堅硬巖石靜態(tài)爆破工效提升的關(guān)鍵技術(shù)研究

摘要：堅硬巖石是進(jìn)行建筑施工和礦物采集中常見的障礙物，因此對堅硬巖石的清除工作就顯得格外重要。而靜態(tài)爆破技術(shù)是是一種新型的巖石爆破技術(shù)，靜態(tài)爆破的爆破效率高、無噪聲和粉塵等優(yōu)勢使其在堅硬巖石爆破中發(fā)揮了巨大的作用。因此本文對堅硬巖石中靜態(tài)爆破的技術(shù)進(jìn)行了研究，期待本文的研究內(nèi)容能夠為提升爆破工程施工效率和采礦效率提供參考。

關(guān)鍵詞：堅硬巖石;靜態(tài)爆破

一、靜態(tài)爆破技術(shù)簡介

一般來說，施工中最常見的障礙物是巖石，對于巖石的清除一直是困擾施工的一大難題，特別是山地施工和礦道施工，大量的施工時間都浪費在了清理巖石上面，對施工效率造成了較大的影響。巖石具有抗壓強(qiáng)度高但抗拉強(qiáng)度低的特點，因此在爆破巖石時，可利用巖石的這個特點對巖石進(jìn)行高效、快速的爆破，靜態(tài)爆破技術(shù)由此應(yīng)運而生。

通常情況下的靜態(tài)爆破施工方式是利用氧化鈣之類的可發(fā)生水化反應(yīng)的固體物質(zhì)的水化反應(yīng)將巖石撐破，再由液壓機(jī)械將巖石分裂，達(dá)到破碎巖石的目的。靜態(tài)爆破中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：CaO+H2O→Ca（OH）2，該過程會放出大量熱量，將巖石脹裂，因此在嚴(yán)格意義上說靜態(tài)爆破并不是一種爆破技術(shù)，所以靜態(tài)爆破不具有傳統(tǒng)爆破技術(shù)的缺陷，因而被大規(guī)模的應(yīng)用在巖石爆破中。

二、靜態(tài)爆破的工藝特點

（一）安全性

相較于傳統(tǒng)爆破方式，靜態(tài)爆破中不含有產(chǎn)生沖擊波的炸藥等危險物質(zhì)，因而較傳統(tǒng)的炸藥爆破更為安全，機(jī)械化的爆破方式也更為可控，可以在精密機(jī)械旁或人員密集處工作而無需擔(dān)心不可控的傷害。

（二）環(huán)保性

傳統(tǒng)炸藥爆破的方式不但會產(chǎn)生大量的碎石和煙塵，還會產(chǎn)生硫化物和氮化物之類的大氣污染物，而靜態(tài)爆破所使用的膨脹劑和水化反應(yīng)物等不會產(chǎn)生污染物，爆破過程也不會產(chǎn)生煙塵等。屬于一種非常經(jīng)濟(jì)環(huán)保的巖石爆破方式。

（三）經(jīng)濟(jì)性

傳統(tǒng)炸藥爆破所需時間長且材料成本高，而靜態(tài)爆破所需的材料成本較低，且可實現(xiàn)連續(xù)不間斷的作業(yè)，極大的提升了施工效率，節(jié)省了施工成本和傳統(tǒng)爆破中額外的安全防護(hù)成本。

（四）精確性

傳統(tǒng)爆破受爆炸沖擊波影響，往往無法精確控制巖石的爆破方式，而配合機(jī)械作業(yè)的靜態(tài)爆破可實現(xiàn)對巖石的精確爆破和定向爆破?？蓪r石分類為指定的尺寸和形狀，對于后續(xù)的巖石清理工作非常有幫助。

（五）實用性

靜態(tài)爆破技術(shù)所用機(jī)械壽命較長，且學(xué)習(xí)成本較低，即便是完全不熟悉的工人經(jīng)過短時間的訓(xùn)練也可以完全掌握靜態(tài)爆破方式的技術(shù)流程，這使得靜態(tài)爆破技術(shù)成為了一種非常實用的巖石爆破手段。

三、某項目堅硬巖石靜態(tài)爆破工效提升研究

為了將靜態(tài)爆破技術(shù)應(yīng)用到堅硬巖石的爆破中，以提升堅硬巖石的爆破工效，我們前往了當(dāng)?shù)啬彻こ态F(xiàn)場，對其堅硬巖石爆破中的靜態(tài)爆破技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用。[1]

