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鹰厦铁路爆破案例分析

目录

一、课程设计的性质和目的3

二、课程设计的原则4

三、案例4

四、案例分析5

4.1爆破质量和有害效应5

4.2原因分析5

4.2.1.单响药量过大5

4.2.2.单孔药量与孔网参数7

4.2.3.炸药单耗11

4.2.4管理上的疏漏12

五、方案修正13

5.1工程概况13

5.2编制依据13

5.3施工准备14

5.4爆破设计14

5.4.1择定爆破方案14

5.4.2参数设计14

5.4.3布孔方式及起爆网络16

5.4.4安全校核17

5.4.5爆破施工18

5.5施工组织设计19

5.5.1人员配置19

5.5.2主要机具材料19

5.5.3主要爆破器材20

5.6安全技术措施20

5.7事故的预防及处理20

5.8施工安全管理21

六、各机具、器材的主要参数22

6.1潜孔钻机CM45822

6.2手持风动凿岩机YT2822

6.3空气压缩机WY-12/722

6.4挖掘机LG621023

6.5自卸车ZZ3257N4647C123

6.6发爆器FD-5024

6.72#岩石乳化炸药24

七、结束语26

 

一、课程设计的性质和目的

爆破是经济和社会发展的重要组成部分,大型建筑物的拆除、大坝围堰拆除、隧道开挖、矿山开采和海底除礁等工程中,采用爆破的方法能够大大提高劳动生产率,提高经济效益,发挥其他作业方法无法比拟的作用。

正是由于爆破在社会建设中的这种重要作用,因此,爆破技术和爆破工程行业进我国发展很快,据不完全统计,我国现有爆破公司已达四千多家,年炸药消耗量超过300多万吨,行业年产值达到1300—1500亿元。

很多技术已经达到了世界先进水平,有些还处于领先地位。

我国在建设和谐社会的过程中倡导“以人为本”,对于爆破行业,由于炸药、雷管、导爆索等爆破器材的危害性极大,在生产和使用过程中存在极大的风险的,因此,人的作用就显得更加重要,一支高素质的爆破队伍和一个科学合理的爆破方案能够最大限度地减少,甚至完全消除爆破产生的危害并使爆破效果最优。

爆破方案的设计是爆破的最先工作,设计一个合理的爆破方案可以明确爆破流程,确定所需的人员和器材,设计爆破数据,预警爆破危害,快速应对突发事件,减少方案的更改等。

作为即将进入社会参加工作的大学生,只有不断提高自己的专业能力,才能在工作中及时的发现问题,提出改正意见,发挥一个大学生应有的作用。

方案设计是大学生应当具备的能力之一,尤其是对我们爆破专业的大学生来说更为重要,只有设计一个科学的爆破方案,才能让炸药和雷管等爆破器材的危害和使用风险降到最低。

通过本课程设计,我们将学习如何分析并发现工程爆破设计中存在的问题,并采取改正措施,使得爆破方案更加科学合理,以改善爆破效果,降低爆破危害。

 

二、课程设计的原则

1.爆破设计依据施工规范、招标文件、《爆破安全规范》(GB6722—2011)与当地政府部门的相关政策法规。

2.方案依据施工现场的具体概况设计参数,选择所需资源,采取应变措施。

3.审查每一个细节,寻找问题可能存在的任何一个方面,提出改善或应对措施。

4.具有一定的创新性,在传统的基础上加入一定的新元素,改善原方案的不合理性。

5.设计科学合理,管理安全周到,成果经济高效。

6.独立自主,独立自主地完成此课程设计,从中发现并弥补自己的不足,提高动手能力。

 

三、案例

鹰厦铁路进行路堑开挖时,某工地采用深孔爆破。

基本条件是:

岩石为厚层砂岩;炮孔孔径Φ150mm;孔深从0.6m到5.6m不等;孔间距为2.3m,排距2.Om;炸药单耗1.2kg/m3;总药量22.7t,炮孔1436个,采用导爆索齐发起爆,共消耗导爆索9600m(地表敷设4000m),爆后造成附近民房受损,承重墙出现裂缝,室内抹灰大量脱落,门窗玻璃大部分损坏。

四、案例分析

4.1爆破质量和有害效应

可能的爆破效果:

部分地方根底过多,部分超爆,岩石过度粉碎,边坡稳定性受到影响。

按原爆破方案,我们可以看到“爆后造成附近民房受损,承重墙出现裂缝,室内抹灰大量脱落,门窗玻璃大部分损坏”,爆破危害严重。

爆破,由于行业的特殊性,危害总是在所难免,但是,经过合理的设计和施工,可以把爆破危害降低到最低。

而案例中的危害控制不过关,以致造成严重的后果,这与其设计之间存在什么关联呢?

