黃強(qiáng)軍,王素創(chuàng)

(湖南鐵軍工程建設(shè)有限公司, 湖南 長(zhǎng)沙 410072)

0 引言

預(yù)裂爆破作為一種控制爆破技術(shù)廣泛應(yīng)用于水利邊坡爆破、礦山邊坡修復(fù)工程、公路高邊坡和基坑的開挖、露天控制爆破等工程建設(shè)領(lǐng)域。近年來(lái)隨著礦山安全生產(chǎn)工作越來(lái)越受重視,為了解決以前不規(guī)范開采遺漏下的“一面墻”式邊坡給周邊生態(tài)環(huán)境及附近居民帶來(lái)的安全隱患,廢棄礦山邊坡生態(tài)修復(fù)治理工作越來(lái)越受到重視。其中影響露天礦山邊坡穩(wěn)定性的因素有地質(zhì)條件、巖性、水文、爆破振動(dòng)、邊坡設(shè)計(jì)、邊坡開挖方式等,另一個(gè)重要因素就是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,對(duì)邊坡進(jìn)行控制爆破。基于此,采取預(yù)裂爆破技術(shù)可以有效控制爆破對(duì)需要保護(hù)巖體的影響,確保巖體的穩(wěn)定,探討預(yù)裂爆破技術(shù)在廢棄礦山邊坡生態(tài)修復(fù)工程的應(yīng)用。

1 工程概況

鎮(zhèn)海區(qū)九龍湖鎮(zhèn)田顧村、杜夾岙村、中心村9處廢棄礦山生態(tài)修復(fù)治理項(xiàng)目位于浙江省寧波市,工程包括對(duì)JL01～JL09等9處廢棄礦山進(jìn)行邊坡修復(fù)治理、邊坡復(fù)綠,對(duì)礦地進(jìn)行綜合治理,開展礦地利用。

1.1 工程特點(diǎn)

9處廢棄礦山生態(tài)修復(fù)治理的礦山為老舊廢棄礦山,背靠當(dāng)?shù)芈糜物L(fēng)景區(qū),因?yàn)椴灰?guī)范的“一面墻”式開采,造成坡高、坡陡、危石多,村民又經(jīng)常上山挖筍、祭拜,安全事故頻發(fā)。當(dāng)?shù)卣疄榱烁纳拼朔N局面,開展礦地利用,花費(fèi)巨資治理修復(fù)老舊廢棄礦山,爆破出來(lái)的凝灰石經(jīng)過加工成砂和碎石作為當(dāng)?shù)鼗ㄓ昧?既解決了老舊廢棄礦山的生態(tài)修復(fù)治理又參與了當(dāng)?shù)氐幕A(chǔ)經(jīng)濟(jì)建設(shè),打造綠色礦山。

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)巖石試驗(yàn)報(bào)告,9處廢棄礦區(qū)巖石主要為灰色、青色流紋質(zhì)晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r,天然抗壓強(qiáng)度為164～233 MPa,平均為198 MPa,礦石密度平均為2.62 g/c m3。治理區(qū)域內(nèi)巖土體工程地質(zhì)條件一般,以中風(fēng)化硬質(zhì)巖石為主,巖體基本質(zhì)量分級(jí)為Ⅱ類及以上。邊坡高度為24～100 m,設(shè)計(jì)邊坡坡面角60°,設(shè)計(jì)臺(tái)階高12 m,安全平臺(tái)寬2～4 m。

1.3 目的任務(wù)

本礦為廢棄礦山綜合治理,9個(gè)廢棄礦山邊坡均為不規(guī)則邊坡,坡面有浮石,局部巖石開裂、傾倒。坡面高差大、坡度陡、巖面巖體局部破碎,節(jié)理裂隙較發(fā)育,邊坡中部存在陡坡臨空面及順坡塊石等危巖體,穩(wěn)定性較差,在強(qiáng)降雨等極端天氣下容易誘發(fā)局部的小型崩塌地質(zhì)災(zāi)害,存在安全隱患。各礦山通過控制爆破,采用掛網(wǎng)、噴播進(jìn)行治理后,能消除高陡邊坡崩塌、危巖等地質(zhì)災(zāi)隱患,確保山體邊坡和下方利用場(chǎng)地的安全穩(wěn)定。

