复杂环境中大型超深井控制爆破开挖

郑卓渊,尹江健,周俊珍,李晓阳

(国防科技大学指挥军官基础教育学院, 湖南长沙 410072)

复杂环境中大型超深井控制爆破开挖

郑卓渊,尹江健,周俊珍,李晓阳

(国防科技大学指挥军官基础教育学院, 湖南长沙 410072)

在复杂环境下开挖大型超深井,采用不转移施工机械、半断面分层开挖、深孔爆破和控制爆破相结合的方法,并详细阐述了爆破方案及具体爆破参数的设计,实践证明可保证周边建筑物安全、井壁平整、不超挖欠挖。

超深井;深孔爆破;控制爆破;半断面开挖;爆破参数

1 工程概况

1.1 旋流池

待开挖的 5 m宽厚板轧机工程旋流池位于湖南华菱湘潭钢铁集团有限公司厂区内,周围环境比较复杂。旋流池口部直径 28 m,底部直径 11.2 m,深41.5 m,属大型超深井。标高-0.30～-1.90 m为人工填土,标高-1.90～-4.90 m为粘土,标高-4.90～-9.70 m为粉质粘土,标高-9.70～13.90 m为中砂,标高-13.90～20.30 m为粗砂,标高-20.30～22.00 m为强风化泥质粉砂岩,标高-22.00～41.20 m为中风化泥质粉砂岩。-0.3～-22 m高程内的土方已挖运完毕,并浇注第 1、第2、第 3节内衬,其强度已达到设计强度的 70%。实际爆破开挖标高为:-22.00～41.20 m,爆破开挖石方量为 8000 m3,如图1 所示。

图1 旋流池示意(单位:m)

1.2 地质情况及周围环境

爆破体的岩性为中风化和弱风化泥质粉砂岩,具有较好的可钻性和可爆性,但地下裂隙水丰富,标高-13.90～-20.30 m的流砂层,水量较大,需不间断抽水。周围环境比较复杂,井口有塔吊,用于机械和石方的吊运;南面 30 m处是水泵房;西面 48 m处是电除尘车间;北面 50 m处有新建成的炼钢车间,北向 40 m处有一线工棚;东面 100 m处为新建的轧钢车间,有一条冲渣沟与旋流池相连;东南方向则有大片的施工工地,如图2所示。

图2 周围环境示意

1.3 工程要求

爆破后石方采用挖掘机挖装,塔吊转运,爆破块度要求小于 500 mm,以便于装运。深井周壁必须保证平整和稳定,不得超挖和欠挖。爆破时井下有挖掘机、潜孔钻等设备,井口附近有塔吊等施工设备,不能转移,必须保证机械设备设备不受损坏。

2 爆破方案设计

2.1 总体方案

根据旋流池爆破开挖的特点、水文地质、环境情况和技术要求,特别针对保证井壁稳定平整和保护井内机械设备的特殊要求,井内主体石方拟采用小台阶中深孔半断面松动爆破开挖,以便配合挖掘机挖装和塔吊吊运;周边井壁采用浅孔光面爆破,确保井壁的平整和稳定,减少欠挖和超挖;采用多段微差起爆技术,严格控制爆破震动和爆破飞石的危害;对井内挖掘机、潜孔钻、抽水机等设备采取必要的防护措施。

2.2 爆破技术参数的确定

(1)台阶高度。标高-21～30.1 m段:高度9.1 m,直径为 14 m,分 3个台阶,取台阶高度 H为 3 m;标高-30.1～39.2 m段:高度 9.1 m,上部直径13 m,下部直径 5.6 m;分 3个台阶,取台阶高度 H为 3 m;标高-39.2～41.2 m段:高度 2m,直径 5.6 m。一个台阶,台阶高度 H为 2 m。

