节理裂隙发育地区小直径深竖井爆破安全控制

2017-01-19罗光财闵小鹏陈志阳李昂波

采矿技术 2016年3期

关键词：高压电搅拌站竖井

罗光财，闵小鹏，陈志阳，任斌，李昂波

(1.中建五局土木工程有限公司，湖南长沙 410004；2.国防科技大学指挥军官基础教育学院，湖南长沙 410007)

节理裂隙发育地区小直径深竖井爆破安全控制

罗光财1，闵小鹏1，陈志阳2，任斌1，李昂波1

(1.中建五局土木工程有限公司，湖南长沙 410004；2.国防科技大学指挥军官基础教育学院，湖南长沙 410007)

结合长沙市森林防火监测站项目，讨论了在高压电塔附近，在节理裂隙发育地区爆破开挖小直径深竖井时的安全控制技术。首先对高压电塔附近竖井开挖的总体方案进行了介绍，确定了高压电塔的振动速度控制标准，并从爆破设计、爆破器材、微差起爆技术、单段起爆药量控制等方面对爆破安全的控制进行了讨论。实践表明，本次工程爆破效果较好，爆破振动控制在安全范围之内。本工程采用的爆破安全控制技术对类似工程具有一定参考价值。

深竖井；高压电塔；爆破安全控制

1 工程概况

长沙市森林防火监测站项目位于长沙市先导区梅溪湖片区桃花岭公园虎形山，项目存在5处设计开挖直径2.5 m的圆形断面深竖井，最大深度83.2 m，最小深度40.1 m。竖井所处围岩主要为单体强度较大，节理裂隙发育，局部含夹层的强风化石英砂岩，主要为Ⅲ～Ⅳ级围岩，场地所在范围内没有明显的含水地层，地表水主要为赋存于表层第四系土中的上层滞水及基岩的裂隙水，水量均较小。

竖井上部周围山高林密，5个竖井中，1个周围环境比较复杂，如图1所示。该竖井深83.2 m，其东北方向102 m处有一高压电塔，正西面约42 m为混凝土搅拌站，西北方向约86 m处是二层的板房，作为项目部办公及生活用房，混凝土搅拌站与板房之间为料场、钢筋制作间等。在爆破期间，混凝土搅拌站正常工作，要求爆破不能对搅拌站的设备设施造成损坏，不能破坏项目部的办公及生活用房，不能影响高压电塔的正常工作。

2 爆破总体方案

竖井开挖的方法有全断面开挖法和先开挖导井再进行扩大开挖两种[1-2]。本竖井处于山高林密的位置，为了尽量减小对山上植被的破坏，考虑到竖井底部可以进行渣土运出，故拟采用先开挖导井再进行扩大开挖的方法，而且导井拟采用反井法。竖井周围的高压电塔、混凝土搅拌站及办公用房为重点保护的对象，同时考虑到围岩节理裂隙发育，局部含夹层，在开挖过程中，容易出现安全问题，所以要特别加强爆破设计、严格控制一次起爆药量，并且要加强支护。此外，由于岩石表层风化严重，为了安全起见，在反向开挖到离地面15 m处时停止，剩余段采用正向开挖。正向开挖时采用人工配小型卷扬机的方式出渣，并临时堆放在洞口周围，等洞口贯通后再推入竖井内，从平硐出渣。导井打通之后，再正向进行扩挖到设计轮廓。

图1 周围环境

3 爆破振动安全允许标准

竖井爆破开挖危害主要包括爆破振动、爆破飞石、爆破毒气、爆破粉尘等[3]。竖井在爆破时，可以采用严加覆盖的方法来防止飞石飞散[4]，所以对需要保护的高压电塔、混凝土搅拌站及办公用房等，最主要的是严格控制爆破振动危害。当炸药在岩土中爆炸时，除了破碎岩石之外，必然有一部分能量以地震波的形式往四周传播，可能给非爆破目标造成不同程度的破坏。为了确保安全，需要将爆破振动强度控制在一定范围内。

《爆破安全规程》(GB6722-2014)[3]对典型目标的振动安全允许标准进行了规定(如表1所示)。从表1可以看出，本项目需要保护的高压电塔、混凝土搅拌站及办公用房3种目标没有直接给出振动允许标准。对于高压电塔可以参考表1中的“运行中的水电站及发电厂中心控制室设备”一项，同时参考相关结果[5-7]，取爆破振动控制标准为0.5 cm/s；混凝土搅拌站参考“工业和商业建筑”标准；办公用房的振动控制标准参考“一般民用建筑”标准。爆破最大段允许装药量Qmax按公式(1)进行计算:

