隧洞開挖光面爆破新技術(shù)

隧洞開挖光面爆破新技術(shù)更新時(shí)間:-8-711:45:01

楊玉銀(中國水利水電第五工程局第一分局)摘

要

對(duì)于隧洞開挖光面爆破,假如采取孔內(nèi)間隔裝藥,按傳統(tǒng)方法須采取導(dǎo)爆索引爆,用雷管引爆,傳爆是件較困難事情。本文結(jié)合趙山渡引水工程許岙隧洞開挖成功實(shí)踐,簡明介紹了一個(gè)用雷管引爆光爆孔內(nèi)間隔裝藥新方法。關(guān)鍵詞

雷管

間隔裝藥

傳爆

光面爆破1

問題提出

現(xiàn)在,隧洞開挖光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)不管是從現(xiàn)有文件資料上看,還是在具體工程施工中,均存在專用光爆藥難于購置,施工工藝復(fù)雜或施工成本較高等問題。所以,光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)及起爆、傳爆方法還有待于深入探索、研究。筆者經(jīng)過對(duì)炸藥爆炸性能及其起爆、傳爆原理認(rèn)真分析、研究,經(jīng)過兩年多時(shí)間在具體施工中反復(fù)試驗(yàn),最終找出了一個(gè)用雷管引爆光爆孔內(nèi)間隔裝藥新方法。2

光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)改善思緒及理論依據(jù)2.1

改善思緒

光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)改善基礎(chǔ)構(gòu)想是在不采取專用光爆炸藥和導(dǎo)爆索前提下進(jìn)行。利用工地上最常見、最易于買到φ25mm乳化炸藥,采取孔內(nèi)間隔裝藥方法,將非電毫秒雷管裝在靠近孔底炸藥內(nèi)作為起爆藥包,孔底藥包起爆后,相鄰兩孔間由孔內(nèi)向外經(jīng)過殉爆現(xiàn)象依次傳爆。2.2

理論依據(jù)空氣間隔裝藥傳爆理論依據(jù),關(guān)鍵是利用不一樣藥卷間殉爆現(xiàn)象。其傳爆過程可依據(jù)文件[1]中非均相炸藥爆炸沖擊能起爆理論,即灼熱核理論來解釋。3

基礎(chǔ)裝藥結(jié)構(gòu)及施工設(shè)計(jì)方法3.1

基礎(chǔ)裝藥結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)裝藥結(jié)構(gòu)見圖1。3.2關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)圖1中L為鉆孔深度,L1為孔底連續(xù)起爆裝藥段長度,L2為正常裝藥段長度,L3為不裝藥段長度,L4為孔口堵塞段長度,d1為空氣間隔長度,d2為間隔裝藥藥卷長度,d為控制裝藥間隔所用標(biāo)尺長度,d=d1+d2,D為鉆孔直徑。為達(dá)成良好光爆效果,必需正確確定上述各參數(shù),并依據(jù)圍巖改變情況立刻調(diào)整。3.3裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

(1)孔徑

鉆孔直徑D=40～43mm。

(2)孔深

L=2.0～4.2m。

(3)裝藥量控制①孔底起爆藥量

對(duì)于均質(zhì)巖體,可采取φ25mm藥卷連續(xù)裝填,裝藥長度L1=0.8～1.2m,重400～600g;對(duì)于非均質(zhì)巖體,可采取φ32mm藥卷裝填,裝藥長度L1=0.60～0.85m,重600～800g。增大孔底起爆藥量,不只是為了克服孔底巖石夾制作用,更關(guān)鍵是為了增大起爆能量,從而加強(qiáng)孔內(nèi)間隔裝藥穩(wěn)定傳爆能力。②正常裝藥段能量

采取φ25mm藥卷間隔裝填,裝藥長度L2=L-L1-L3-L4,裝藥量Q正=q×L2／(d1+d2),q為每只φ25mm炸藥重量。實(shí)際操作中,藥卷在孔內(nèi)定位是由炮棍和標(biāo)尺長度d來控制,無須將藥卷綁扎于竹片上。