(2)爆破技术参数。每个梯段爆破时只有地面一个自由面,没有侧向自由面,爆破效果会受到夹制作用的影响。为增大爆破效果,每个梯段布置 2排掏槽孔先于其它炮孔起爆。其余炮孔依次逐排起爆。掏槽孔爆破参数为:炮孔直径 D=80 mm,炮孔深度 L=3.6 m,炮孔角度θ=700,孔距 a=2.5 m,排距 b=2.3 m,2排炮孔,每排 8炮孔,共 16个炮孔,单孔药量 7 kg。主爆孔参数为:炮孔直径 D=80 mm,炮孔深度 L=3.3 m,孔距 a=2.5 m,排距 b=2.3 m,单孔药量 6 kg。光爆孔参数为:炮孔直径 D=40 mm,光爆层厚度 0.6 m,炮孔深度 L=3.3 m,孔距 a=0.6 m,线装药密度 qL=0.16 kg/m,单孔药量0.6 kg。

(3)炮孔布置。炮孔按梅花形布置,如图3所示,排距为 2.3 m,布置 5排炮孔;孔距为 2.5 m,中排布 11个炮孔,边排布 3个炮孔,共 35个炮孔。周边留 0.6 m光爆层。待主炮孔爆破并清渣后,进行光面爆破作业,炮孔沿沉井开挖边界线成一排布置。井开挖半径为 14.0 m,断面半周长为 43.96 m,炮孔间距为 0.6 m,共布 73个炮孔。

图3 炮孔布置示意

(4)装药结构。爆破开挖掏槽孔和主爆孔采用连续装药,主爆孔炮孔深度为 3.3 m,炮孔直径为 80 mm,乳化炸药直径为 70 mm,炸药装药长度为 1.3 m,填塞长度为 2.0 m。掏槽孔炮孔深度为 3.6 m,炸药装药长度为 1.5 m,填塞长度为 2.1 m。光爆孔采用径向和轴向空气间隙装药,药卷直径为 25 mm。

(5)起爆网路设计。采用非电毫秒导爆管雷管起爆和电起爆相结合,孔内延期与孔外延期相结合的起爆方式。孔内药包用 1发毫秒导爆管雷管起爆,孔外 5～10发导爆管并联后用一发瞬发电雷管起爆。

为了减少单响药量,有效降低爆破震动对周围设备和建筑物的影响,采用多段微差起爆技术,按先掏槽孔后主爆孔的顺序依次起爆,延期时间为 25～50 ms。光爆孔待主爆孔爆破并出渣后起爆。

3 爆破安全措施

3.1 爆破震动速度

3.2 安全措施

(1)采用多段微差起爆技术,将单段最大起爆药量控制在 35 kg以下,降低爆破地震波和冲击波的强度。

(2)对爆破开挖作业面用橡胶传送带覆盖,防止爆破飞石。

(3)爆破时,对井内的挖掘机、钻机和井外的吊运设备用竹夹板等硬质材料进行遮挡防护。

(4)爆破后进行通风排烟,半小时后,并经检查无爆破毒气,才允许作业人员进入旋流池内作业。

4 爆破效果

每次爆破后,破碎深度达到 3 m,底部破碎块度小,炮孔口部块度较大,但可用挖掘机直接挖装,井壁有连续墙处岩石破碎到位,不需光面爆破。无连续墙处,留下岩石厚度 50～80 cm。爆破时,无爆破飞石从井口飞出,井内机械设备完好无损。爆破震动未对临近建筑物造成不良影响。

[1] 王彦荣,魏 东.大孔径炮孔控制爆破开挖基坑[J].工程爆破,2006,12(1).

[2] 李建彬,李建设,李源泉,等.奥运飞碟靶场石方深孔控制爆破开挖[J].工程爆破,2007,13(3).

[3] 陈仲超,黎学平,等.大型深基坑带缓冲层预裂控制爆破技术[J].工程爆破,2010,16(4).

[4] 秦明武,李荣福,牛京考.露天深孔爆破 [M].西安:陕西科学技术出版社,1995.

2011-07-06)

郑卓渊(1958-),男,副教授,长期从事地雷爆破的教学与科研工作。