我们将具体分析。

4.2原因分析

经过分析发现,原设计中不合理的地方很多,具体如下:

4.2.1.单响药量过大

“承重墙出现裂缝,室内抹灰大量脱落,门窗玻璃大部分损坏”表明房屋受损可能是由爆破振动或爆炸冲击波造成的,直接原因是单响药量过大。

原方案采用的是导爆索齐发起爆,共消耗导爆索9600m(地表敷设4000m),炮孔1436个,总药量22.7t,首先进行爆破危害校核

a.爆破振动安全允许距离

1-1

式中:

R——爆破振动安全允许距离,m;

Q——炸药量,单响药量(齐发爆破为总药量,延时爆破为最大单段药量),kg;

V——保护对象所在地安全允许速度,cm/s;

K,α——与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数(参考表4-2-1);

采取保守估计,K取240,α取1.6,V取3.0(V取值参考表4-4-2)

将K、α、V的值代入式1-1,得

b.空气冲击波超压

1-2

∆P——空气冲击波超压值,10⁵Pa;

Q——一次爆破的梯恩梯装药当量,秒延时爆破为最大一段药量,毫秒延时爆破为总药量,kg;

R——爆源至保护对象的距离,m。

设原药为2#岩石铵梯炸药,爆热为3690kJ/kg,换算为梯恩梯当量

根据房屋的破坏程度,参照爆破安全规范的标准,设冲击波超压∆P=0.32MPa

将Q、∆P代入式1-2,得

从而得出,

R=180m(不计导爆索梯恩梯当量)。

从以上a,b可知,保守计算出爆破振动的最小安全距离为438m(未计导爆索药量),超压的破坏距离为180m,而由爆破后造成的危害来看,房屋距爆破点至少在500m以上,可见本次爆破负效应之大。

表4-2-1爆区不同岩石的K、α值

岩性

K

α

坚硬岩石

50~150

1.3~1.5

中硬岩石

150~250

1.5~1.8

软岩石

250~350

1.8~2.0

表4-2-2爆破振动安全允许标准(截取自《爆破安全规范》GB6722-2011)

序号

保护对象类别

安全允许质点振动速度

f≤10Hz

10Hz≤f≤10Hz

f>50Hz

1

土窑洞、土坯房、毛石房屋

0.15~0.45

0.45~0.9

0.9~1.5

2

一般民用建筑物

1.5~2.0

2.0~2.5

2.5~3.0

3

工业和商业建筑物

2.5~3.5

3.5~4.5

4.2~5.0

4.2.2.单孔药量与孔网参数

首先,《爆破安全规范》(GB6722-2011)中,深孔爆破的定义是:

炮孔直径大于50mm,深度大于5m的爆破作业。

一般情况下,将炮孔直径大于75mm,深度大于5m的炮孔爆破法称为深孔爆破。

深孔爆破与潜孔爆破相比具有以下优点:

爆破下来的岩石块度均匀,可以根据挖装机械的铲斗容量调节孔网参数,大块率保持在3%~5%左右,有利于机械化综合施工,生产效率高;

深孔爆破对于岩石路堑作用力比较均匀,破坏范围小,爆堆形状合理;

光面爆破、预裂爆破配合深孔爆破开挖路堑边坡,可以改善工程质量,增加边坡的稳定性;

减少炸药用量,降低炸药成本;

