胡召响

摘 要：本文阐述了超高边坡上预裂爆破的相关参数与技术难点，以及施工过程中需要注意的问题，解决了超高边坡一次爆破成型的技术难题，保证了边坡的稳定性，降低了后期的加固成本。

关键词：预裂爆破；高台阶；控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.079

1 前言

随着太钢尖山铁矿采区的不断降深，现有的破碎站标高已无法满足采矿经济合理性要求，需要将破碎站移置到标高较低的1494水平。破碎站基础与卸料平台形状为长方体，其卸料平台长度为165m，宽为65m，高度为21m。北侧和东侧为临空面，南侧为运输道路，西侧为边坡，其中北侧为基础正面，用于安装破碎站设备。原破碎站基础的正面加固方式为浇筑钢筋混凝土墙，其缺点是工程量大，成本高，难以拆除。为解决这一难题，新建的破碎站基础正面应用预裂爆破技术爆破成型，再使用挂网喷浆进行加固，既节约了成本，又加节省了工期。

2 工程概况

根据钻探结果显示，拟建场地在勘探深度（35.0m）范围内主要岩石种类为斜长角闪片岩、磁铁石英岩，局部岩石夹层为含粒黏土、碎石土。岩层中还发育着各种小型揉皱和挤压破碎构造，形成了揉皱和挤压破碎构造带。场地内岩石为微风化岩性，层理和节理较为发育。爆破台阶为21m高落差，相对施工难度较大。

3 爆破方案的选择

破碎站基础东侧和北侧需要进行预裂爆破，总长度为230m，高度为21m，由于落差太高，按照预裂爆破的最佳效果要求，分两层爆破较为合理，即先形成一个台阶后再进行下一台阶的爆破。根据设计院设计要求，该破碎站为一坡到底，中间不允许留有台阶。当采用分层爆破时，出于钻机工作空间的要求，中间留有小台阶无法避免。最后决定改进爆破工艺，采用21m高坡面一次爆破成型的方式进行爆破。

3.1 预裂爆破参数的选择

根据现场工程地质状况及设计参数要求进行对预裂爆破参数进行理论计算，然后通过科学分析方法进行试爆，最终确定最佳参数。

（1）孔径。现有的小型钻孔设备为阿特拉斯CM351，其穿孔直径为90mm～165mm，可用作预裂爆破的钻孔作业。孔径的大小与爆破的质量有着直接的关系，一般对质量要求越高，所选择的孔径越小，而孔径较小时钻孔成孔率会降低。考虑到本工程的地质情况，岩石结构完整性一般，并伴有夹层，且高台阶斜孔爆破，最后确定钻孔直径d为120mm。

（2）孔距。孔距的选择尤为重要，根据预裂爆破成缝机理可知，初始裂隙的形成为两孔之间的应力波叠加共同作用的结果，在相邻炮孔连线上产生的叠加应力需要大于岩石的动态抗拉强度，当孔距过大时应力在岩石中衰减较大，不足以在两炮孔之间形成贯穿裂缝。考虑到爆破成本的经济性，孔距选择也不宜太小，一般选择为（8～12）倍的炮孔直径为宜，这里选择孔距a为1m。

（3）线装药密度。线装药密度依据武汉水利电力学院提供的经验公式：

本工程岩石的抗压强度值为120Mpa，炮孔间距1m，炮孔直径0.12m，、、、分别取值为0.127、0.5、0.84、0.24，带入公式计算出炮孔的线装药密度为0.7kg/m。其中炮孔上部2.5m为减弱段，装药密度为0.5，底部2m为加强段，装药密度为3。

3.2 其他炮孔相关参数

（1）主爆孔相关参数。主爆孔承载着爆区主要的爆破任务，布孔方式为三角形布孔，钻孔角度为90°，主要参数如表1所示。

（2）缓冲孔与辅助孔的设计爆破参数。缓冲孔的设置有利于减小爆破冲击波对保留岩体的破坏，常采用减小孔距和单孔装药量的方式来实现降低爆破震动和爆破后冲力，从而起到对保留岩体的保护作用。缓冲孔设置在主爆孔与辅助孔之间，钻孔角度为90°。由于高台阶面爆破的原因，预裂孔为70°斜孔，而缓冲孔为竖直孔，在炮孔顶部预裂孔与缓冲孔之间距离较远，容易形成爆破后的岩石挂壁现象，设置倾角为80°的辅助孔能很好解决这一问题。缓冲孔与辅助孔中段采用空气间隔装药，其主要参数如表2所示。