（一）工程概況

該工程位于當(dāng)?shù)啬呈〉琅缘木G化帶上，工程風(fēng)井為雙層的框架式結(jié)構(gòu)，土層覆蓋的平均厚度約為3米，開挖基坑的尺寸為長約38米，寬約35米，深約19米?；拥撞看嬖谫|(zhì)地堅硬的高致密基巖層，經(jīng)過當(dāng)?shù)毓こ滩块T對基巖層的取樣分析，基巖主要由石炭系時期的灰質(zhì)巖層和炭質(zhì)灰?guī)r層構(gòu)成，巖石層厚層狀構(gòu)造，中部多為方解石填充，局部為炭質(zhì)巖層填充，巖芯結(jié)構(gòu)完整，質(zhì)地較為堅硬，錘擊聲較脆。[2]

我們前往施工現(xiàn)場進(jìn)行了考查，開挖的基坑中，基巖層的分布較為廣泛，巖層的厚度較大且整體性良好，挖掘機(jī)無法敲碎巖石。且由于該工程基坑臨近省道，采用傳統(tǒng)炸藥爆破的方式會對省道車輛造成較大影響，因此當(dāng)?shù)毓こ特?fù)責(zé)人在經(jīng)由公安機(jī)關(guān)批準(zhǔn)后，決定采用靜態(tài)爆破的方式對基坑中的基巖進(jìn)行爆破。

（二）施工機(jī)械及準(zhǔn)備

我們在施工中準(zhǔn)備了風(fēng)槍、挖掘機(jī)和抽水機(jī)等機(jī)械設(shè)備，其中風(fēng)槍用于對基巖鉆孔;挖掘機(jī)用于清理爆破的碎巖塊;抽水機(jī)負(fù)責(zé)從現(xiàn)場抽水。

施工之前的準(zhǔn)備工作為檢查各施工機(jī)械是否正常工作，檢查施工所需的必備物資是否準(zhǔn)備齊全，如水桶、護(hù)目鏡、橡膠手套、攪拌器等。

（三）工效提升研究

1.鉆孔部署

由于該工程基坑中基巖分布較廣泛，因此我們決定采用分區(qū)、分層次的方式對基巖層進(jìn)行逐級爆破，以提升施工效率。根據(jù)基巖層對分布特點，將完整性較好且相鄰較近的基巖分為一個區(qū)，以便提升爆破效率。各區(qū)中進(jìn)行鉆孔、灌藥、爆破和清理作業(yè)時，為提升施工效率，我們擬決定在下一分區(qū)鉆孔的同時對上一分區(qū)實施爆破作業(yè)，從而為下一分區(qū)的爆破作業(yè)提供可操作的工作面。施工作業(yè)平面圖如下所示。

我們將基巖層劃分為上圖所示的分區(qū)對爆破區(qū)進(jìn)行分段，分段距離約為9-10米一段，縱向分層為每層0.5米。

鉆孔是靜態(tài)爆破施工的關(guān)鍵施工參數(shù)，鉆孔的方式、孔的數(shù)量和大小通常由爆破對象的規(guī)模、性質(zhì)以及施工約束條件而定。原則上來說，鉆孔之前應(yīng)保證至少有一個與布孔方向平行的自由面，自由面的數(shù)量越多，單次爆破的爆破量就越大，一般情況下，鉆孔的距離和自由面之間的距離與巖石的硬度有關(guān)，巖石的硬度越大，鉆孔之間的距離和面之間的距離就越小，反之則越大，巖石的硬度與鉆孔之間的距離關(guān)系為：巖石硬度（F）[ F為巖石的普式硬度系數(shù)，F(xiàn)越大，巖石的硬度就越大。一般來說，F(xiàn)在15-20之間為極堅硬巖石，如花崗巖、石英等;F在8-10之間為堅硬巖石，如砂巖等;F在4-6之間為普通巖石，如鐵礦石等;F在3以下為不堅固巖石，如黃土。]為4時，鉆孔距離大于50㎝，自由面距離為80㎝左右;巖石硬度為6時，鉆孔距離為40㎝左右，自由面距離為50㎝左右;巖石硬度為8時，鉆孔距離為30㎝左右，自由面距離為40㎝左右;巖石硬度為12時，鉆孔距離為20㎝左右，自由面距離為30㎝左右。根據(jù)我們所測得的該工程基巖的普式硬度數(shù)值來看，我們將鉆孔距離設(shè)置為30㎝，鉆孔直徑為40㎝，鉆孔深度距巖層底部約15-25㎝左右，由此測得的平均鉆孔深度約為2米。