(1)爆破作業(yè)前,與周邊爆破警戒范圍內(nèi)的生產(chǎn)生活設(shè)施業(yè)主簽訂好安全協(xié)議。

(2)采取科學(xué)合理的施工方案和有效的安全技術(shù)措施,對(duì)廢棄礦山邊坡進(jìn)行分層分臺(tái)階逐層進(jìn)行控制爆破開挖及甩渣施工作業(yè)。

(3)爆破要保障爆區(qū)周邊環(huán)境安全、設(shè)備安全及爆破作業(yè)人員安全,必須嚴(yán)格控制爆破飛石和爆破振動(dòng)產(chǎn)生的危害。爆破飛石不得進(jìn)入附近居民區(qū)、辦公區(qū)、宿舍區(qū)。精確控制爆破藥量,嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)對(duì)周邊村莊的農(nóng)田灌溉水庫(kù)的影響,確保居民區(qū)建(構(gòu))筑物的安全。

(4)爆破前必須對(duì)進(jìn)入礦區(qū)的各路口,按規(guī)定設(shè)置崗哨,防止爆破時(shí)人員和車輛誤入爆破危險(xiǎn)區(qū);爆破時(shí)應(yīng)對(duì)其爆破警戒范圍內(nèi)的人員進(jìn)行清場(chǎng)。

(5)嚴(yán)格遵守安全規(guī)程,文明、安全施工,確保施工人員和附近人員的安全,確保車輛、高壓線路、機(jī)械設(shè)備不受損壞。

(6)爆破施工進(jìn)度必須滿足工程工期要求。

(7)控制爆破邊坡質(zhì)量必須滿足設(shè)計(jì)要求,滿足邊坡復(fù)綠要求。

2 爆破施工方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則及指導(dǎo)思想

(1)認(rèn)真貫徹執(zhí)行國(guó)家的各項(xiàng)方針政策,本著“安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行”的原則,在確保安全的前提下,合理規(guī)劃,精心設(shè)計(jì),注重資源保護(hù)和環(huán)境保護(hù)。

(2)降低成本,充分考慮爆破綜合經(jīng)濟(jì)效益,確保穩(wěn)定、持續(xù)、均衡性。

2.2 爆破施工方案選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)邊坡保護(hù)的要求,臨近最終邊坡時(shí)宜采用預(yù)裂爆破或者光面爆破技術(shù),降低爆破震動(dòng)對(duì)需保護(hù)邊坡的影響,保持邊坡穩(wěn)定。通過多次預(yù)裂爆破試驗(yàn)和光面爆破試驗(yàn),決定采用預(yù)裂爆破開挖方案。

(1)按設(shè)計(jì)要求,在圖紙上確定邊坡最終開挖線坐標(biāo),并在施工現(xiàn)場(chǎng)放樣,沿廢棄礦山邊坡最終開挖線實(shí)施預(yù)裂爆破,以減少主體爆破對(duì)需保護(hù)邊坡穩(wěn)定的影響。預(yù)裂孔的傾角以設(shè)計(jì)要求的坡面角來(lái)確定,爆破完成后用炮機(jī)簡(jiǎn)單修整。

(2)按設(shè)計(jì)要求,邊坡線采用孔間距較小的預(yù)裂孔,裝藥量小,按設(shè)計(jì)一次成坡。

(3)按設(shè)計(jì)要求,嚴(yán)格控制單段最大裝藥量和一次爆破規(guī)模,以保障附近民房的安全。

采用阿特拉斯液壓潛孔鉆機(jī)進(jìn)行穿孔作業(yè),采用預(yù)裂爆破一次性形成12 m邊坡面。

3 爆破參數(shù)