3.3 孔位布置与网络设计

预裂孔沿着预裂面的坡顶线进行布置，炮孔布置剖面示意图如图1所示。网络连接采用預裂孔同时起爆的方式来保证预裂缝的形成，孔内用导爆索将串联的小药卷引爆，孔外将导爆索搭接在主线导爆索上，主爆孔、辅助孔和缓冲孔采用导爆管雷管起爆，孔内使用400 ms的延期雷管，孔外使用25 ms雷管实现微差起爆。在预裂爆破孔的导爆索起爆端使用400 ms雷管进行延期，在主爆网络起爆端使用100 ms雷管进行延期，一方面保证了地表延期雷管全部起爆以后预裂孔导爆索才被引爆，保护了地表导爆管起爆网络不受破坏；另一方面使第一个主爆孔起爆前预裂孔已经爆破，且间隔时间不小于75 ms，给预裂缝的形成提供充足的时间，孔网布置如图2所示。

3.4 现场装药工艺过程

预裂爆破装药为不耦合装药，需要将直径32 mm的乳化药卷用胶带固定到竹片上形成药串，药卷在竹片的同一侧，使用导爆索将每个药卷串联，制作完成后将药串缓缓放入炮孔中。由于炮孔带有一定倾斜角度，放入时竹片一侧应贴在炮孔壁上，放置完成后用事先准备好的编制袋卷成团状放入炮孔，使用竹竿捣至距孔口1.5m处进行填塞。装药结构如图3所示。

4 关键步骤的精细化控制

4.1 钻孔控制

破碎站基础的高度为21m，钻孔的总深度为h=（21+1.5）/sin70°=24m

，如此高台阶的预裂爆破，钻孔精度成为了预裂爆破效果好坏的重要因素，由计算可知钻孔出现1°的偏差时炮孔底部偏移0.42m，两孔之间距离较大时将直接影响预裂缝的形成。如何将炮孔精度控制在1°以内成为了钻孔工作首先要解决的问题。

（1）钻孔前准备。清理钻机的钻孔作业平台，使钻机处于水平位置，方便调节钻杆的角度。清理炮孔开口位置的松散碎石，尤其是钻机大臂架的支点位置，必须处理到硬底，防止钻机大臂架支点在打孔过程中出现位移或沉降。

（2）钻机打孔的角度控制。要控制钻孔角度的精准度需要对钻机大臂架做相应的改造，自大臂架的底端向上1.5m处设置一个线坠，线坠的长度为1.36m，钻机在倾斜孔作业时线坠自然下垂后刚好落在钻机两履带间的空隙处，线坠底端与地面相差5cm，如图4所示。

钻孔角度的控制分为两部分，方位角的控制和倾角的控制。首先保证O点、A点和B点在同一水平标高，以钻机钻孔作业时大臂架的支点为坐标原点O建立水平面直角坐标系，X轴平行于预裂线，且OA与预裂线垂直。如图5所示，B为炮孔位置，OB距离为大臂架支点到钻头之间的固有距离，OA的距离为0.51m，线坠底端顶点在地面上的投影为A1，当大臂架在倾角上偏移1°时，则A1点在X轴方向上偏移为24.5mm～24.6mm，当大臂架在方位角上偏移1°时，则A1在X轴上的偏移可以忽略，近似的认为A1点只在Y轴方向上偏移，偏移量為26 mm。如果将钻机的角度控制在1°以内，只需要将A1的偏移控制在以A为圆心，半径为24mm的圆内即可。制作一个半径为24mm的圆型铁片，标出圆心。钻孔前用测量仪器找出每孔对应的A点，铁片的圆心放置在各孔的A点即可。此方法的好处在于可动态的观察钻机的角度偏差情况，能够及时的纠正大臂架的偏移。

4.2 预裂孔装药的施工控制

（1）装药前准备工作。验收炮孔质量并逐个编号，不合格炮孔及时处理或补钻，记录所有合格炮孔的数据。同时将竹片编号与炮孔一一对应，根据每孔的设计数据与炮孔实际深度计算出装药量，用记号笔标出每支小药卷的所在位置及加强装药位置的药卷数量。

（2）装药过程。根据竹片上的标记，将药卷用胶带固定到竹片上，药串制作完成后由四人共同协作将竹片缓缓送入孔中，操作过程中应注意避免竹片被折断，竹片放置到孔底后由专人负责检查装药质量，核实装药是否符合设计要求。

5 结论

通过对设计参数的优选和对工艺流程的控制，破碎站基础边坡的预裂爆破达到了预期效果，半孔率在75%以上，边坡加固由原来的混凝土加固改为挂网喷浆的方式，极大地降低了加固成本，缩短了工程的整体工期，为相类似的高台阶预裂爆破提供了参考依据。

参考文献：

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