邱祥成

(徐州矿山化工有限公司)



深孔竖井爆破在风力发电基础开挖中的应用

邱祥成

(徐州矿山化工有限公司)

在风力发电基础开挖中，开挖区域岩石节理裂隙发育、完整性差，由于对孔底持力层要求严格、工期紧，采用深孔竖井一次性爆破技术，严格控制最大单段爆破药量，取得了较好的开挖效果。

深孔竖井爆破基础开挖

华能铜山风电场位于江苏省徐州市铜山区柳泉镇，东西跨距14.8km，南北跨距11.5km，面积约88.9km2。场址中心距铜山区北直线距离34km，距徐州市区北直线距离24km，装机容量100MW，本项目一期工程安装单机容量2.0MW的风力发电机组25台，年发电量2.02亿kW。该工程为可再生清洁能源，符合地区能源结构调整政策和可持续发展方向，有利于保护生态环境，具有显著的节能和减排效益。

工程所在区域为山岭地貌，地形起伏，中风化石灰石结构，岩石走向北东，倾角10°～30°，普氏硬度系数为7～10，矿岩容重2.2～2.58t/m3，工程地质条件为简单—中等复杂。典型的22#，西侧1.3km为空旷山地，东侧500m为一山村，南侧350m有居民房，北侧800m为乡村公路，爆破作业周围环境较好。

风电基础场地要求平整，风机采用中风化石灰石岩天然地基作为基础持力层，考虑工期紧、质量及爆破震动不得影响风机基坑底部持力层，结合开挖区域岩石节理裂隙发育、完整性差的特点，采用深孔竖井一次性爆破的技术方案，混装车多孔粒状铵油低爆速装药，严格控制最大单段爆破药量，确保基坑低于场地平台基础3.4m，至设计基底标高0.2～0.3m时，人工挖掘至设计基底标高，严格控制超欠量。

1　爆破设计

1.1风机基坑深孔竖井爆破设计

①采用潜孔钻机钻孔，孔径90mm；②风机基坑底直径为18.6m，取20m为开挖边线，按同心圆排列 4～5 圈，中心空孔、垂直掏槽、辅助深孔，按孔圈设计，钻孔间距2～3m,最外一圈为周边孔，沿开挖边线垂直钻孔, 孔间距为2～2.5m；③中心点离场地平台4.9m加上平台离基坑底3.4m，根据岩石地质情况预留0.1m，减少爆破对基础持力层的破坏，中心孔深设计为8.2m，基坑各孔深为7.5～8.2m，山势地形用经纬仪、全站仪微调整，必须使孔底保持在同一平面上，无超深；④取单耗q=0.5～0.6kg/m3，施工时，可根据具体情况调整；⑤堵塞长度 2.5m，页岩层可调整为3～3.5m；⑥单孔装药量Q=30～35kg，用混装车多孔粒状铵油炸药，在φ90mm孔中的延米装药量为6kg/m为宜，为防止有底根，中心孔可装药10kg，根据每孔的岩性取样数据，预留深度，随时优化单孔装药量，适时采用孔底空气间隔器，保护弱岩性处持力层；⑦采用连续、分段或孔底间隔装药结构，双发起爆雷管，确保炮孔利用率；⑧采用砂黏土或孔口细岩屑堵塞,并用炮棍捣实，有水炮孔应排水处理，排不干净的可使用混装车防水胶乳炸药。

1.2风机位外场地深孔爆破设计

①孔径d=90mm；②钻孔深度根据临空面的坡度决定,取3～5m；③炮孔间距a=3～4m，b=2.5～3m;④超钻深度,超深是降低装药中心位置，以便有效地克服台阶底部阻力，避免或减少留根底，保证开挖底部平整,根据经验，超深值一般可按底盘抵抗线来确定，即h=(0.15～0.35)Wd,取1.0m；⑤底盘抵抗线是影响深孔爆破效果的重要参数，其值过大造成残留根底多，后冲作用大，过小则不仅浪费炸药，而且使钻孔工作量增大，根据经验，取值范围为3.5～4.5m；⑥堵塞长度2.5m，最外排孔根据底盘抵抗线防滚石松动爆破，堵塞2.8～3.2m；⑦单孔装药量Q=3～15kg,梅花形布孔，连续耦合装药结构,采用砂黏土堵塞捣实，对有水炮孔，应进行排水处理。