(4)裝藥空氣間隔

對(duì)于均質(zhì)性很好、強(qiáng)度較高或f值較大巖體,可取d1=10～14cm,依據(jù)炸藥本身性能及傳爆效果與光爆效果好壞,能夠合適增大,以期在滿足光爆要求前提下降低藥量,降低成本;對(duì)非均質(zhì)巖體,可取d1=6～10cm,有條件時(shí),盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)殉爆距離(即炸藥產(chǎn)品說明書中殉爆距離)較大炸藥,以期合適加大dl值,來滿足光爆線裝藥密度要求。以上數(shù)據(jù)是在大量試驗(yàn)基礎(chǔ)上取得,試驗(yàn)炸藥為浙江利民化工廠生產(chǎn)ML-Ⅰ型乳化炸藥和浙江永新化工廠生產(chǎn)HLC型乳化炸藥,兩種炸藥標(biāo)準(zhǔn)殉爆距離均為≥3cm;猛度≥12cm;爆速分別為≥3,200m/s和3,000m/s。(5)孔口非裝藥段長度

提議取L3=30～60cm,當(dāng)孔口部位光爆層較薄,巖體完整性較差時(shí),取小值;反之,取大值。(6)孔口封堵段長度

提議取封堵段長度d4=10～15cm,堵塞材料可選擇炸藥紙殼箱或炸藥內(nèi)包裝紙、塑料等。(7)火工材料選擇①炸藥

盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)殉爆距離大、猛度小、密度低、爆速快防水炸藥,孔底連續(xù)裝藥段藥徑取25～32mm,正常裝藥段藥徑取25mm;②雷管

可選擇1～14段非電毫秒塑料導(dǎo)爆管雷管中任意一個(gè)段位。試驗(yàn)中所用雷管均為14段。4

裝藥方法炮孔內(nèi)兩個(gè)藥卷之間是由空氣間隔開,中間沒有隔離物。其裝藥間隔是用炮棍來控制。裝藥方法見圖2。先將孔底連續(xù)裝填起爆藥如圖2(a)所表示輕推至孔底,然后用拇指卡住孔口處炮棍位置A;拉出炮棍,大拇指向前移動(dòng)至B位置,如圖2(b)所表示,移動(dòng)距離為空氣間隔長度L1與單只藥卷長度L2之和;這時(shí),如圖2(c)所表示,裝入一只φ25mm藥卷;再如圖2(d)所表示,將炮棍位置B輕推至孔口處,藥卷就進(jìn)人了設(shè)計(jì)位置。5

影響光爆孔內(nèi)間隔裝藥傳爆原因分析及處理方法大量試驗(yàn)證實(shí):對(duì)于圖l所表示裝藥結(jié)構(gòu),下述原因?qū)獗變?nèi)間隔裝藥傳爆有很大影響。5.1

巖體性質(zhì)自然界巖體大多為非均質(zhì)體,巖體均質(zhì)與非均質(zhì)對(duì)光面爆破孔內(nèi)間隔裝藥傳爆影響有很大區(qū)分。均質(zhì)巖體關(guān)鍵以巖石本身物理力學(xué)性質(zhì)去影響孔內(nèi)間隔裝藥傳爆,而非均質(zhì)巖體則以巖石弱性部位(即裂隙、節(jié)理等)來影響孔內(nèi)間隔裝藥傳爆。為研究方便,筆者將受結(jié)構(gòu)作用和風(fēng)化作用影響不大火成巖和厚層完整沉積巖、變質(zhì)巖視為均質(zhì)巖體。(1)均質(zhì)巖體影響

關(guān)鍵以巖體完整性、強(qiáng)度或f值影響光爆孔內(nèi)間隔裝藥傳爆。完整性越好,強(qiáng)度越高或f越大,就越利于間隔裝藥傳爆,裝藥間隔能夠合適增大。(2)非均質(zhì)巖體影響

關(guān)鍵以節(jié)理、層理影響為主,對(duì)于節(jié)理面、層理面,裂隙多張開且層間夾有薄層泥質(zhì)物,其對(duì)光爆孔內(nèi)間隔裝藥傳爆影響尤為顯著。因?yàn)楫?dāng)沖擊波傳到這種張開夾泥節(jié)理、層理面時(shí),往往被截?cái)嗷驕p弱,影響殉爆下一節(jié)間隔裝藥傳爆能力;或者因?yàn)榍懊嬲ㄋ幈ê笫紫葟膹堥_節(jié)理、層理處開裂,造成爆轟能量泄出,而影響沖擊波引爆下一節(jié)間隔裝藥,造成間隔裝藥傳爆中止。而閉合節(jié)理、層理面,對(duì)傳爆影響就小部分。(3)處理方法

對(duì)于節(jié)理、層剪發(fā)育非均質(zhì)巖體,為了降低其對(duì)傳爆影響,能夠合適減小裝藥空氣間隔,增大孔底起爆藥量或者選擇殉爆距離較大炸藥品種。5.2