由于深空爆破单位耗药量小,且爆炸能量比较均匀地分布在岩体各处,所以爆破时无论地震强度、飞石距离或空气冲击波的影响范围都比一般爆破小,安全性好。

基于以上深孔爆破的优点,在工程爆破中应尽可能选用深孔爆破。

案例中,炮孔深度从0.6m到5.6m不等,炮孔深度跨度较大,最深孔只有5.6m,而选用的炮孔直径是150mm。

一般钻孔直径与炮孔深度的关系如下表

表4-2-3台阶高度和炮孔深度的对应关系

台阶高度/m

炮孔直径/mm

3~5

40~50

6~15

70~100

16~30

100~150

由表4-2-3可以看出,孔径Φ150mm的炮孔最佳台阶高度是16~30m,而案例中的台阶高度躲在5m以下,选用的却是Φ150mm的炮孔。

由工程整体来看,采用大炮孔可以提高钻孔效率,减少人力成本,增加单次爆破岩石方量,增加平均日循环进尺数,保证工期提前结束。

但是,大炮孔的单孔装药量相对于小炮孔要大得多,单次起爆药量通常也大于小炮孔的单响药量,爆破引起的爆破振动、空气冲击波、飞石等爆破危害也比小炮孔的更大,更难控制。

而本方案中所有的孔全是大孔,且起爆药量大(22.7t),导致爆破产生的爆破危害很严重。

其次,在水利水电工程基岩开挖、铁道和公路路基开挖及其他对爆破振动强度有较大限制的深孔爆破中,不宜采用大直径的炮孔,一般D=80~120mm,个别可选150~170mm。

这是因为孔径大时,弹孔装药量随之而明显增大,爆破队周围基岩、边坡及建(构)助物产生较大影响,往往为工程所不允许。

当钻孔直径较小时,可以使药量在空间上得以均匀分布,并可以使爆破单响药量限制在较小值内,从而减小爆破危害。

对于本案例中选用的150mm炮孔对整个爆破的影响我们来做具体分析。

设本案例选用的炸药为2#岩石铵梯炸药,2#岩石铵梯炸药装药密度最高可达

通常为0.95~1.10

,这里装药密度选为ρ=1.10

总装药量Q=22.7t,则装药总体积

装药总长度

平均单孔装药长度

此次爆破共消耗导爆索9600m,地表敷设4000m,则其地面以下,即埋地总长度为5600m。

工程爆破中,对于以单发雷管引爆的炮孔,引爆位置位于装药中心,则总钻孔长度

平均单孔深度

方案中设计的孔网参数孔间距为2.3m,排距2.Om,最小抵抗线为排距,即2.0m。

合理的堵塞长度确定能降低爆炸气体能量损失和增加钻孔装药量,为防止爆生气体泄露和冲孔,保证爆破质量,炮孔堵塞长度要求大于最小抵抗线,即炮孔的堵塞长度应大于2.0m,因此,炮孔的最小深度应在2.0m以上。

本设计中,孔深从0.6到5.6米不等,不同深度的炮孔:

a.对于两米及两米以下炮孔由于堵塞长度过小,产生冲炮,炸药不能对岩石做功,不仅浪费了炸药能量,而且会产生较多的远距离飞石,增加了爆破危害。

造成钻孔报废,人、械、物的浪费;浅孔爆破效果不理想,不满足施工方路堑开挖的要求,需要二次返工。

第一次爆破产生的岩石碎块为钻机台车的工作带来极大的不便,且岩石的岩况发生改变,需要重新设计爆破参数,增加了工作量和二次设计与施工的不确定性,施工难度加大。

b.对于孔深为4.3m及4.3m以上的炮孔,这些炮孔占总炮孔数的大多数,总装药的绝大部分是用在这些炮孔上,因此,也是造成爆破振动和冲击波超压的主要装药部分,校核如下:

设深度为0.6到4.3m的炮孔的平均深度为3.5m,孔数为(1436-

)个;4.3m以上的炮孔的平均深度为5.0,孔数为

个。

则有,

占炮孔总数的54%(实际百分比应该远大于这个数字)。

爆破总方量:

Q——总装药量,kg;

q——炸药单耗,

4.3m深以上所有炮孔的爆破方量:

占总爆破方量的94%,用药量占总装药量的比例与爆破方量占总爆破方量的比例相同,也是94%。

由以上分析结果得到表4-2-4

表4-2-4

炮孔深度(m)

孔数比例(%)

装药比例(%)

爆破方量比例(%)

0.6~4.3

46

6

6

4.3~5.6

54

94

94

由表4-2-4得出结论:

深孔装药过多,飞石较多,抛掷距离较大,也是引起爆破振动和空气冲击波的“罪魁祸首”:

