張 勛,黃 楠

(江蘇省礦業(yè)工程集團(tuán)有限公司,江蘇 徐州221000)

1 工程概況

大孤山廢棄礦山占地面積約0.21 km2,東側(cè)為廢棄宕口,距離孤山小區(qū)約107 m；南側(cè)為九里山西路,在九里山西路北側(cè)有一道10 kV輸電線路(距離約21 m),在九里山西路南側(cè)有110 kV和220 kV高壓輸電線路(距離約57 m),距離玉潭花溪小區(qū)北側(cè)圍墻約71 m；西側(cè)距離防空洞洞口約8 m,距離省煤炭二處鋼結(jié)構(gòu)廠房約33 m；北側(cè)距離城市花園小區(qū)約30 m。原始地面高程最高為88.0 m,最低為37.1 m,設(shè)計(jì)高程為40.5 m。根據(jù)設(shè)計(jì)和勘查,石方總量約為94.82萬m3。大孤山治理工程衛(wèi)星圖如圖1所示。

圖1 大孤山治理工程衛(wèi)星地圖

2 爆破施工技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 火工品

采用數(shù)碼電子雷管?70 mm,2#巖石乳化炸藥。

2.2 基巖爆破參數(shù)

1)鉆孔直徑。采用液壓鉆機(jī)鉆孔,孔徑為90 mm。

2)布孔形式。采用方形布孔,爆破孔位布置如圖2所示。

3)孔網(wǎng)參數(shù)。

孔網(wǎng)參數(shù)的選擇主要與巖石的性質(zhì)、炮孔直徑、孔深和排數(shù)有關(guān),合理的孔網(wǎng)參數(shù)能有效提高爆破效果,降低爆破振動(dòng)強(qiáng)度。

以10 m孔深為例,把選取的孔網(wǎng)參數(shù)與類似工程——山東棗荷高速山體爆破工程項(xiàng)目作對(duì)比。為方便表述,山東棗荷高速山體爆破工程方案簡(jiǎn)稱“棗荷高速”,大孤山項(xiàng)目爆破設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)稱“大孤山”。兩方案的孔網(wǎng)參數(shù)對(duì)比情況見表1。通過對(duì)比,“大孤山”比“棗荷高速”單孔爆破方量增加約22%。

表1 兩方案的孔網(wǎng)參數(shù)對(duì)比

4)單耗計(jì)算。

以10 m孔深為例,采取延米裝藥,“棗荷高速”采用?70 mm 2#巖石乳化炸藥自由落體方式裝藥,“大孤山”采用罐籠吊裝,單耗對(duì)比情況見表2。通過對(duì)比,“大孤山”比“棗荷高速”單耗降低16.7%。

表2 兩方案的單耗對(duì)比

2.3 裝藥結(jié)構(gòu)

為減少飛石,采用正向起爆方式,將起爆雷管放置在炸藥藥柱的上端。罐籠吊裝下連續(xù)裝藥,具體裝藥結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 “大孤山”裝藥結(jié)構(gòu)

2.4 起爆網(wǎng)路與起爆方法

起爆網(wǎng)絡(luò)采用微差逐孔爆破,延期間隔為50 ms。后一段起爆深孔周圍的反射拉伸應(yīng)力波與前一段起爆孔產(chǎn)生的反射拉伸應(yīng)力波互相疊加,影響較大,為減弱爆破地震波,降低疊加影響,將一次爆破藥量分成多段微差爆破。微差爆破前后相鄰段炮孔爆破時(shí)間間隔極短,可使各炮孔爆破產(chǎn)生的能量場(chǎng)相互影響,既可以提高爆破效果,又可以減少爆破地震效應(yīng)[1-4]。毫秒微差爆破段數(shù)越多,能使前后起爆的炸藥量產(chǎn)生的地震波主振越不重疊,前后起爆產(chǎn)生的地震波互相干擾越大,降振效果越明顯。

3 安全設(shè)計(jì)

為有效減少振動(dòng),在爆破地震波前沖方向,如山體東側(cè)、南側(cè),預(yù)先鉆1排或2排密集的減振孔,或采用預(yù)裂爆破形成一定寬度的預(yù)裂縫和預(yù)開挖減振溝,當(dāng)一部分爆破地震波傳遞到減振孔時(shí),面波在經(jīng)過孔口時(shí)停止傳播。大孤山項(xiàng)目在爆破前沖方向預(yù)先鉆2排孔距為2 m,排距為4 m,孔深為12 m的減振孔,并采用梅花眼布孔減弱地震波的傳遞。

3.1 地震波安全距離

爆破振動(dòng)安全允許距離計(jì)算公式[5-6]為:

式中:R為爆破振動(dòng)安全允許距離,m；V為保護(hù)對(duì)象所在地安全允許質(zhì)點(diǎn)振速,cm/s；Q為炸藥量,延時(shí)爆破為最大單段藥量,kg；K為與爆破場(chǎng)地有關(guān)的系數(shù)；α為與地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)。