爆破设计参数见表1。

表1　爆破设计成果

1.3爆破网路设计

风电基础工程爆破孔量多，中心基坑孔深，外围场地平台孔浅；机位中心基坑在山顶，爆后爆堆向中心山顶堆积落差大，为防止滚石等安全危害，中心风机基坑和场地平台必须一次性起爆成型。采用由内向外分圈，孔内置双发高段别同段位毫秒导爆管雷管、圈间长延时MS5段别双发毫秒导爆管雷管接力起爆，保护基坑孔底持力层，减少单段最大起爆药量。中心、中部掏槽孔先爆，外围场地孔后爆；地表雷管传爆后孔内仍在延时，确保了网络的可靠、炮孔的利用率。爆破网络见图1。

2　质量控制与技术措施

(1)充分利用经纬仪、全站仪严格控制机位基坑轮廓线精度，根据资料和地表岩性，预留深度保护持力层避免扰动。先布机位中心、内掏槽孔，然后布周边孔位于轮廓线上，内第二圈掏槽孔、辅助孔均匀分布，最后外场地孔成均匀梅花排，因山势不平逐孔调整孔深、逐孔标识。及时观察钻孔中岩屑、取样试验，判断岩石结构走向，调整优化装药参数。不合格孔深及时处理，孔底部必须保持在同一水平，严禁超深，钻孔深度误差精度±0.1m，否则，不仅爆破效果不好，还将产生炮根，或对基础持力层的保护十分不利。

(2)严格按爆破设计装药量装药，不合格孔必须处理；起爆网络严格按爆破设计施工，自内向外每圈分段逐圈增加。

(3)由于竖井爆破夹制因素多、山势高，必须确保填塞长度、质量，避免出现冲孔，杜绝个别飞石形成滚石危害；警戒扩大至山根500m范围为宜。

(4)加强施工现场精细管理，指派专业人员进行现场跟踪检查验收，对开挖质量实行过程精细控制。外平台开挖控制范围、坡度、平整度符合要求，便于机台的运输安装施工；机位基坑应定中心，轮廓线内3m深开挖，至深度3.2m时，风镐和人工清挖，随时做好岩性取样、持力层强度测试，保证基坑底部符合要求，数据及时反馈，总结沉降、裂缝，优化下一步爆破参数，做到精益求精，规范精细。

3　安全技术控制

3.1爆破地震安全距离

爆破地震安全距离的确定：

(1)

式中，R为爆破地震安全距离，m；Q为最大一组药量kg；V为地震安全速度，本工程以民用建筑2cm/s为安全控制标准；K、α为与爆破点地形，地质等条件有关的系数和衰减指数，取K=150～250，α=1.5～1.8。

参照同类工程经验取K=200，α=1.65，V=2cm/s，由式(1)计算出在距爆区不同距离被保护建筑物的单段最大起爆药量，结果见表2。

表2　不同距离所允许的最大段起爆药量

本工程南侧需要保护的建筑物距爆区距离为350m，本次爆破方案最大一次齐爆药量为102kg，该处产生的爆破地震波为0.16cm/s，远低于国家标准规定，南侧建筑物是安全的。

3.2个别飞石的安全防护

个别飞石的安全距离：

(2)

式中,Rf为个别飞石最大距离,m；D为炮孔直径,cm。

经计算，本次爆破个别飞石最大距离为141.7m，所以周边保护物是安全的。虽然如此，根据爆破安全规程的规定，爆破时的安全警戒距离应不小于200m。

3.3爆破冲击波预防措施

爆破冲击波安全距离：

(3)

式中,r为空气冲击波最小安全距离，m；K2为系数，有掩体取15，无掩体取30。

按设计计算，空气冲击波对掩体内人员的最小安全距离150m外是安全的。爆破时，因现场地形条件为较大落差的山区，为防止滚石危害，确定安全警界350m范围以外，设备无法撤离危险区的，必须有安全防护措施，道路必须封锁，严禁人员、车辆等通过，人员应疏散到安全地带。

3.4爆破效果分析

爆破后开挖效果见图2，风电机座浇注后效果见图3。

4　结　语

采用深孔竖井一次性爆破技术，钻孔量多；混装车低爆速多孔粒状铵油炸药装药，多圈多段毫秒延时接力起爆，网络可靠，能有效地控制爆破振动，岩石碎度均匀，宜于挖掘，平台范围平整度、边坡度符合要求。基坑坑底用风镐和人工清理后，经检测持力层强度符合施工质量要求，基坑井壁超欠挖均在设计许可范围内，确保了施工安全及工程质量，缩短了工期，炮孔利用率98%以上，杜绝了二次爆破，节约了成本，25台风机顺利安装并投入使用，取得了良好的经济和社会效益。

图2　爆后开挖效果

图3　风电机座浇注后效果

2016-03-22)

邱祥成(1969—)，男，工程师，221138 江苏省徐州市。