百米深陡峭崖壁拱脚控制爆破技术设计及施工

毛益松，汪庆桃，吴 智，陈志阳，肖 峻

(1.国防科学技术大学九院，湖南长沙 410003；2.中国五局第三建设有限公司，湖南长沙 410004)

百米深陡峭崖壁拱脚控制爆破技术设计及施工

毛益松1，汪庆桃1，吴 智2，陈志阳1，肖 峻1

(1.国防科学技术大学九院，湖南长沙 410003；2.中国五局第三建设有限公司，湖南长沙 410004)

介绍了百米陡峭崖壁拱脚控制爆破技术设计，分析溶洞(沟)对拱脚穿孔、装药、爆破方法等方面的影响。爆破实践表明，边坡预裂爆破和逐孔起爆技术能够获得较好的爆破效果，减小陡峭崖壁坡底爆破的“鞭梢效应”的影响。

矿坑；岩溶；拱脚；预裂爆破；逐孔起爆

0 引 言

长沙欢乐广场冰雪世界工程位于长沙市岳麓区坪塘镇山塘村，利用湖南省新生水泥厂既有采石形成的矿坑上(见图1)，由深坑坑壁岩体承受竖向荷载和水平作用。矿坑为周边长直径约500 m、短直径约400 m的类椭圆形，最大深度达100 m。上宽下窄，坡度较陡，坡角约80°～90°。为了进行矿坑治理工程加固，在坑壁的A、B、C区3个拱脚区需要进行岩石爆破，爆破方量约72000 m3。本次爆破任务针对A、B、C区平台标高18 m整体降至16 m平台标高，环梁外侧往坑内16 m至12 m设计标高，用于支撑4 m×1.5 m的环梁结构，拱脚边坡开挖工程量约13000 m3。

图1 百米矿坑原貌

1 工程概况

拱脚平台结构剖面如图2所示，宽6.0～7.3 m不等，台阶高度约6.0 m，一侧是垂直陡峭崖壁，另一侧是1∶0.35的二级台阶边坡。矿坑上面爆破周围环境比较好，东侧的中建五局项目部生活区、南侧的五星级酒店施工场地、西侧的坪塘大道及水塘村民房以及北侧岳麓区第二医院，距爆破点均在260 m以上。坑底约80 m是已经浇灌好的塔吊基础。爆破地质以微风化灰岩⑨(D)为主，地层岩性为灰白色，隐晶结构，厚层状构造，节理裂隙和岩溶作用发育，局部有溶洞(沟)及溶槽。最大单轴抗压强度为124.9 MPa，平均为75.0 MPa，属较坚硬岩(R压＝30～60 MPa)和坚硬岩(R压＞60 MPa)，其中坚硬岩占大部分。

图2 拱脚剖面图

2 陡峭崖壁爆破主要风险及爆破技术方案

(1)爆破主要风险。在矿坑百米垂直坑壁上进行岩石爆破非常罕见，主要风险有：爆破震动对百米崖壁拱脚扰动影响风险；岩层特性多变、裂隙发育，溶洞(沟)以及石芽(笋)、探头石多，边坡又是倾斜钻孔，存在着钻孔装药风险；溶洞(沟)对爆破作用的影响之一是能量的泄漏，如果发生能量泄漏，使其炮孔内压力迅速降低，导致其它方向的裂隙停止发展，如果装药埋设在溶洞(沟)附近，会改变抵抗线的大小和方向，影响抛掷方向、破碎不均，大块多和飞石远风险；溶洞(沟)连通的两相邻炮孔的装药容易产生殉爆，可能导致成片拒爆风险。

(2)爆破技术方案。B4-B9区12～18 m平台岩质拱脚爆破顺序如图2所示，按照①→②→③→④进行爆破施工作业。主体部分①采用深孔爆破技术，边坡③采用预裂爆破技术，在主炮孔和边坡之间设计1排缓冲孔，16～18 m平台②采用浅孔爆破技术，预裂爆破和设计边坡之间③保留35 cm用机械破碎，保护层④采用机械或空气间隔器爆破技术。

深孔爆破技术措施：B4-B9区12～18 m平台岩质边坡爆破保留1 m厚保护层，实际最大挖深为5 m，分一层爆破；采用孔外逐孔接力微差和排间微差松动爆破技术，严格控制单孔药量，确保填塞质量和填塞长度等技术措施，控制爆破飞石和爆破振动。

预裂爆破技术措施：B4-B9区12～18 m平台岩质边坡是整个矿坑的一部分，为了爆区的边坡稳定，在爆区与未爆区之间实施预裂爆破是关键。其方案为：先用潜孔钻机、液压凿岩台车钻孔，预裂爆破炮孔应距设计开挖边界0.35 m布置，炮孔角度应与设计边坡坡度一致，炮孔底应处在同一高程上；缓冲孔位于预裂孔和主炮孔之间，设1排；预裂爆破和主体爆破同时起爆，预裂爆破的炮孔应在主体爆破前起爆，超前时间110 ms(ms5段)。

3 爆破技术设计

3.1 深孔爆破药孔参数

主爆孔参数如下：孔径d＝100 mm；孔深L＝6.0 m，其中，保护层1.0 m；底盘抵抗线W＝2.5～2.8 m；孔(排)距a＝b＝2.5 m；炸药单耗q＝0.35～0.50 kg/m3；单孔装药量按体积公式Q＝qV计算，Q＝q×a×b×H＝0.35×2.5×2.5×6.0≈13.0 kg；填塞长度L1＝(1.0～1.25)W≥2.8 m，用粘土填塞。以B4-B9区12～18 m平台为例，其爆破参数见表1。