在主體爆破開挖前首先沿設(shè)計(jì)的邊坡輪廓線爆出一條一定寬度的裂縫,減弱主體區(qū)爆破時(shí)地震波向需要保護(hù)邊坡的傳播,并阻斷向保護(hù)區(qū)邊坡裂縫的發(fā)展,以減弱主體爆破對(duì)保護(hù)區(qū)邊坡穩(wěn)定性的危害。主爆孔爆破后,沿預(yù)裂面形成一個(gè)邊坡面,經(jīng)多次試驗(yàn)確定預(yù)裂爆破設(shè)計(jì)參數(shù)。

3.1 預(yù)裂孔深度

為減少邊坡坡腳的欠挖工作量,預(yù)裂孔需考慮超深,計(jì)算公式如下:

式中,L為預(yù)裂孔深度,m;H為開孔處實(shí)際高度與下一級(jí)平臺(tái)設(shè)計(jì)高程的差值,m;θ為設(shè)計(jì)坡面角,θ=60°;h為預(yù)裂孔超深,m,取h為0.5 m。

3.2 預(yù)裂孔直徑及問題

根據(jù)設(shè)計(jì)施工方案以及現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備,鉆頭直徑取115 mm,所以預(yù)裂孔直徑d=120 mm。

確定預(yù)裂孔間距,需要考慮的因素有施工工地地質(zhì)情況、炸藥種類及性能、裝工結(jié)構(gòu)等。

式中,a為預(yù)裂孔間距;d為炮孔直徑。其中對(duì)于軟巖或者較為破碎的巖石,取較小值;對(duì)于堅(jiān)硬巖石或者完整性良好的巖石,取較大值。根據(jù)本項(xiàng)目凝灰?guī)r巖石的巖性以及本工程前幾次預(yù)裂爆破試驗(yàn)效果,a的取值已經(jīng)超過了上式大值的范圍,取值為1.6 m。

3.3 不耦合系數(shù)

相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)表面,預(yù)裂孔的不耦合系數(shù)m的取值范圍在2～4之間,計(jì)算公式為:

式中,d為炮孔直徑;dΦ為藥卷直徑,預(yù)裂孔采用Φ32 mm藥卷間隔裝藥,不耦合系數(shù)m=3.75。

3.4 線裝藥密度及堵塞長(zhǎng)度

采用經(jīng)驗(yàn)線裝藥密度:q線=0.4～0.6 kg/m,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)前幾次預(yù)裂爆破試驗(yàn)效果,最終將線裝藥密度確定為0.6 kg/m。

3.5 堵塞長(zhǎng)度

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)及前幾次爆破試驗(yàn),堵塞長(zhǎng)度L2=2.5 m,預(yù)裂孔的鉆爆參數(shù)見表1。

表1 預(yù)裂孔鉆爆參數(shù)

3.6 裝花結(jié)構(gòu)

對(duì)于主爆孔和緩沖孔的參數(shù)設(shè)計(jì)參考深孔臺(tái)階爆破在此不作贅述,具體參數(shù)設(shè)計(jì)見表2。

表2 主爆孔和緩沖孔鉆爆參數(shù)

炸藥采用2號(hào)巖石乳化炸藥;預(yù)裂孔采用底部加強(qiáng)裝藥(使用一支Φ90 mm藥卷),正常裝藥段和上部減弱裝藥段均采用Φ32 mm藥卷間隔30 c m均勻綁扎裝藥,堵塞2.5 m;緩沖孔采用Φ90 mm藥卷連續(xù)裝藥,堵塞3 m;主爆孔采用Φ90 mm藥卷連續(xù)裝藥,堵塞3 m;各炮孔裝藥結(jié)構(gòu)見圖1至圖4。

圖1 預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)(單位:m)

圖2 緩沖孔裝藥結(jié)構(gòu)

圖3 主爆孔裝藥結(jié)構(gòu)(單位:m)

圖4 邊坡控制爆破示意(單位:m)

