郭 堯 薛 里

(1.海南省跨海工程籌建辦公室，海南 ?？?570204； 2.中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

巖石爆破破碎質(zhì)量控制措施的研究★

郭 堯1，2薛 里2

(1.海南省跨海工程籌建辦公室，海南 ?？?570204； 2.中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

為了提高巖石爆破的破碎質(zhì)量，降低工程爆破成本，通過觀察分析爆破大塊出現(xiàn)部位和主要成因，提出了采取加強(qiáng)地質(zhì)編錄、優(yōu)化爆破參數(shù)、改善裝藥結(jié)構(gòu)、規(guī)范爆破操作的工程技術(shù)控制措施來降低大塊率，爆破效果提高明顯，可為類似工程提供科學(xué)依據(jù)。

巖石爆破，破碎質(zhì)量，控制措施

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，巖石爆破技術(shù)已廣泛應(yīng)用于交通土建、鐵道、水利和礦山工程，它的破碎質(zhì)量直接影響到生產(chǎn)過程中的鏟裝、運(yùn)輸和粗碎等工序的效率和成本。鑒于巖石爆破破壞是一個(gè)瞬態(tài)過程，伴隨大量高溫、高壓氣體產(chǎn)生，使得研究巖石爆破破碎機(jī)理比較困難，現(xiàn)階段只能提出各種假說。因此，借助對巖石應(yīng)力和應(yīng)變變化探索，結(jié)合數(shù)值模擬和爆破實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析爆破過程中的拋擲現(xiàn)象，研究揭示爆破作用下巖石破碎質(zhì)量控制相關(guān)技術(shù)、提高工程質(zhì)量和效益具有十分重要的理論和實(shí)際意義。

1 爆破大塊產(chǎn)生的主要部位

根據(jù)長期實(shí)踐觀察，巖石爆破中大塊易出現(xiàn)的主要部位有：臺階坡面、臺階頂部和軟硬巖交界面。

1)臺階坡面位置。由于受前次爆破的后沖作用影響，在靠近臺階坡面的一定范圍，破壞了原巖結(jié)構(gòu)，巖體內(nèi)產(chǎn)生大量裂隙，造成爆生氣體通過裂隙泄露，爆炸應(yīng)力波作用時(shí)間減少，爆破能量疊加效應(yīng)削弱，因此應(yīng)控制后排孔爆破的后沖作用。抵抗線不均勻是造成臺階坡面大塊的另一個(gè)主要原因。受前次爆破影響，自由面通常上薄下厚，坡肩和坡根的破碎效果不是太好，容易出現(xiàn)大塊或留根。施工前注意清除浮石，嚴(yán)禁壓渣爆破，確保前排抵抗線均勻，并采用分段裝藥結(jié)構(gòu)，對底部大抵抗線處多裝藥，上部小抵抗線處不裝或少裝藥，示意圖見圖1，圖2。

2)臺階頂部位置。受上一次爆破影響，臺階頂部容易有裂隙形成，爆生氣體通過裂隙泄露，爆炸能量作用不充分，容易形成大塊。為杜絕爆破飛石的產(chǎn)生，孔口堵塞段過長和采用集中裝藥結(jié)構(gòu)，使頂部沒有炸藥作用，是產(chǎn)生大塊的又一原因。應(yīng)嘗試在堵塞段采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，同時(shí)起爆，使頂部有少量炸藥作用。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)在孔網(wǎng)中加輔助孔，效果明顯，減少了臺階頂部大塊的產(chǎn)生，示意圖見圖3。

3)軟硬巖交界面位置。軟硬巖交界相對于兩個(gè)自由面，應(yīng)力波到此有一個(gè)明顯卸載，減弱了軟硬巖石間的碰撞破碎作用，容易形成大塊。采用分段裝藥結(jié)構(gòu)，增加輔助孔能有效減少大塊率，示意圖見圖4。