根據(jù)地勘材料,該工程巖石強(qiáng)度較高,為中等偏硬巖石。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》[7]選取K=160,α=1.6。

3.1.1 地震波對(duì)一般建筑物的影響

工程周邊的建筑物主要為北側(cè)城市花園小區(qū)民房、東側(cè)孤山小區(qū)民房、南側(cè)玉潭花溪小區(qū)民房和西側(cè)一處待拆除建筑、防空洞、省煤炭二處廠房。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》選取對(duì)應(yīng)的V值(為增加安全系數(shù),取下限),計(jì)算各種情況對(duì)應(yīng)的Q值。方案設(shè)計(jì)的是逐孔起爆,單孔裝藥量即單段裝藥量,將計(jì)算出的Q值與設(shè)計(jì)方案深孔爆破的最大單段裝藥量(Qmax)進(jìn)行比較。具體情況見表3。

表3 地震波對(duì)一般建筑物的影響

根據(jù)表3,如果Q＞Qmax,按照設(shè)計(jì)的最大臺(tái)階施工；如果Qmax＞Q,可降低臺(tái)階高度控制單段藥量,通過此措施確保爆破施工產(chǎn)生的地震波不會(huì)對(duì)周圍建筑物產(chǎn)生危害。

3.1.2 地震波對(duì)電力設(shè)施的影響

工程周邊的電力設(shè)施為南側(cè)10 kV輸電線路(桿式基礎(chǔ))、110 kV和220 kV高壓輸電線路(塔式基礎(chǔ))。根據(jù)GB 50260—2013《電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中“輸電線路桿塔和基礎(chǔ)抗震設(shè)防烈度應(yīng)采用當(dāng)?shù)氐幕镜卣鹆叶取钡囊?guī)定,徐州地區(qū)地震設(shè)防烈度為7級(jí),相當(dāng)于爆破振動(dòng)速度6.0～12.0 cm/s,在考慮正常無損輸電線路運(yùn)營(yíng)的前提下,擬選擇2 cm/s作為此次輸電線路的控制標(biāo)準(zhǔn)。具體情況見表4。

表4 地震波對(duì)電力設(shè)施的影響

由表4可得,Q＞Qmax,因此,該爆破施工產(chǎn)生的地震波不會(huì)對(duì)周圍電力設(shè)施產(chǎn)生危害。為避免爆破地震波疊加效應(yīng),應(yīng)控制爆破規(guī)模,此次工程深孔爆破控制一次爆破總藥量在2.5 t以下。

3.2 振速監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

經(jīng)實(shí)測(cè),兩種方案的振速對(duì)比見表5。通過對(duì)比,“大孤山”比“棗荷高速”振速降低約20%。

表5 兩方案的實(shí)測(cè)振速對(duì)比

3.3 爆破飛石距離

根據(jù)Lundborg的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),炮孔爆破飛石距離根據(jù)式(2)計(jì)算。

式中:Kt為爆破方式、填塞長(zhǎng)度、地質(zhì)和地形條件有關(guān)的系數(shù),取1.0～1.5；q為炸藥單耗,kg/m3；D為炮孔直徑,mm。

深孔爆破中q=0.30 kg/m3,D=90 mm,為增加安全系數(shù),Kt取值1.5,此時(shí)Rf=40.5 m。本工程中,深孔爆破區(qū)域距離輸電線路最近距離為55 m,大于40.5 m,故深孔爆破飛石不會(huì)對(duì)輸電線路造成影響。同時(shí),施工方案規(guī)劃中選定了安全的爆破方向和開挖順序,能有效避免飛石對(duì)周邊建(構(gòu))筑物的影響。

4 爆破效果

上述施工方案節(jié)省了炸藥雷管使用量,減少了綜合鉆孔深度,節(jié)省了大量的人力、物力和工作時(shí)間,且振動(dòng)得到有效控制。爆破后石塊塊度適中,適合挖運(yùn),爆破效果良好。

5 成本核算

核算施工方案的實(shí)際成本,兩種方案的成本對(duì)比見表6。

表6 兩方案的成本對(duì)比

“棗荷高速”與“大孤山”對(duì)比,炸藥單價(jià)5 309元/t,節(jié)省炸藥費(fèi)用為47.41×5 309=251 700元；7 m雷管單價(jià)18.58元,節(jié)省雷管費(fèi)用為1 300×18.58=24 154元；鉆孔單價(jià)18元/m,節(jié)省鉆孔費(fèi)用為13 122×18=236 196元。綜合計(jì)算,按照本方案施工,預(yù)計(jì)節(jié)省費(fèi)用512 050元。

6 結(jié)語

在大孤山項(xiàng)目中,通過合理控制總藥量、最大單孔裝藥量、孔排距和排間微差時(shí)間,設(shè)置減振孔等方案,有效控制了爆破振動(dòng),節(jié)省了人力物力。