3.7 起爆網(wǎng)路

本工程起爆順序如圖4所示,預(yù)裂爆破起爆順序依次為:預(yù)裂孔→主爆孔3→主爆孔2→主爆孔1→緩沖孔,選用導(dǎo)爆管雷管起爆,傳爆雷管選取段別較低的雷管,主爆孔和緩沖孔孔內(nèi)起爆雷管選取段別較高的雷管,為了保障網(wǎng)路安全起爆,傳爆雷管均采用2發(fā)敷設(shè)連接,主爆孔和緩沖孔孔內(nèi)均使用2發(fā)導(dǎo)爆管雷管起爆。預(yù)裂孔每6孔使用導(dǎo)爆索連接一起,配2發(fā)導(dǎo)爆管雷管起爆。布置4排炮孔時(shí),起爆線路連接如圖5所示。

圖5 起爆網(wǎng)路連接

4 施工前期測(cè)量工作

鉆孔前測(cè)量平臺(tái)高程,挖機(jī)平整場(chǎng)地直達(dá)干凈巖面,以便于布孔和定位鉆機(jī),挖機(jī)找平后平整度控制在±20 c m。清理松動(dòng)巖石,方便鉆機(jī)定位,加快鉆孔速度,提高成孔率,減少孔口巖石掉落造成卡孔概率。

預(yù)裂孔布置前,由項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人、爆破員、測(cè)量人員、鉆機(jī)操作人員現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行質(zhì)量控制,預(yù)裂孔必須逐孔測(cè)量孔距、孔深、孔位,同時(shí)用紅油漆標(biāo)定。布孔時(shí)根據(jù)每孔口的實(shí)際高程、設(shè)計(jì)孔深、傾角、將孔的編號(hào)、參數(shù)記錄在冊(cè),同時(shí)要向鉆機(jī)操作人員做好技術(shù)交底。鉆孔前,在鉆機(jī)大臂和滑架在相對(duì)穩(wěn)定的情況下,測(cè)量鉆桿的傾角,調(diào)整到設(shè)計(jì)傾角,當(dāng)鉆頭入孔20 c m后再次復(fù)測(cè)、調(diào)整、直到傾角無(wú)任何偏差。鉆機(jī)鉆進(jìn)100 c m進(jìn)行第2次復(fù)測(cè),150 c m進(jìn)行第3次復(fù)測(cè),直至鉆孔傾角符合設(shè)計(jì)要求。鉆孔完成后清理孔口巖粉石渣,然后測(cè)量孔深、傾角,當(dāng)孔深、傾角符合設(shè)計(jì)要求時(shí),及時(shí)保護(hù)好孔口,防止石塊掉入。

5 爆破效果及對(duì)比分析

5.1 爆破效果

由于預(yù)裂孔孔間距小、裝藥量少,能夠按照設(shè)計(jì)邊坡傾角一次成坡,預(yù)裂孔爆破后留下的炮孔痕跡清楚,爆破效果明顯。

(1)預(yù)裂面巖體整體平整度較好,實(shí)際呈現(xiàn)坡度傾角與設(shè)計(jì)要求相符;

(2)預(yù)裂面平整度控制在±20 c m范圍內(nèi),但個(gè)別區(qū)域超欠挖集中,超欠挖集中在鉆孔偏移的地方,產(chǎn)生原因是鉆桿隨孔加深加長(zhǎng)而被壓彎或由于巖性的原因?qū)е?

(3)預(yù)裂邊坡無(wú)裂縫,碎石掉落較少,受爆破影響小,其穩(wěn)定性有保證。

圖6 凝灰?guī)r預(yù)裂爆破后的效果

5.2 對(duì)比分析

根據(jù)以往的預(yù)裂爆破參數(shù)(見表3),其裝藥結(jié)構(gòu)如下:孔底墊1.0 kg卷裝炸藥后,按1.0 kg/m線密度裝Φ32 mm卷裝乳化炸藥至離孔底1 m處,最后按0.3 kg/m線密度間斷地、均勻地將Φ32 mm卷裝乳化炸藥綁扎于導(dǎo)爆索至離孔口2 m處,將綁扎好的炸藥和導(dǎo)爆索固定在預(yù)備的竹片上。