2 大塊產(chǎn)生的主要原因

根據(jù)觀察大塊產(chǎn)生的主要部位，認(rèn)為主要有以下幾點(diǎn)是大塊形成的原因：

1)地質(zhì)條件。a.巖石巖性特征。施工中應(yīng)根據(jù)巖體巖性特征，調(diào)整爆破參數(shù)，對容易形成大塊、巖性好、可爆性差的地段，要適當(dāng)加大藥量。b.巖層節(jié)理裂隙。巖石爆破是爆炸應(yīng)力波和爆生氣體共同作用的結(jié)果，當(dāng)巖石結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖體裂隙比較發(fā)育時(shí)，難以形成徑向和環(huán)狀裂隙，容易形成沿著裂隙的自然塊度，導(dǎo)致大塊的產(chǎn)生。受巖石固有條件限制，要減少大塊率，通過調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)最為有效。c.炸材的合理選擇。根據(jù)巖石的波阻抗，選擇與巖石波阻抗相匹配的炸藥是關(guān)鍵。

2)爆破參數(shù)。爆破參數(shù)中最小抵抗線w、孔徑d、炸藥單耗q、孔底距a和炮孔密集系數(shù)m是對大塊率影響最大的。在炸藥單耗基本不變的情況下，當(dāng)孔網(wǎng)參數(shù)偏小時(shí)，如果藥柱重心下降，填塞過長，上部易產(chǎn)生大塊；當(dāng)孔網(wǎng)參數(shù)偏大時(shí)，重心部位易產(chǎn)生大塊。

實(shí)踐表明，工程采用大孔距、小排距的爆破法(即在孔網(wǎng)面積不變的條件下，適當(dāng)縮小排距，增大孔間距)，可明顯改善爆破質(zhì)量，減少大塊的產(chǎn)生。

3)施工工藝。a.鉆孔精度不足。中深孔爆破鉆孔經(jīng)常出現(xiàn)排面傾角不一致，炮孔不在一個(gè)平面上，排面偏斜的問題。使得逐排分段擠壓爆破效果不好，相鄰兩排深孔出現(xiàn)作用范圍不一致，引發(fā)爆破質(zhì)量事故。b.炮孔超鉆深度不夠。個(gè)別炮孔打眼深度不足；鉆機(jī)移動(dòng)時(shí)，將巖粉刮入孔內(nèi)或其他設(shè)備壓孔將巖粉壓入孔內(nèi)，造成孔深不足；有水鉆孔時(shí)，巖粉無法吹出，沉淀后造成孔深不足。c.堵塞質(zhì)量欠佳。炮孔堵塞要使用細(xì)實(shí)粉末，充分搗實(shí)，水孔堵塞更要使用細(xì)砂礫，確保堵塞質(zhì)量，避免“沖天炮”現(xiàn)象，爆炸能量外泄。d.分段裝藥位置不準(zhǔn)確。采取分段裝藥結(jié)構(gòu)，必須準(zhǔn)確把握巖性變化位置，針對不同的巖性，合理布置炸藥分段位置，使爆破質(zhì)量最佳，減少大塊和硬幫。

4)爆破器材。爆破器材是保證爆破效果的基礎(chǔ)，爆破器材質(zhì)量不合格，無法正常起爆，使前排爆破孔不能為后一排提供爆破自由面，必然導(dǎo)致拒爆、帶炮現(xiàn)象的發(fā)生。

3 降低大塊率的措施

根據(jù)工程實(shí)際，針對巖石巖性，結(jié)合大塊產(chǎn)生的原因分析，選擇合理的爆破器材、鉆孔孔徑、臺階高度和爆破參數(shù)是降低大塊率的關(guān)鍵，主要技術(shù)措施如下：

1)加強(qiáng)地質(zhì)編錄。巖石的密度、硬度、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、傳播速度和地質(zhì)構(gòu)造特性與爆破破碎效果緊密相關(guān)。其中地質(zhì)構(gòu)造又包括巖層傾角、裂隙寬度、斷層走向、破碎帶構(gòu)造等。因此，在施工前為弄清地質(zhì)裂隙和產(chǎn)狀構(gòu)造，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)編錄。

