林 飛

(中煤科工集團(tuán) 淮北爆破技術(shù)研究院有限公司，淮北 235000)

巖體開挖爆破工程中既要保證開挖巖體充分破碎，更要確保被保護(hù)巖體的破壞程度最小[1]。邊坡的穩(wěn)定性一直是困擾露天開挖工程的一個(gè)重要問題，爆破危害是影響邊坡穩(wěn)定的一個(gè)主要原因[2]。我國的許多礦山、道路邊坡采用普通預(yù)裂(光面)爆破技術(shù)[3]，靠幫爆破后，對(duì)邊坡造成不同程度的損傷，在被保護(hù)一側(cè)的巖體側(cè)壁形成許多微裂紋；爆破產(chǎn)生的振動(dòng)使得先前爆破形成的微裂紋不斷發(fā)展，隨著時(shí)間推移，巖體發(fā)生松動(dòng)破裂，造成邊坡坍塌[4]。永嘉縣垃圾焚燒發(fā)電廠邊坡工程中采用的新型聚能預(yù)裂爆破技術(shù)，提高了邊坡一次成型效果，提高了炸藥能量利用率和眼痕率、減小了主爆區(qū)對(duì)邊坡巖體的震動(dòng)危害。

1 工程概況

工程位于浙江省溫州市永嘉縣綠色動(dòng)力再生能源有限公司廠區(qū)東側(cè)及北側(cè)，由于公司提升改造，進(jìn)行廠區(qū)擴(kuò)建，需將廠區(qū)東側(cè)及北側(cè)部分山體進(jìn)行開挖清除。

開挖山體周邊環(huán)境復(fù)雜，距待爆山體北側(cè)15 m處為永嘉縣垃圾焚燒發(fā)電廠廠房、棧橋和油庫(爆破施工前移除)，距待爆山體東北側(cè)72 m處為廠房和排水渠道，廠房地下有部分預(yù)埋工業(yè)水管，距待爆山體西側(cè)63 m和98 m處為虹三線縣道和S26諸永高速公路，距待爆山體西南側(cè)22 m處為公司辦公大樓，距待爆山體南側(cè)9 m處為工程項(xiàng)目部辦公樓，如圖1。

場(chǎng)平工程中存在大量邊坡坡面開挖，開挖山體主要由上侏羅統(tǒng)九里坪組(J3j)強(qiáng)-微風(fēng)化含角礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r組成，地質(zhì)條件復(fù)雜，成型困難，最大開挖邊坡走向長(zhǎng)度330 m，最大坡長(zhǎng)12.5 m，開挖坡比1∶0.3～1∶1，對(duì)開挖面要求高于規(guī)范要求。邊坡橫、縱斷面設(shè)計(jì)如圖2和圖3所示。

2 新型聚能管設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 新型聚能管設(shè)計(jì)

聚能效應(yīng)原理：聚能藥包爆炸后，爆轟產(chǎn)物沿近似垂直于藥柱表面方向擴(kuò)散，由于聚能穴的作用，爆轟產(chǎn)物先向空穴軸線位置聚集，形成一股高壓、高速、高密度的爆轟產(chǎn)物，即聚能氣流[5]。由于聚能氣流的高能量密度效應(yīng)[6]，使炸藥的做功效率提高。

聚能氣流對(duì)孔壁做功，在聚能管聚能穴方向產(chǎn)生較大裂縫，炸藥爆炸產(chǎn)生的壓縮波、反射波對(duì)孔壁裂縫保持持續(xù)的壓力破壞，爆炸產(chǎn)生的爆生氣體持續(xù)反復(fù)地在炮孔內(nèi)做功，滲入裂縫中，使聚能槽產(chǎn)生的裂縫持續(xù)擴(kuò)大，進(jìn)而形成更大更長(zhǎng)的裂縫[7]。根據(jù)這一原理，設(shè)計(jì)了一種聚能管，在管內(nèi)裝入乳化炸藥，聚能管的基本結(jié)構(gòu)為圓筒形，聚能管的對(duì)稱兩側(cè)制作相同尺寸的聚能穴。

聚能管采用抗靜電阻燃的PVC材料，橫截面成雙弧形軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，炮孔內(nèi)不耦合式裝藥，聚能管直徑長(zhǎng)40 mm，聚能管槽內(nèi)角距離32.2 mm，壁厚3.5 mm，聚能管外角度56°，聚能管長(zhǎng)2000 mm，距離管兩端80 mm處分別設(shè)計(jì)直徑為4 mm的套管孔，聚能管在炮孔內(nèi)通過套管孔連接固定，管壁外側(cè)間隔敷設(shè)25 mm的泡沫使聚能管在炮孔內(nèi)處于置中狀態(tài)，如圖4所示。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

根據(jù)永嘉縣垃圾焚燒發(fā)電廠邊坡工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，爆破試驗(yàn)的部位選定在四級(jí)邊坡位置，該部位為弱風(fēng)化巖石，邊坡預(yù)裂爆破區(qū)域?qū)掗?，邊坡坡面較長(zhǎng)，有利于進(jìn)行分區(qū)分塊多組試驗(yàn)和觀測(cè)邊坡預(yù)裂爆破效果。

永嘉縣垃圾焚燒發(fā)電廠邊坡預(yù)裂爆破是采用φ90潛孔鉆機(jī)按爆破設(shè)計(jì)鉆出預(yù)裂炮孔，然后間隔裝藥進(jìn)行預(yù)裂爆破，同時(shí)做好爆破后預(yù)裂縫的觀測(cè)以及半孔率的計(jì)算，爆破參數(shù)如表1所示。