浅孔装药不足,基本上起不到爆破效果,路堑根底集中于这一部分。

而浅孔之所以装药不足是由于炮孔直径和孔、排距过大,炮孔较浅,最小抵抗线较大,而抵抗堵塞段较小,装药容易引起冲孔,因此药量很小。

 

4.2.3.炸药单耗

炸药单耗是爆破每立方米(矿山为爆破为每吨)矿岩所需要的炸药量。

对于深孔爆破,炸药单耗是一个比较重要的参数。

影响炸药单耗的因素很多,有岩石的可爆性、炸药的种类、自由面条件、起爆方式和块度要求等。

因此,选取合理的单耗炸药消耗量q往往需要同伙通过长期的生产实践来验证。

单纯的增加炸药单耗对爆破质量不一定有更大的改善,只能使炸药消耗在岩石的过度粉碎和增加爆破有害效应上。

实际上对于每一种矿岩、在一定炸药品种、爆破参数和起爆方式下,都有一个合理的炸药单耗,对于爆破工程都是根据生产经验,按不同矿岩的爆破性分类确定单位炸药消耗量或采用工程实践总结经验公式进行计算的。

方案中炸药单耗为1.2

,岩石为厚层砂岩,选用2#岩石铵梯炸药,校核方案中炸药单耗。

A.查表选取q,表4-2-5提供了一些参考数据(以2#岩石铵梯炸药为标准)

表4-2-5单位炸药消耗量q值

岩石坚固性系数f

0.8~2

3~4

5

6

8

10

12

14

16

20

q值kg/m3

0.40

0.43

0.46

0.50

0.53

0.56

0.60

0.64

0.67

0.70

即便是石英胶结的坚固性砂岩,其硬度系数在12到14之间,q取值也只不过在0.60~0.64

之间,远小于本方案的设计值。

B.公式计算确定q,可以用公式

式中

——岩石密度,

砂岩的密度在2100~2650

之间,以最大值2650

代入计算,

<

.

C.参照同类工程的经验数据。

由给出的大单耗可以基本上确定取值最可能是来自经验数据,但是取值过大,说明其经验数据可能是来自于以往坚硬岩石定向抛掷爆破、掏槽爆破或爆破一些特坚硬岩石、或采用的是小威力炸药时的炸药单耗。

D.现场爆破试验。

本次爆破采用的是导爆索网络齐发起爆,爆破负责人可能未进行现场爆破试验,或试验采用的是小孔、少量装药的爆破试验,没能发现齐发起爆的潜在隐患。

4.2.4管理上的疏漏。

人,作为整个工程的决策者和实施者,工程质量的好坏,工程危害的大小完全由人的操作、控制。

这次爆破的失败可以说主要是爆破工程项目部人员管理上的失误造成的,具体表现在以下几个方面:

、工程地质勘察不详细。

爆区地质为厚层砂岩,属于普坚岩(少数情况下为特坚岩),台阶高度小于6m,最浅孔只能钻到0.6m深;周围有民居。

、爆破方案设计不合理,表现在:

——不适合使用Φ150mm的大孔径炮孔;

——炸药单耗过大;

——单响起爆药量过大;

——起爆网络不适合采用导爆索,更不能采用齐发起爆;

——孔、排距设计教条化,对于较浅孔的孔、排距应适当减小;

——没有对爆破振动和空气冲击波超压进行安全校核。

、从设计到施工,不合理的地方没有改正,缺少有效的监督管理体系。

 

五、方案修正

5.1工程概况

(略)

5.2编制依据

——爆破公司与铁路刚签订的合同。

——《爆破安全规范》(GB6722—2011)、《铁路工程施工安全技术规程》(TB10301-2009)、《铁路路堑边坡光面(预裂)爆破技术规程》、《中华人民共和国民用爆炸物品管理条例》、《爆破作业人员安全技术考核标准》和国家相关的法律法规。

——设计横断面图、地质报告和现场调查资料。

5.3施工准备

根据设计图纸和现场的地形、地貌勘测出爆破点的纵断面图和具有代表性的横断面图。

对爆破点的土层、地质和岩体情况仔细探明,对爆破点周边环境如电力线、通讯线、管道、民房、道路、果林、农业资源以及其他设备进行详细勘查必要时以照片、录像或与当事人签定爆破前房屋、设备状态鉴定书,以便在爆破后进行对比参照,防止产生纠纷。