2)優(yōu)化爆破參數(shù)。a.底盤抵抗線。過大的底盤抵抗線容易留根，影響下次爆破效果，過小的抵抗線，易引發(fā)爆破安全事故。一般按如下經(jīng)驗(yàn)公式選?。篧=kd。其中，W為底盤抵抗線，m；d為鉆孔直徑，mm；k為系數(shù)，一般取20～30，巖石易爆時(shí)取值偏大，難爆時(shí)取值偏小。b.炮孔鄰近系數(shù)。炮孔鄰近系數(shù)m=a/w；其中，a為炮孔間距；w為最小抵抗線。根據(jù)現(xiàn)場施工總結(jié)炮孔鄰近系數(shù)達(dá)到5.5時(shí)，大塊率最低，繼續(xù)加大，改善情況不顯著。c.堵塞長度。合理的堵塞長度可以延長爆破作用時(shí)間和增大爆破作用能量，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究，堵塞長度應(yīng)大于孔徑的20倍～25倍，否則難免產(chǎn)生飛石。在緊鄰既有線爆破中，由于環(huán)境要求復(fù)雜，堵塞長度較大，在確保安全的前提下可以適當(dāng)減少堵塞長度，以減少上部大塊。d.炸藥單耗。炸藥單耗直接關(guān)系到爆破效率、作業(yè)安全和穿爆

成本，同時(shí)體現(xiàn)爆破技術(shù)管理水平。因此，在爆破效果良好的前提下，合理地降低炸藥單耗，將大大提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3)改善裝藥結(jié)構(gòu)?？刹捎梅侄窝b藥結(jié)構(gòu)，由于空氣間隔的存在，可使爆破能量均勻布置于孔壁上，達(dá)到塊度爆破均勻的目的。爆轟波和爆生氣體通過空氣柱反復(fù)多次的作用在孔壁和孔底，從而保證了破碎效果。圖5為底部間隔裝藥和連續(xù)裝藥壓力隨時(shí)間變化示意圖。

4)規(guī)范爆破操作。a.在爆破施工前，對孔深、水孔、變形孔、透孔做好測量記錄，該補(bǔ)孔和堵孔要做相應(yīng)處理，杜絕裝藥中出現(xiàn)漏氣、裝藥不連續(xù)和通炮等情況的發(fā)生。b.采用孔底起爆技術(shù)，將雷管聚能穴朝向孔口，起爆藥包放到孔底，提高爆破質(zhì)量。c.提高堵塞質(zhì)量，安排專門的堵塞人員采用合格堵塞材料進(jìn)行堵塞。d.優(yōu)化爆破組織，需成立專門的指揮部門，所有參加人員須服從組織、分工明確，共同完成好爆破施工作業(yè)。

4 結(jié)語

中深孔爆破效果優(yōu)劣的衡量主要指標(biāo)就是大塊率，大塊率既增加巖石二次破碎成本，又使機(jī)械挖運(yùn)成本增高。通過采取上述工程技術(shù)措施來降低大塊率，以提高爆破施工經(jīng)濟(jì)社會效益，使中深孔臺階爆破技術(shù)得到廣泛應(yīng)用和推廣。

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Study on the control measures of breaking size in rock blasting★

Guo Yao1，2Xue Li2

(1.Railway&Cross-StraitAffairsOfficeofHainanProvince,Haikou570204，China;2.RailwayEngineeringResearchInstitute,ChinaAcademyofRailwayScience,Beijing100081,China)

In order to improve the quality of broken rock blasting and reduce the cost of engineering blasting. In observational analyses, the location and the main reasons caused blasting boulder. This article produces the control measures to reduce the block rate, as strengthen geological logging, optimization of blasting parameters, charge structure, the regulatory blasting engineering operation, the blasting effect was improved.The experiences of the project provided some references for the future similar blasting projects.

rock blasting， breaking size， control measures

2015-03-10★：鐵道部重點(diǎn)科技項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：2011G016-L)

郭 堯(1983- )，男，碩士，助理研究員； 薛 里(1979- )，男，副研究員

1009-6825(2015)14-0083-02

TU751.9

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