式中，R为爆破中心至目标之间的距离，m；Qmax为齐发爆破总药量，延时爆破为最大一段药量，kg；V为保护对象所在地质点振动安全允许速度，cm/s；K、α为与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，本工程的地质条件为中硬岩石，参考《爆破安全规程》(GB6722-2014)[3]，K取200，α取1.5。

表1 爆破振动安全允许标准[3]

部分建(构)筑物允许一次起爆药量计算如下:

(1)爆破对高压电塔的影响。取高压电塔允许振动速度V＝0.5 cm/s，R＝102 m进行校核，则:

(2)爆破对混凝土搅拌站的影响。取混凝土搅拌站允许振动速度V＝2.5 cm/s，R＝42 m进行校核，则:

(3)爆破对办公用房的影响。取办公用房允许振动速度V＝2.0 cm/s，R＝86 m进行校核，则:

从上可以看出，为了确保安全，最大段允许装药量为6.63 kg。

4 爆破安全控制技术

影响爆破振动强度的因素众多，因此在爆破前很难对其作精确的预测。大量的研究表明，爆破振动的强度与爆破类型、爆破装药量、距离爆破中心的距离、爆破点至保护对象间的地形、地质条件等综合因素密切相关。对于节理裂隙发育地区小直径深竖井爆破作业来说，首先要确保爆破开挖方案正确合理，参数设计得当，不造成大范围的超挖和欠挖，最大限度地减少爆破振动对围岩的扰动；其次，爆破必须确保高压电塔的绝对安全，把爆破振动强度控制在安全范围之内。三是在满足基本要求的情况下，尽量提高爆破作业效率。为此，对爆破振动控制主要从以下几个方面来进行。

4.1 爆破设计

爆破设计对于爆破安全开挖、高质量、高效率起着关键性的作用。所以，对于节理裂隙发育地区小直径深竖井爆破开挖来说，必须加强爆破设计。拟采用掏槽、扩槽、最后再周边孔爆破的方法进行。竖井开挖的炮孔布置示意图如图2所示，分为掏槽孔、辅助孔和周边孔，炮孔直径为42 mm。掏槽孔形式为平行直孔掏槽(中间一Φ105 mm通风孔作为空孔)。考虑到竖井围岩节理裂隙发育，在爆破时尽量不超挖和欠挖，周边孔采用光面爆破技术，装药方式采用间隔装药，用两个雷管分别起爆或中间用导爆索连接；掏槽孔和辅助孔采用连续装药结构，炮口用黄泥填塞紧密。每次掘进长度要依据围岩性质及爆破振动控制要求而定，一般取1.2～1.8 m。掏槽孔深度比设计深度超深0.2～0.3 m，辅助孔和周边孔要比设计深度超深0.1～0.2 m。装药参数见表2。

4.2 爆破器材

要取得比较好的减振效果，炸药与岩石的匹配关系很重要。在竖井爆破开挖时，掏槽孔、辅助孔采用高爆速的2号岩石硝铵炸药或乳化炸药，周边孔采取专用的Φ25小直径炸药。雷管采用电子数码雷管或高精度的非电毫秒延期导爆管雷管。

图2 反井法开挖导井炮孔布置(单位:mm，1－2－3－4为起爆顺序)

表2 装药参数

4.3 单段起爆药量

对于竖井爆破开挖，合理的增加分段数目可以适当减少单段起爆药量，是控制爆破振动的有效方法之一。因此，在进行布孔设计之前，要根据被保护对象允许的最大振速要求，计算出单段允许的最大药量，并据此进行合理的分段和安全校核，以确保施工安全。

根据爆破设计可以看出，本次起爆的最大段药量为3.2 kg，比最大段允许量6.63 kg要小，所以可以认为爆破方案是安全、可行的。此外，在工程进行过程中，可以加强爆破振动监测，通过得出一系列的Qmax、V、R值，再回归拟合出K、α值，从而进一步指导下一步的爆破施工。

5 爆破效果与讨论

本文结合长沙市森林防火监测站项目，讨论了在高压电塔附近，在节理裂隙发育地区爆破开挖小直径深竖井时的安全控制技术。对爆破开挖总体方案进行介绍，在综合已有文献并参考《爆破安全规程》(GB6722-2014)的相关标准后，确定了高压电塔的振动速度控制标准，并从爆破设计、爆破器材、微差起爆技术、单段起爆药量等方面对爆破振动的控制技术进行了讨论。图3为竖井爆破效果图，图4为实测的爆破垂直振动波形(最大振速为0.211 cm/s，主振频率为34.1 Hz)。从图3和图4可以看出，本次工程爆破效果较好，爆破振动控制在安全范围之内。本工程采用的安全控制技术及方法，可为类似工程提供参考。