表1 傳統(tǒng)預(yù)裂爆破爆破參數(shù)Table 1 Blasting parameters of traditional presplitting blasting

使用新型聚能管進(jìn)行預(yù)裂爆破時(shí)，首先在新型聚能管外側(cè)安裝置中泡沫，將藥卷與導(dǎo)爆索貼緊后裝入聚能管，使炸藥在聚能管中保持為耦合狀態(tài)，然后通過套管將聚能管連接，依次送入炮孔，最后聚能管上端套管孔加設(shè)對(duì)中裝置，將聚能管的聚能穴方向與邊坡方向平行，并與相鄰炮孔聚能穴中心保持在一條直線上[8]，現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)如圖5所示。

為和傳統(tǒng)預(yù)裂爆破形成對(duì)比，聚能管炮孔深度、孔徑、炮孔角度等參數(shù)與傳統(tǒng)預(yù)裂爆破鉆孔參數(shù)相同，最后進(jìn)行預(yù)裂爆破，同時(shí)做好爆破后預(yù)裂縫的觀測(cè)以及半孔率的計(jì)算，爆破參數(shù)如表2所示。

表2 采用新型聚能管的邊坡預(yù)裂爆破參數(shù)Table 2 Presplitting blasting parameters of slope using the new shaped energy gathering tube

2.3 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比及分析

邊坡預(yù)裂爆破的效果主要從預(yù)裂縫的成縫效果和開挖之后邊坡的平整度和半孔率等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)[9]。通過多次爆破試驗(yàn)，相同地質(zhì)條件，采用新型聚能管的預(yù)裂爆破與傳統(tǒng)預(yù)裂爆破的爆破效果對(duì)比如下。

2.3.1 邊坡及預(yù)裂縫成縫效果

采用新型聚能管的預(yù)裂爆破和傳統(tǒng)預(yù)裂爆破成縫效果如圖6和圖7所示，傳統(tǒng)預(yù)裂爆破預(yù)裂縫過大，對(duì)預(yù)裂炮孔頂部巖體的造成了一定的破壞，這是由爆破漏斗引起的，開挖后邊坡出現(xiàn)了垮塌、溜肩現(xiàn)象。采用新型聚能管的預(yù)裂爆破，預(yù)裂縫沿炮孔中心線貫穿，預(yù)裂縫寬度為8 mm左右，符合《GB50201—2012土方與爆破工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定的正常尺寸標(biāo)準(zhǔn)；邊坡開挖后，未出現(xiàn)邊坡垮落、溜肩現(xiàn)象，說明采用新型聚能管的預(yù)裂爆破對(duì)預(yù)留巖體破壞作用小，有利于邊坡工程中窄馬道的保留。

2.3.2 邊坡坡面的平整度和半孔率

從邊坡坡面平整度來看，其平整度均小于《GB50201—2012土方與爆破工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》中規(guī)定的15 cm限值[10，11]，符合驗(yàn)收規(guī)范要求；通過比較，采用新型聚能管的預(yù)裂爆破邊坡平整度要優(yōu)于傳統(tǒng)預(yù)裂邊坡，坡面更平順，可活動(dòng)碎石較少，如圖8和圖9所示。

坡面半孔率采用《GB50201—2012土方與爆破工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的計(jì)算公式

(1)

式中：l0為檢驗(yàn)區(qū)域殘留炮孔長(zhǎng)度總和；L0為檢驗(yàn)區(qū)域預(yù)裂炮孔長(zhǎng)度總和。

通過計(jì)算傳統(tǒng)預(yù)裂爆破后的邊坡半孔率η1=48%，采用新型聚能管的預(yù)裂爆破后的邊坡η2=85%，采用新型聚能管的預(yù)裂爆破邊坡半孔率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)預(yù)裂爆破。

通過試驗(yàn)對(duì)比，在相同邊坡預(yù)裂長(zhǎng)度的前提下，采用新型聚能管的預(yù)裂爆破，增大邊坡預(yù)裂孔孔距增大，降低單孔藥量，降低了邊坡施工成本，取得了優(yōu)于傳統(tǒng)預(yù)裂的爆破效果。邊坡平整度和半孔率成果如表3所示。

表3 邊坡平整度和半孔率成果表Table 3 Formula of slope flatness and half porosity

3 結(jié)語

采用新型聚能預(yù)裂爆破技術(shù)對(duì)永嘉縣垃圾焚燒發(fā)電廠邊坡工程進(jìn)行預(yù)裂爆破對(duì)比試驗(yàn)，獲得如下結(jié)論：

(1)依據(jù)聚能原理設(shè)計(jì)的新型聚能管能夠控制炸藥能量作用于預(yù)裂縫方向，采用新型聚能管裝藥，在減少鉆孔數(shù)量和炸藥使用量的同時(shí)達(dá)到了更好的預(yù)裂爆破效果。

(2)由于新型聚能管裝藥作用效應(yīng)的方向性，爆破后預(yù)裂縫沿炮孔中線貫穿、裂縫小且坡面更平順、可活動(dòng)巖石較小，成縫效果好，能夠成倍提高半孔率。

(3)新型聚能管的使用能夠有效地降低邊坡施工成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著，可以將此技術(shù)推廣到其他工程應(yīng)用。