《土石方深孔扩壶爆破技术的应用》.doc
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土石方深孔扩壶爆破技术的应用
杨智旭 李采华
［摘 要］ 通过深孔扩壶爆破在厦门造船厂场地平整爆破工程中的实际应用，阐述了深孔扩壶爆破在适当条件下，可显著降低土石方爆破工程的施工成本、加快工程进度、减少投资，获得良好的工程效益。
［关键词］ 深孔爆破 扩壶爆破 土石方施工
ApplicationoftheTechniqueof
PotBlastinginDeepHole
Yang Zhixu， Li Caihua
NanjingEngineeringCollege（Nanjing，210007）
［ABSTRACT］Bythetechniqueofpotblastingindeepholecarriedoutsuccessfullyinground-leveledblastinginXiamenShipYard，itwasexpoundedinthispaperthatthetechniqueunderproperconditioncouldbringgood projectprofit．Theconstructioncostsofsoilandrockblastingengineeringcouldgreatlybecutdown，theprojectschedulecouldbespeededup，andtheinvestmentcouldalsobereduced．
［KEYWORDS］blastingindeephole，potblasting，soilandrockconstruction
1 工程概况
厦门造船厂新厂区位于厦门市海昌管理区排头，与海天码头隔海相望。
在厂区场地平整中，要求将总方量约7．5×105m3的石鼓山爆破后挖运填海，并在10个月内完工。
山体西面坡度为60°～65°，东北面坡度为30°～45°。
爆体为多层次结构，表面植被丰富，山体表土厚度1m～3m，系花岗岩风化残积土；表土以下依次为强风化、中风化及未风化花岗岩。
爆破前，表层土及强风化岩石已先期挖运完毕。
剩余需爆破部分方量约为5×105m3。
爆区西南30m处有4栋2层～4层居民楼，居民已搬迁，后改为本工程临时用房；爆区以南50m处为正在建设中的船台；爆区以东250m处为海滩。
根据工程实际情况，当地公安部门审查批准该工程只能实施中深孔爆破和浅孔爆破。
2 爆破方案设计及爆破效果
2．1 钻孔设备与钻孔能力
该工程钻孔设备有：
3台沈阳风动工具厂生产的TQ500型简易潜孔钻；3台无锡空压机厂生产的10m3空气压缩机。
钻孔时选用90mm钻头，如果3台钻机每天正常工作10h～12h，可钻90mm孔总量约100m。
2．2 深孔爆破方案及爆破效果
2．2．1 爆破方案
根据现场地质及地形情况，取最小抵抗线W＝3m；排距b＝3m；孔间距a＝3．5m；孔深L＝8m～12m；采用梅花形布孔。
根据现场火工品供应情况，干孔选用2号岩石铵梯（袋装）炸药，水孔选用70mm乳化炸药或下部选用乳化炸药、上部选用2号岩石铵梯炸药。
分层装药用毫秒延期电雷管（排与排延期间隔为100ms左右）起爆。
2．2．2 爆破效果
依据以上深孔爆破方案，爆后岩石破碎均匀，超过1m3的大块3%以内；底板较平整，利于下层钻孔爆破；爆堆高度适中，后续挖运作业方便；靠后排边坡基本没出现危坡和缓坡，利于后续土石方的钻孔作业。
该爆破方案虽能获得良好的爆破效果，但每延米爆破方量只有10m3左右，3台钻机每天只能完成1000m3，与工程要求的每天确保2000m3的差距较大。
