冲孔采用孔底间隔与空气分段装药结构，尽可能降低单孔药量，孔内管使用澳瑞凯非电导爆管毫秒延期雷管，每孔4发，孔内上段药柱2发雷管延时400 ms，下段药柱2发雷管延时375 ms。预裂孔采用不耦合连续装药，孔内管使用澳瑞凯非电导爆管毫秒延期雷管，每孔2 发，孔内中部雷管延时400 ms，底部雷管延时375 ms。预裂孔、缓冲孔及主炮孔装药结构见图3。

按照设计要求进行填塞后开展网络连接，采用澳瑞凯非电导爆管地表延时雷管。起爆时序为预裂孔先爆（每4 个预裂孔为一组齐爆，共7 组，组与组之间使用9 ms 澳瑞凯毫秒延期雷管连接），而后主炮孔起爆，最后缓冲孔起爆，主炮孔及缓冲孔采用毫秒延期逐孔起爆技术，可以使先爆孔产生的振动波与后爆炮孔的振动发生相互干扰或峰值不能叠加而错开，导致爆破产生的最大峰值减小。国内矿山的一些工程试验表明，采用毫秒延期爆破与采用瞬发爆破相比，平均降振率为50%，毫秒延期段数越多，降振效果越好［7］。起爆网络连接见图4。

3.3.4 现场安全防护

考虑到可能产生飞石带来的影响，施工过程中必须保证填塞长度及填塞质量，填塞完成后还需利用废旧皮带对孔口进行覆盖，并利用袋装黏土进行压实，同时落实好人员警戒措施，确保不产生飞石而损害附近建（构）筑物。

3.3.5 爆破振动安全验算

根据《爆破安全规程》经验计算公式

式中，v为地面质点峰值振动速度，cm/s；Q为炸药量，齐爆时为总装药量，延时爆破时为最大一段装药量［8］，kg；R为建（构）筑物到爆源的距离，m；K,α为相关系数，根据岩石性质，K=150～250，α=1.5～1.8［2］。

预裂爆破每组4 孔齐爆，齐爆药量约30 kg，最近距离R=36.4 m，在未采取措施的情况下，计算预裂孔齐爆振动速度v1=4.98 cm/s，由于在爆破体与被保护物之间钻凿了双排防振孔，降振率可达30%～50%［9］，因此，理论上预裂爆破本身产生的爆破振动最大峰值在3.5cm/s 以下，符合工业建筑物爆破振动安全允许标准［10］。

主炮孔最大一段装药量为45 kg，最近距离R=36.4 m，在未采取措施的情况下，其爆破振动速度v2=6.1 cm/s，由于实施了预裂爆破，钻凿了双排防振孔，并且采用了毫秒延期逐孔起爆技术［11］，因此，主体爆破本身产生的爆破振动最大峰值在3.05 cm/s 以下，符合工业建筑物爆破振动安全允许标准［10］。

3.3.5 爆破效果

水槽爆破后，中心位置隆起3～4 m，未见明显大块，由于防护工作到位，未出现飞石损伤建（构）筑物的情况，原一、二期破碎机系统均无异常，正常运行，爆破质量达到了预期要求。

3.4 爆破后续作业施工

（1）运输系统。在原一、二期卸料平台修筑水平联络道至水槽爆破开挖边界，与原主运输道构成新的运输系统。

（2）新水平准备。开挖的总体顺序是从水槽中心向四周辐射推进，受限于现场实际环境，需逐渐准备新水平。首先在水槽隆起区域的适当位置，利用PC400 型反铲修筑从上而下的运输道路，及时利用TR50 型矿车将石方运至一、二期破碎系统，通过破碎、均化等工序送至厂区用于煅烧熟料。通过多次水槽爆破，不断扩大水槽空间，逐步完成新水平运输系统，待新水平准备工作结束，具备大型工程机械作业空间后，调整使用RH40-E 型液压正铲挖掘机，提高挖掘能力。

（3）基坑开挖。按照方案，分层开挖至设计标高，实施动态测量，继而向远离原一、二期破碎系统的方向拓宽，主要为后期设备安装提供作业场地。本次开挖石方工程累计完成67 万t，按期交付施工场地。基坑开挖完成后现场见图5。

4 结 语

新增破碎机基坑开挖工程于2021 年4 月9 日—9月5 日完成爆破及开挖作业，目前土建工程基本完成，即将交付。基坑开挖过程中克服了地质环境复杂，离一期圆堆、破碎机及电力室距离近，爆破自由面少、爆破振动与爆破效果要求严格，工程量大、工期紧等诸多困难，解决了受限空间复杂环境下爆破施工安全问题与爆破效果问题。采用水槽爆破方式改变抛掷方向，综合运用垂直预裂爆破、中深孔毫秒延期逐孔起爆技术，通过试验合理确定爆破参数，选用预裂孔不耦合装药、主炮孔及缓冲孔孔底间隔与空气分段装药结构，顺利完成新增破碎机基坑开挖爆破施工。同时，通过水槽中心辐射扩散推进法解决大型工程设备作业空间问题。此案例的成功实施，可为类似工程提供参考与借鉴。不足之处是未采用相应的测振设备开展爆破振动监测，将在后续工程中逐步完善。