炸藥性能光爆孔內(nèi)間隔裝藥關(guān)鍵是利用炸藥在孔內(nèi)殉爆距離。炸藥本身殉爆距離大小,在一定程度上反應(yīng)了炸藥對(duì)爆炸沖擊波敏感度。標(biāo)準(zhǔn)殉爆距離越大炸藥,越利于光爆孔內(nèi)間隔裝藥傳爆,其在孔內(nèi)殉爆距離也越大。所以,在條件許可情況下,應(yīng)盡可能選擇殉爆距離大一點(diǎn)炸藥。5.3裝藥空氣間隔常見細(xì)藥卷,其孔外標(biāo)準(zhǔn)殉爆距離通常為3～5cm,而在孔內(nèi)則可達(dá)成8cm以上,且伴隨巖體均質(zhì)性和強(qiáng)度提升而提升,最大可達(dá)成14cm以上,所以裝藥空氣間隔大小,除滿足光爆線裝藥密度要求外,還應(yīng)視炸藥本身性能和巖體性質(zhì)進(jìn)行合適調(diào)整。間隔過小,難以取得很好光爆效果;間隔過大,可能影響間隔裝藥傳爆。當(dāng)采取較小空氣間隔才能確保穩(wěn)定傳爆,但光爆效果不佳時(shí),應(yīng)考慮選擇標(biāo)準(zhǔn)殉爆距離較大炸藥,以合適增大裝藥空氣間隔,減小線裝藥密度。5.4孔底起爆藥量、藥徑實(shí)踐證實(shí):伴隨孔底起爆藥量和藥徑加大,孔內(nèi)主發(fā)藥包沖擊波強(qiáng)度大大提升,這對(duì)克服非均質(zhì)巖體中較為發(fā)育節(jié)理、層理對(duì)孔內(nèi)間隔裝藥傳爆影響是非常有效,這一點(diǎn)已被大量工程試驗(yàn)所證實(shí)。5.5

吹孔

在隧洞爆破中,應(yīng)常規(guī)在鉆完孔后,裝藥前均要吹孔。因?yàn)榧偃绮淮悼?每節(jié)炸藥在由孔口向孔內(nèi)推進(jìn)過程中,其朝向孔底一端肯定積有石渣(巖粉、碎石),這些石渣使沿孔內(nèi)傳來沖擊波減弱,造成傳爆中止。所以,不管巖石均質(zhì)性好是否,都應(yīng)堅(jiān)持對(duì)鉆孔吹孔。未吹孔對(duì)爆破沖擊波影響如圖3所表示。5.6

孔口封堵對(duì)光爆孔內(nèi)間隔裝藥,孔口封堵段不宜太長、太密實(shí),因?yàn)槿舴舛绿L、太密實(shí),孔底起爆藥包起爆后,沖擊波快速抵達(dá)堵塞段,肯定發(fā)生反射,而且堵塞越長、越密實(shí),反射波越強(qiáng)。反射波快速返回,與正在傳輸中爆炸沖擊波相遇,從而減弱了爆炸沖擊波沖擊能量,造成傳爆中止,產(chǎn)生拒爆。光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)和參數(shù)見表1。6經(jīng)濟(jì)效益分析采取改善后光面爆破裝藥技術(shù),簡化了光爆藥串加工工序,省掉了藥包加工費(fèi)用及材料費(fèi)如膠布、竹片、導(dǎo)爆索等。表2中將改善后裝藥方法與傳統(tǒng)竹片、導(dǎo)爆索法進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比(以孔深4.2m非均質(zhì)巖體為例)。從表中不難看出:改善法與傳統(tǒng)法相比,每個(gè)光爆孔可節(jié)省人民幣6.4元,降低成本28.6％。可見,這一光爆技術(shù)改善,含相關(guān)鍵經(jīng)濟(jì)價(jià)值。7

存在問題及適用范圍7.1

存在問題現(xiàn)在,這一技術(shù)才剛剛開始試用,在應(yīng)用方面還存在很大不足。(1)在裝藥工序方面較為繁瑣,需要兩個(gè)人共同配合進(jìn)行;(2)這一技術(shù)還只限于小孔徑水平鉆孔光面爆破,在其它方面還有待于繼續(xù)探索。7.2

適用范圍依據(jù)現(xiàn)在所取得試驗(yàn)結(jié)果來看,使用這一技術(shù),須同時(shí)含有下列兩個(gè)條件:(1)圍巖堅(jiān)固系數(shù)f≥6且?guī)r體完整性很好Ⅲ類以上圍巖;(2)鉆孔直徑≤φ45mm,孔深2.3～4.2m水平光爆孔。

參考文件:[1]龍維棋等．爆破工程[M]．