而且，因空压机陈旧、技术性能差、耗油高，使每延米钻孔直接成本较高。
为解决以上问题，一方面应提高日产量，满足工期要求；另一方面，应降低单方钻孔量，降低工程成本。
为此，提出采用深孔扩壶爆破方案。
2．3 深孔扩壶爆破
扩壶爆破因能形成复合型装药结构，使得爆炸能量更集中且有利于克服底板阻力，从而可扩大孔网参数，减少钻孔工作量。
所以，在土石浅孔爆破中应用较多。
将扩壶爆破技术用于深孔爆破，与浅孔扩壶爆破相比，孔网面积（孔间距乘排距）可扩大几倍至十几倍；台阶高由3m～4m提高到7m～8m甚至十几米。
为此，地质因素影响明显，扩壶工艺要求高，提高成孔率的技术更为复杂；成为制约深孔扩壶爆破广泛应用的主要因素。
在厦门船厂场地平整爆破工程中，为加快进度、降低成本，应用深孔扩壶爆破技术，取得了良好效果。
2．3．1 实验确定炸胀指数P
根据经验公式［1］P＝Q／Q
（1）
式中 Q＇——扩大药壶需要的总药量，kg；
Q ——设计要求的药壶装药量，kg。
炸胀指数主要与岩石力学性质有关，在特定地质条件下的取值只能通过实验确定。
如果将药壶粗略地当成球体，则药壶体积为球体体积，药壶装药量为
式中 d——用铁棍测量器测得的药壶最大直径，m；
ρ——炸药密度，采用散装2号岩石铵梯时取ρ＝900kg.m－3。
所以Q≈468d3
P＝468d3／Q （3）
选用代表性地质工地作扩壶实验，其结果如表1。
表1 岩石炸胀指数实验结果
扩壶
次数
扩壶药量
Q／kg
药量
分配
药壶直径
d／m
炸胀指数
P
2
6．0
2∶4
0．51
10．35
2
9．8
3∶6∶8
0．60
10．32
3
15．0
2∶5∶8
0．68
9．81
3
20．0
3∶7∶10
0．75
9．87
从表1可知，地质条件基本相同时，不同的扩壶次数下实验所得的炸胀指数P存在一定差异。
本工程地质条件下的炸胀指数实验结果为：
当扩壶次数为2次时，P＝10．34；
当扩壶次数为3次时，P＝9．84。
2．3．2 装药量
集团药包药量Q按松动爆破确定［2］
Q＝eK＇W3 （4）
式中 K＇——松动爆破单耗，根据岩石性质经试爆确定，K＇＝0．6 kg.m－3；
W —— 集团装药最小抵抗线，m；
e —— 炸药量换算系数，使用2号岩石铵梯炸药时e＝1。
则 Q＝0．6W3 （5）
线性装药量为
式中 Qx——线性装药量，kg.m－1；
R——药孔半径，取0．045m；
Lx——线性装药长度，m；
L——孔深，（由台阶高度决定），m；
Lt——上部填塞长度，m；
其余同前。
则 Qx＝5．7Lx （7）
2．3．3 其它参数选择
W＝L／h （8）
式中 h——埋深系数，取1．25～1．70。
排距为b＝W （9）
间距为a＝（0．8～1．2）W （10）
布孔采用梅花形。
2．3．4 深孔扩壶爆破方案
根据现场地形、地质结构及工程要求等，首先确定合适的孔深和孔网参数，然后对扩壶药量和装药量等进行计算，设计出多种爆破方案，现将典型方案列于表2。
表2 深孔扩壶爆破方案①
项 目
方 案 1
方 案 2
方 案 3
方 案 4
孔深L／m
12
10
8
6
最小抵抗线W／m
7
6
5
6
孔排距b／m
7
6
5
台阶高10m
孔间距a／m
7．5
6．5
6
4
集团装药药量Q／kg
205．8
129．6
75．0
129．6
扩壶次数②（炸胀指数）
3（9．84）
3（9．84）
2（10．34）
3（9．84）
扩壶药量②Q＇／kg
20．9（21）
13．2（13．5）
7．3（7．5）