并根据所得资料制定爆破方法,根据施工方案准备钻孔机具和爆破器材,对水、电供应检查和落实保证钻孔和爆破作业的需要。

5.4爆破设计

5.4.1择定爆破方案

1、由于爆破区域中桩挖深0~5.6米不等,为此拟采用浅眼和深孔相结合的爆破施工方法。

2、对于挖深<3米的地段,采用钎风钻钻孔,进行浅眼爆破,对于挖深≥3米的地段,采用潜孔钻钻孔,进行深孔爆破。

3、视路槽拉通后的石质完整性,必要时采用光面爆破以确保边坡平整和稳定。

4、不论是浅眼爆破还是深孔爆破,均为定向爆破。

5、为防止整理路槽时放小炮产生飞石,应适度进行超爆,然后回填至设计标高。

5.4.2参数设计

(1)孔径为了提高工作效率,在保证爆破质量的前提下,选用Φ110mm和Φ40mm两种孔径,其中0.6~3.0m深的炮孔采用Φ40mm的孔径,3~5.6m深的炮孔采用Φ110mm的孔径。

(2)台阶高度台阶高度在6m以下。

(3)超深与孔深超深h按底盘抵抗线

确定:

孔深由不同位置的标高和超深之和确定。

预裂孔(倾斜孔)孔深:

式中α——炮孔倾角;H——台阶高度。

(4)底盘抵抗线按台阶高度计算:

(5)孔距和排距孔距按下式计算:

(中深孔)

m——密集系数。

(6)填塞长度

(7)单耗根据岩石的坚固性系数,参照表4-2-5,浅孔取

,中深孔取

(8)单孔装药量单排孔爆破或多排孔爆破的第一排孔的单孔装药量按下式计算:

前排炮孔:

后排炮孔:

式中,Q——单孔装药量,kg;

a——孔距,m;

b——排距,m;

H——台阶高度,m。

Φ40mm的炮孔采用不耦合连续装药,不耦合系数为1.25。

Φ110mm的炮孔分段装药。

采用不耦合连续装药,不耦合系数为1.22

表5-1是爆破参数及弹孔装药量计算结果表

表5-1

炮孔直径(mm)

超深

(m)

炮孔深度(m)

底盘抵抗线(m)

孔网参数

炮孔装药(kg)

孔距(m)

排距(m)

 

40

 

0.2

0.2

0.3

0.3

0.3

0.4

0.5

0.6

0.6

0.8

1.1

1.3

1.5

1.9

2.5

3.0

0.4

0.5

0.6

0.8

0.9

1.1

1.5

1.7

0.4

0.7

0.8

0.8

0.9

1.3

1.5

1.5

0.3

0.5

0.6

0.6

0.6

0.9

1.0

1.0

0.03

0.15

0.27

0.35

0.47

1.26

2.16

2.60

 

110

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

1.8

1.9

2.1

2.4

2.6

2.7

2.8

3.0

3.6

3.6

1.3

1.4

1.5

1.6

1.8

7.7

9.8

12.6

18.0

22.2

5.4.3布孔方式及起爆网络

采用垂直孔,梅花状布孔,边坡布置一列倾斜预裂孔,如图5-1、5-2所示

网路用毫秒延期非电导爆管雷管分段起爆。

图5-1,炮孔布置平面示意图

图5-2炮孔布置剖面示意图

5.4.4安全校核

(1)爆破振动校核

按式1-1进行爆破振动安全校核,预设为50m处质点振动速度不大于2.5cm/s

单响药量可以为90kg,单响炮孔数4~350个。

(2)冲击波超压校核

采用毫秒延期分段起爆,单响药量比较小,可不考虑空气冲击波超压对人和建筑物的影响。

5.4.5爆破施工

爆破施工前,先将爆区上层挖掘机能挖动的部分挖去,然后再爆破下层岩石

(1)钻孔:

钻孔前,按照设计好的孔距和排距将孔位定出并用石灰粉标清楚然后钻机对位进行钻孔,对位时要准确,炮孔位置、方向、深度应符合设计要求。

预裂孔孔位误差不能大于5cm、炮孔孔底偏离设计坡底≯7.5cm、孔深偏差≯10cm。

(2)试爆:

取一小片炮孔按设计装药爆破,检验爆破效果和危害,必要的话适当修改设计。

(3)装药:

装药前线检查炮孔位置、方向、深度是否与设计要求相符,然后按设计量装药。

A、装药结构:

主爆孔采用连续装药,预裂孔采用小药卷药。

对于主爆孔,根据设计的装药量从孔底装起,一直装到设计值,起爆药包在装药中心。

预裂孔采用导爆索起爆,装药时将药包用刀划开包住导爆索即可。

放入孔内时要小心轻放,防止药包脱落。

B、装药方法:

装药采用人工装药,不得抛掷,严禁使用铁器。

装药时边装边用竹竿将炸药捣实,严禁用力挤压和撞击,防止碰撞雷管引起爆炸;切忌将雷管脚线或导爆索拉得过紧,损伤、弄断,造成拒爆。

C、堵塞:

堵塞材料用打孔产生的岩粉或者砂粘土,不得用碎石,根据设计堵塞长度用灌满爆孔。

(4)网路连接:

根据设计好的起爆网路进行网路联接,网路联接前一定要仔细检查雷管的段别,防止用错。

联接应逐排联接,预裂孔导爆索的连接应特别注意传爆方向不要搞错。

网路联接完毕再对照设计网路进行检查,只有在确认网路没有问题后才能起爆。

(5)起爆:

起爆选用普非电导爆管雷管起爆。

起爆前爆区内的人员和机械应撤离至安全距离以外。

每一路口均应设置防护人员,将过往行人及车辆挡在安全距离意外。

爆区距离民房较近时,爆孔上还应覆盖沙袋等材料,以免飞石损坏房屋。

(6)爆后检查:

检查是否有漏爆或拒爆的炮孔,并按爆破破全规范的要求处理瞎炮;检查爆破效果,收集大块率等数据,为下次(或以后)的爆破作业提供参考;检查爆破效应对建筑物、人和机械设备的影响。

5.5施工组织设计

5.5.1人员配置

爆破工程技术人员:

2名。

爆破员:

4名。

安全员:

8名。

保管员:

2名。

其他爆破作业人员:

11名。

5.5.2主要机具材料

路基石方开挖路段的机械组合,根据现场施工需要配备如下:

 

序号

名称

型号

单位

数量

1

潜孔钻机

CM458(110mm)

2

2

手持风动凿岩机

YT28(40mm)

3

3

空气压缩机

WY-12/7(12m3)

3

4

挖掘机

LG6210(0.9方)

2

5

自卸车

ZZ3257N4647C1

13方

8

6

拖拉机

——

3

5.5.3主要爆破器材

发爆器:

FD-100发爆器,8#毫秒延期非电导爆管雷管(1m、3m、5m)、瞬发电雷管、2#岩石乳化炸药(Φ32、Φ90)、导爆管、导爆管连通器。

5.6安全技术措施

1、使用毫秒导爆雷管,通过孔内外微差而实现微差挤压爆破,一是控制爆破震动,二是改善爆破效果。

2、采用预裂爆破技术,以保证边坡稳定。

3、通过炮孔超深,使得爆破后的路堑标高与设计标高的偏差控制在一定的范围内,克服留底根现象。

4、按实际孔深确定装药量,即现场实际操作时应有专人先进行孔深量测,确定装药量及填塞物高度后再进行装药。

在装药过程中,应分工负责,两人一组,既有装药(或填塞物)的、又有控制用量的(必须有量测设备),不允许有分药情况发生,以防混乱。

5、实际装药量一定要与设计、计算装药量相符,否则应查明原因,处理完毕后方可进行下个孔的装药。

以防出现漏洞、裂隙、溶洞等不良地质构造时出现抽炮,爆破能量冲向薄弱环节,造成危险。

钻进过程中应检查石粉中是否有黄泥浆,并进行详细记录,在装药过程中进行特殊处理,严控用药量。

6、进行钻孔前,应按照布置的孔位进行详细的测量,确定钻孔深度;实际钻进过程中,严格按照提供的数据钻进,确保孔底部在同一深度的断面上,尽可能的减少震动。

7、为确保爆破的顺利实

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