鉆孔所采用的設(shè)備為空壓機(jī)和風(fēng)槍，風(fēng)槍鉆頭采用直徑35-40㎝的鉆頭，以保證鉆孔效果，在鉆孔完畢后，應(yīng)將孔內(nèi)用清水沖洗干凈。

2.膨脹劑配制

膨脹劑的配制工作在水桶內(nèi)完成，按照所標(biāo)注的配方將水和藥劑混合并攪拌至糊狀，一般來說，普式硬度為8以上的巖石在進(jìn)行靜態(tài)爆破時常見的藥劑和水的質(zhì)量混合比為0.23，用藥量為35-45kg/m2。

3.裝藥

將配制好的糊狀藥劑均勻的放置如爆破孔內(nèi)直至裝滿，爆破孔無需密封，對于孔口向下傾斜的爆破孔，可在藥劑中加入約20%質(zhì)量比的水并迅速倒入孔內(nèi)。

藥劑灌裝操作為多組同時操作，每組由兩名灌裝人員，一主一副。藥劑攪拌時，主灌裝手完成藥品攪拌工作，副灌裝手在攪拌過程中加水并監(jiān)督藥劑的狀態(tài);藥劑灌裝時，主灌裝手將藥劑灌裝入爆破孔中，副灌裝手負(fù)責(zé)在灌裝時攪拌孔內(nèi)的藥物，保證藥物盡可能均勻密實的分布在爆破孔內(nèi)。為了保證爆破效果，各爆破孔內(nèi)的藥劑應(yīng)當(dāng)同步膨脹，因此我們在灌裝工作中采用了同步操作的方式，每組工人在灌裝時的操作應(yīng)同步進(jìn)行，且各組工人負(fù)責(zé)灌裝的爆破孔數(shù)量不能過多，以免影響操作同步性，這種做法可保證各爆破孔內(nèi)的膨脹劑的膨脹壓同步變化，從而獲得較好的巖石破碎效果。[3]

為了保證巖石的破碎效果，在灌裝藥劑之前，灌裝人員應(yīng)檢查藥劑是否符合灌裝要求。如果藥劑已經(jīng)出現(xiàn)氣泡、溫度上升等現(xiàn)象，則不允許灌裝，為了保證藥劑能夠發(fā)揮最大作用，原則上來說從藥劑攪拌到灌裝結(jié)束的整個過程不得超過5分鐘。

4.爆破

在完成所有爆破孔的灌裝之后，靜待10-14小時，可看到巖石表面出現(xiàn)裂縫，此時可采用工程機(jī)械對開裂巖石進(jìn)行破碎處理。

四、結(jié)論

靜態(tài)爆破的無灰塵，低噪聲和高效率的特點使其成為了爆破堅硬巖石的首選，本文以某工程基巖爆破的實際操作為例，對堅硬巖石的靜態(tài)爆破中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。一般來說，對堅硬巖石進(jìn)行靜態(tài)爆破時每一個根據(jù)巖石的分布、厚度場地約束條件等因素合理的安排爆破分區(qū)，以提升巖石爆破的效率;在鉆孔時，應(yīng)根據(jù)巖石的硬度和體積合理決定鉆孔數(shù)量、鉆孔距離和鉆孔深度（這一點文中已列出了較為詳細(xì)的參考數(shù)值）;配置膨脹劑時，應(yīng)根據(jù)巖石的硬度適當(dāng)調(diào)整藥劑和水的比例，通常來說，常見的普式硬度為8的巖石的藥劑和水的質(zhì)量比約為0.23左右;在裝藥時，為了保持各個爆破孔內(nèi)藥劑的膨脹壓相同，應(yīng)當(dāng)采取分組同步作業(yè)的方式;在裝藥完畢后10-14小時左右，當(dāng)巖石表面出現(xiàn)裂縫時，即可開始爆破處理;此外在進(jìn)行巖石靜態(tài)爆破作業(yè)時，還應(yīng)當(dāng)注意施工安全，避免人身事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]張學(xué)強(qiáng).靜態(tài)爆破技術(shù)在響水峪水庫除險加固工程中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2019（08）：128-129.

[2]劉海波.復(fù)雜環(huán)境下市政道路高邊坡靜態(tài)爆破施工技術(shù)[J].工程技術(shù)研究，2018（03）：53-54.

[3]楊天武.靜態(tài)爆破技術(shù)在路基土石施工中的運用探索[J].建材與裝飾，2019（02）：222-223.

作者簡介：王建華（1981-），男，湖北當(dāng)陽人，本科，高級工程師，研究方向：爆破工效提升。