17．8（18）
扩壶药量分配
3∶7．5∶10．5
2∶4∶7．5
2．5∶5
3∶6∶9
药壶实测直径d／m
0．76
0．66
0．55
0．72
线性装药长度Lx／m
2
1．5
1．0
0
线性装药药量Qx／kg.m－1
11．4
8．6
5．7
0
单孔总药量Q＋Qx／kg
217．2
138．2
80．7
129．6
注：
①方案1～3为垂孔扩壶，方案4为单排水平孔扩壶（单纯集团装药）；
②括弧外为计算值，括弧内为实际操作值。
2．4 深孔扩壶爆破施工工艺及技术要点
2．4．1 施工工艺
钻孔前，对拟实施扩壶的口部的松软层或碎石层进行清理；钻孔过程中，对地质构造变化情况进行细致观察并做好记录；钻到明显夹层或出现其它不利扩壶的地质构造时，迅速调整孔位或调整孔网参数；钻孔完毕后，将底部石粉吹干净。
扩壶前对孔深进行测量验收，将渗水吹干净，以确保设计孔深；装扩壶药时，用皮尺或绳子进行测量，以确保装药到达设计位置后用电雷管起爆；扩壶后，对干孔等待至少15min后才能进行下次扩壶或装药；按设计次数扩壶完成后，必须用铁棍测量器对药壶直径和高度进行验收。
扩壶孔尺寸经验收合格并确认壶内温度低于40℃时，即开始装药；药壶装药过程中，应用炮棍不断捣实，以确保壶内装药量和装药密度；当药壶装药量到一半左右时装入电起爆体，然后继续装药到设计药量；集团药包装好后，开始填塞，填塞时连续测量孔深；填塞至线性装药孔深时，开始装药，并装入与集团药包同段的起爆体；线性装药完毕后，一边填塞，一边捣实，以确保填塞质量。
2．4．2 施工技术要点
（1）扩壶过程中，应严格遵守爆破安全规程，采用电起爆；确保冷却时间；扩壶时，保持至少50m的安全距离。
（2）完成设计扩壶次数后进行验收时，如药壶尺寸未达到设计要求（通常是因塌方造成），而孔壁较完好时，应增加扩壶次数，直到达到设计要求；扩壶完毕后，可用小药量清理药壶中的残碴。
（3）渗水孔在扩壶前应吹干净，否则，可能破坏孔壁。
装药时，应使用防水炸药，先将药卷外包装用小刀划破，送入药壶后用炮棍捣实，以确保装药密度和装药量。
（4）扩壶中孔被堵塞时，可采取下列措施：
用炮棍疏通；用小药量爆破疏通；用钻杆疏通。
（5）台炮扩壶孔装药时，只能使用外包装的药卷，先将药卷划破少许，再用炮棍推入药壶后捣实。
（6）为确保完全起爆，起爆体应置于药壶底部或中部；为避免药壶中装药产生空隙，起爆药包不能太大，最好将长度控制在药壶最大直径的一半以下。
2．5 深孔扩壶爆破效果
按表2所列方案实爆，爆后底板平整，较好消除了根底，利于下部继续爆破作业；底部药壶周围岩石破碎严重，上部出现部分大块，超过1m3的大块占总爆破方量的比例高于普通深孔爆破，方案1～3所产生的大块率约为5％～8％，方案4所产生的大块率约为10％。
爆破过程中基本未产生飞石；爆破爆堆高度适中，先对上部大块进行二次破碎后，挖运作业方便；靠后排边坡出现部分塌方，形成缓坡，但如果后排继续实施深孔扩壶爆破，因其允许出现较大底盘抵抗线，对后续作业基本无不利影响。
如扩壶成功率高，最高日产量可达5000m3，钻孔设备好时，通常可达4000m3左右，能满足日产2000m3以上的工程要求。
3 讨论
在厦门船厂场地平整土石方爆破工程中，通过对深孔爆破和深孔扩壶爆破的应用和对比进行以下讨论。
3．1 深孔扩壶爆破的特点
（1）钻孔设备相同条件下，采用深孔扩壶爆破的日产量可由原深孔爆破方式的1000m3左右提高到4000m3左右，爆破效率提高了3倍左右；用深孔扩壶
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