表3 以往預(yù)裂爆破參數(shù)

按照以往爆破參數(shù)進(jìn)行預(yù)裂爆破試驗(yàn),其孔底留下巖根、欠挖比較明顯,需要炮機(jī)大量修整邊坡才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求,原因可能是底部加強(qiáng)段裝藥偏小,底部的預(yù)裂面不能和中上部預(yù)裂面形成貫通裂縫。

多次調(diào)整爆破參數(shù)后,擴(kuò)大孔距至1.6 m,底部加強(qiáng)段減小至45 c m左右,藥量增加,改為一支3 kg的Φ90 mm乳化炸藥,其中部和上部采用Φ32 mm間隔30 c m均勻綁扎,其特征是相較于其他預(yù)裂爆破沒有明顯的正常裝藥段和上部減弱裝藥段,預(yù)裂爆破后的效果也較之前大為提高。

6 建議

6.1 優(yōu)化爆破參數(shù)

爆破設(shè)計(jì)應(yīng)多次試爆并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,才能使爆破達(dá)到預(yù)期的效果。

6.2 測(cè)量、鉆孔的質(zhì)量控制措施建議

提高鉆孔施工質(zhì)量是爆破成功的前提,而提高鉆孔質(zhì)量的首要條件是精準(zhǔn)測(cè)量,測(cè)量能保障鉆孔施工是按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行,并且在提高預(yù)裂面的平整度、減少超欠挖、提高邊坡的穩(wěn)定性等方面起著重要作用。

將測(cè)量、鉆孔施工幾個(gè)質(zhì)量控制措施步驟簡(jiǎn)述如下。

(1)做好測(cè)量前的準(zhǔn)備工作,清理巖面上松散碎石,由測(cè)量組及爆破技術(shù)人員、爆破員現(xiàn)場(chǎng)布孔,標(biāo)明鉆孔的深度、角度,并把鉆孔數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確的提供給鉆孔組,按照設(shè)計(jì)要求精準(zhǔn)鉆孔。

(2)鉆孔組根據(jù)爆破鉆孔參數(shù)表及爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行鉆孔作業(yè),鉆孔時(shí)現(xiàn)場(chǎng)施工員必須到場(chǎng),保證位置準(zhǔn)確無(wú)誤。

(3)鉆孔完成后保護(hù)成孔,清理孔口周邊的浮石和巖屑,施工員在鉆孔完成后,應(yīng)檢測(cè)炮孔位置、深度、角度、排距等參數(shù)是否符合爆破設(shè)計(jì),并填寫相關(guān)記錄。

(4)爆破施工前,對(duì)孔進(jìn)行復(fù)驗(yàn)孔,檢查是否積水、堵塞。

6.3 裝藥質(zhì)量控制措施建議

(1)嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)的藥量及藥卷規(guī)格制作藥卷,不準(zhǔn)隨意增減;雷管段別由專人統(tǒng)一管理,負(fù)責(zé)登記及辦理領(lǐng)取手續(xù),防止出現(xiàn)差錯(cuò)。

(2)裝藥時(shí)爆破技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)裝藥,向孔內(nèi)裝填藥量用木質(zhì)和竹質(zhì)填塞棒將藥包輕輕送入孔底,對(duì)裝藥過程中出現(xiàn)的各種問題及時(shí)處理。

(3)裝藥完成后由爆破員根據(jù)設(shè)計(jì)要求填塞炮孔,填土?xí)r先輕后重,力求填滿搗實(shí),防止損傷腳線,多余的火工品及時(shí)退庫(kù)。

(4)詳細(xì)記錄各個(gè)炮孔的裝藥情況。測(cè)量、鉆孔、裝藥按以上步驟進(jìn)行,才能保障爆破施工的安全及爆破質(zhì)量,為下一步復(fù)綠施工作業(yè)提供基礎(chǔ)保障。