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土石方开挖中预裂爆破应用研究

作者:未知

  摘要:预裂爆破是一种常用于大劈坡和开挖深槽控制设计边线的爆破。其特点是在开挖区爆破前,沿设计开挖线先炸开一条宽1~4cm的裂缝面,从而将爆破开挖区传来的能量消减70%,减轻保留区的震动,切断爆区裂缝向保留区扩展,保证设计边坡的稳定和平整。文章根据在日常生活中经常遇到的问题進行分析和研究,阐述了影响预裂爆破效果的因素以及爆破的参数设置、质量的控制标准,以解决在不同的复杂条件下爆破技术的顺利运用。
  关键词:土石方开挖;预裂爆破;爆破参数;质量控制;预裂缝
  1 预裂缝形成的机理及预裂爆破施工的技术要点
  1.1 预裂缝形成的机理。预裂爆破是一种不偶合装药结构,其特点是孔壁和药包间留有环状的间隙,这个间隙的存在一是消减了爆压峰值,二是为孔与孔之间提供了聚能的空穴。这样,由于岩石的抗压强度远大于其抗拉强度(其比值约为20~40),故削减后的爆压峰值,不会使孔壁产生明显的压缩破坏,只有切向拉力使炮孔四周形成裂纹。
  1.2 预裂爆破施工的技术要点。(1)炮孔直径与不偶合系数的控制:孔径通常为50mm~200mm。浅孔爆破用较小的孔径,深孔爆破用较大的孔径。孔径与药包之比称不偶合系数,其值一般选用2.0~4.0为宜。(2)炮孔孔距与岩石特性、装药情况、缝壁平整度要求和孔径大小相关。孔距常取孔径的8~12倍为宜。孔径小取较大的倍数,孔径大取较小的倍数。岩石均匀完整取较大的倍数,反之取较小的倍数。当然对十分破碎的岩石,孔距和孔径比可能要小于8才会得到满意的预裂效果,而对十分均匀完整的岩石,孔距和孔径比可能取大于12时才会得到满意的预裂效果,孔距的大小要根据具体情况并经爆破试验来确定其最佳值.(3)线状分散装药,药包结构采用间隔装药(见图1),为克服孔底岩石的夹制作用,孔底药包一般采用线装药密度的3~5倍。用于预裂爆破的单位长度的装药量称为线装药密度,通常取250~420g/m,或用下式估算:
  2 预裂爆破过程中影响其效果的主要原因
  2.1 工程所需要爆破的岩石的物理属性和所处的地质特点。 爆破参数的取得与所要爆破的岩石的物理性质和地质条件有很大的关系,所以,在进行预裂爆破设计时应该取得所要爆破岩石的确切的物理性质参数,这样才能取得准确的预裂爆破技术参数。
  2.2 不耦合的作用因素。说到的不耦合的作用,就是利用在进行工程装药时,药和炮孔壁的缝隙,这样可以降低在炸药爆炸时,它作用于炮孔壁上的刚开始的压力。通常来讲,这个系数在2~4之间,作用都会不错。如果可允许的线装药密度处在一个适当范围内,那么不耦合系数也可以随着炮孔距的减少,而适当加大一些。
  2.3 装药的形态。为了保证细长药卷之间间隔装药起爆的可靠性,炮孔内沿着全部长度必须都要覆盖导爆索,考虑到炮孔底部的夹制,一般来讲,炮孔底部的药量适当加到2~3倍。
  2.4 进行预裂时的炮孔和主要炮孔在起爆时间上间隔的时间。确保起到减震的作用,预裂孔应该超前于主爆孔的时间起爆,预裂孔和主炮孔起爆时间的间隔应该大于等于100ms,如果岩石含水量高或者比较松软,预裂孔的起爆时间可提前50~100ms。
  2.5 所钻孔的质量高低。钻孔要求钻到一个平面上,垂直于钻孔的平面偏差应该小于20cm。在孔底部分,要求在一条直线,上下的偏差应该小于等于15cm。
  2.6 预裂孔的深度。预裂孔的作用是削弱应力波的作用,并且减轻地震的效应对岩壁的影响,所以,预裂孔的深度一定要超过主裂孔的深度。
  2.7 孔口堵塞时的长度。如果我们堵塞的长度很短或者装药时装得过多,就会造成孔口变成为类似于漏斗那样的形状;如果我们堵塞时的长度太长或者装药时装得过少,又会造成在顶部很难产生一条完整的预裂缝,所以一般来说,我们把堵塞的长度控制到孔径的12~20倍。
  3 爆破参数
  3.1 中深孔爆破。孔眼直径要取到80mm。孔眼的深浅和台阶的高低有很大关系,一般来讲,我们把台阶的高度取到5~7m,那么孔眼深度就是是1.1×台阶高度,通常孔距取到2.0w。
  3.2 浅眼爆破。孔眼直径要取到40mm;孔眼的深浅和台阶的高低有很大关系,一般来讲,我们把台阶的高度取到5~7m,那么孔眼深度是0.2×台阶高度,通常孔距取到1w。
  3.3 布孔方式。中孔和深孔采用梅花形的布孔,浅眼采取均匀原则分散布孔,相邻排在深孔之间。
  4 装药结构与起爆
  4.1 装药阶段
  4.1.1堵塞段参数。我们堵塞炮筒的目的是为了加大爆裂气体所作用的时间,而且可以保证在孔口段只产生裂缝,而不会出现漏斗状,通常情况下,选取0.5~1.5m。
  4.1.2孔底加强段的参数。这个段长要基本和堵塞段的段长一样。因为孔底会受到岩石的一个加持作用,所以线装药密度会需要加大。
  4.1.3均匀装药段的参数。一般是沿着轴向间的不偶合的装药,而且是沿着孔轴的方向均匀的一个分布。轴向之间,间隔装药必须严格用导爆索来把各药卷串联起来,这样才可以达到起爆的目的。在国外,经常采用的是炮孔中心定位器来定位,在我国,一般是把药卷和导爆索一起绑在竹片上来进行药卷定位。
  4.2 起爆阶段。通常情况下,都用导爆索进行起爆,而且采取的方法是分段并联法。预裂孔如果与主爆孔在同一网路起爆的话,那么预裂孔应该超前第一排主爆孔85~100ms起爆。
  4.3 质量控制标准。在预裂面上形成的地表裂缝的宽度,新壁面的平整程度,预留的孔痕的百分比和减震效应的百分比,都可以来判断预裂爆破的效果。
  4.3.1预裂面上的地表裂缝宽度应该大于等于1cm。
  4.3.2新壁面的上下的起伏差,允许为最大上下15cm。
  4.3.3预留的孔痕的比例,如果在硬岩上,允许大于等于80%,如果在软岩上,允许大于等于50%。
  4.3.4在预裂爆破时,所产生的地震效应,必须要达到在设计时对其降震的百分率的要求。
  5 爆破效果
  通过大量的模拟爆破实验和现场爆破的经验,可以确定工地的爆破时采用的参数,节省了很多财力,取得了很大的经济效益,也不浪费人员和设备,并保证了他们的安全。
  6 结语
  采用预裂爆破技术,可以很好地解决爆破强度和人员安全的矛盾,满足土石方开挖中对爆破的技术要求。但是随着开采深度在以后的工程中还会加大,我们需要对所有因素都考虑周全。
  参考文献:
  [1]陈连进.控制爆破在互道立交桥工程中的应用[J].爆破,2004,(2).
  [2]王长平,崔国庆.土石方开挖中预裂爆破应用的研究[J].焦作大学学报,2004,(2).
  (作者单位:大连安业爆破工程有限公司)
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