表1 B4－B9区12～18 m平台爆破参数表

3.2 缓冲爆破药孔参数

缓冲孔药孔参数如下：孔径d＝100 mm；孔深L＝6.0 m；底盘抵抗线W＝2.5～2.8 m；孔距a＝2.5 m；距预裂孔b预＝1.0 m，距主爆孔b主＝1.5 m；炸药单耗q＝0.30～0.35 kg/m3；单孔装药量取主爆孔的1/2，实际装药每孔6.5 kg。以B4-B9区12～18m平台、长度62 m一次爆破试验为例，其爆破参数见表1。

3.3 预裂爆破药孔参数

孔径d＝100 mm；孔距a＝100 cm；不偶合系数m＝3.125；平均线装药量q线＝0.30～0.45 kg/m，实际中q线＝0.5 kg/m；装药量分配及间隔要求如图3所示；堵塞长度L1＝1 m。

3.4 装药结构设计

主爆孔第1排孔分两段间隔装药，第2排采用连续装药。选用Φ70 mm或Φ32 mm乳化炸药。超深0.50 m部分装填炸药或装填BJQ型空气间隔器。炮孔填塞长度2.8～3.0 m。

预裂孔采用导爆索串联、沿预裂孔轴向全长敷设、将Φ32 mm炸药卷按设计计算值分配串绑于导爆索的装药结构，如图3所示。

图3 药孔装药结构示意(单位:m)

4 现场爆破

2015年10月～2015年12月，在矿坑拱脚边坡进行了十余次爆破。

4.1 穿孔及装药

穿孔作业时密切注意钻杆的进程以及轴压、风压来判断该孔的地质情况，例如发现钻杆突然迅速往下降，或风压或轴压突然降低，则证明遇到了溶洞(沟)，再谨慎操作可以判断其高度等。

爆破作业人员准确掌握成孔质量情况并登记每一炮孔。每一炮孔在装药过程中，起爆药包放到孔内，必须在装入第一袋炸药后，用适当力度拉起爆药包的导爆管，判断是否有效装药。同时还要增加对裂隙和溶洞(沟)段炮孔的测量次数，如一般情况下每箱14节，每节约1.7 kg的乳化炸药，长约30 cm，用测绳测量炮孔深度时，如发现其装药长度偏小，说明孔内有裂隙或溶洞(沟)，装药长度偏大，则是炮孔中间有堵塞，根据情况采用最佳的经验方法进行处理。

4.2 爆破网路

作业面布置的2排主爆孔、1排缓冲孔和1排预裂孔，且同网起爆。预裂孔孔内导爆索支线与地面一股主爆导爆索并联搭接，由2发MS3段导爆管雷管引爆。第1排装ms9段(310 ms)，第2排装ms11段(460 ms)，第3排装ms13段(640 ms)。炮孔装药填塞完毕后，在孔外排之间的孔用3段(50 ms)毫秒导爆管雷管将各炮孔导爆管联接起来，如图4所示。按照上述起爆网路实施，预裂孔起爆时间比最近的第3排缓冲孔超前530 ms。

图4 起爆网路示意(单位:m)

5 爆破效果与体会

(1)主爆孔采用逐孔起爆和边坡采用预裂爆破的方法能够达到很好的爆破效果，图5为边坡预裂爆破效果，特别是能减少陡峭崖壁坡脚爆破的“鞭梢效应”。

图5 边坡预裂爆破效果

(2)岩溶发育区装药要严密注意孔内装药高度的变化，知晓在各种孔径情况下，每袋炸药在孔内的起药高度。一旦出现异常，要及时处理。如一般情况下每箱14节，每节约1.7 kg的乳化炸药，长约30 cm，用测绳测量炮眼深度时如发现其长度与上述不符，便要采取相应的措施。

(3)岩溶发育区爆破时，穿孔质量会影响爆破效果，其穿孔工作，应采取“绕、补、弃”的原则，即：穿孔尽量绕避，不能绕避的则采用补孔办法，不能补孔则作为弃孔处理；

(4)环梁基础底部保护层约60～80 cm最后采用蝶式切割技术，在爆破单价受限有情况下是一种较好的办法。

[1] 郭进平，聂兴信.新编爆破工程实用大全[M].北京：光明日报出版社，2002.

[2] 汪旭光.爆破设计与施工[M].北京：冶金工业出版社，2011.

[3] GB/T50218-2014，工程岩土分级标准[S].

[4] 郭学彬.岩溶发育区微差爆破孔间殉爆引起拒爆的分析[J].北京：中国矿业，2005(11).

[5] 任 翔，冯德润，郭学彬，等.岩溶发育石灰石矿山爆破存在的问题及处理方法[J].中国矿业，2008(6)：77-79.[6] 刘国生，毛益松，陈志阳，等.岩溶地区高边坡预裂爆破技术及应用[J].采矿技术，2014，14(3)：99-101.

[7] 张立国，于亚伦，等.导爆管复式交叉起爆网络可靠性分析及应用[J].爆破，2003(9)：44-48.

2016-08-26)

毛益松(1960-)，副教授，从事工程爆破教学研究和实践，Email：1213175424＠qq.com。