張日強1,閆大洋1,賈建軍1,范 廉1,王貴明2
（1.鞍鋼礦業(yè)爆破有限公司，遼寧 鞍山 114046 ；2.遼寧省公安廳治安管理總隊，遼寧 沈陽 110032）
摘 要:臨近工業(yè)重要工業(yè)設施、特別是在建設施的巖土爆破飛散物及飛石控制爆破被視為巖土爆破的一大難點，精準科學的爆破設計與合理選取爆破參數(shù)、嚴密爆破施工組織與有效的安全防護是此類巖土爆破的主要手段，由于巖土爆破具有的特異性和周邊環(huán)境的復雜程度不同，往往給爆破工程技術人員帶來挑戰(zhàn)。為實現(xiàn)特定條件下審慎控制爆破目的、滿足安全及環(huán)境要求，實現(xiàn)爆破效果、爆破安全、爆破成本高度統(tǒng)一，是業(yè)界爆破同仁一直追求的方向。本文擬就本溪某礦山企業(yè)在建選廠場坪控制爆破對該問題進行定量分析，通過對爆破對象及介質(zhì)的研判、精準選取相關爆破參數(shù)、有效的安防設計等加以闡述，指導今后類似工程爆破。
關鍵詞：工業(yè)場地; 控制爆破; 飛石控制
0 引 言
巖土爆破中，爆破產(chǎn)物飛散及爆破飛石是最為嚴重的危害因素之一，統(tǒng)計資料表明，由于爆破飛散物及飛石而造成的人員傷亡、毀壞廠房和住宅、砸壞機器設備等爆破事故，在我國已上升到占整個爆破事故的15%；在國外，如日本，其事故率已高達30%左右[1]。本文以遼寧本溪某礦業(yè)在建選廠工業(yè)場地場坪處理爆破工程為例，擬闡釋爆破飛散物及飛石控制，剖析飛石產(chǎn)生的原因，在此基礎上建立數(shù)學模型，科學選取爆破參數(shù)[2]，并提出一般情況下相應的設計參數(shù)和施工技術方案。
1 工程概況
本溪某礦業(yè)公司是一家采選聯(lián)合的礦山企業(yè)，為擴大生產(chǎn)規(guī)模，投資建設了原礦處理量500萬噸/年的鐵礦選廠。在工程建設中，設計選廠廠房和濃縮池等在建工程范圍內(nèi)有部分區(qū)域需進行場地平整，需平整范圍內(nèi)周邊環(huán)境較為復雜，巖石風化程度不均且?guī)r性較復雜，建設方要求爆破施工方在確保在建設施安全且對建設施工影響有限的情況下完成巖土松動爆破，并保證保留地基巖土不受破壞，后方可進行場地平整和基礎建設施工。
擬爆破區(qū)域主要有粉礦篩分車間與中碎車間旁場地平整（A區(qū)）、磨選主廠房場地平整與建筑基礎基坑爆破（B區(qū)）、2#濃縮池基坑爆破（C區(qū)）三塊區(qū)域根據(jù)平面圖和現(xiàn)場探勘，爆破區(qū)域周邊建筑物及設備較多，爆區(qū)距離破礦篩分車間最近為5 m，距離中碎車間最近為5.5 m，距離1#濃縮池最近為38 m，距離施工單位活動板房生活區(qū)最近為10 m。粉礦篩分車間與中碎車間正在進行建筑施工，1#濃縮池已經(jīng)投入生產(chǎn)使用。（見圖1）
圖1 在建選廠場坪處理爆破環(huán)境圖
Fig.1 blasting environment map of the site flat of the plant under construction for disposal
該項目業(yè)主建設方要求延米保護在建工程設施，特別是1#濃縮池內(nèi)不允許有一塊爆破飛石進入，不得對在建破礦篩分車間廠房基礎產(chǎn)生破壞和損傷，盡可能減少穿孔爆破施工對建設施工的影響，存在爆破地點分散、地形條件復雜、穿孔爆破與建設施工平行交叉、爆區(qū)與周邊建筑物距離很小、工期緊、安全風險大的諸多不利因素，對此，專業(yè)技術人員反復勘測地形，確認爆破對象及周邊環(huán)境，制定了較為可行的施工方案，決定采用潛孔鉆穿孔爆破方式，在試爆的基礎上掌握精準設計參數(shù)，在爆破施工過程中采取嚴密有效的防護措施，避免爆破對周邊建筑造成破壞。設計方案采取爆區(qū)防護和建筑物防護雙防護措施控制爆破飛石的危害，其中1#濃縮池池頂防護已由建設單位進行了加蓋板防護，爆破區(qū)防護由爆破施工方負責。
2 爆破飛散物及飛石產(chǎn)生的原因分析
2.1 客觀因素
地質(zhì)條件多變[3]
2.2 設計存在缺陷
設計方面的缺陷也是產(chǎn)生飛石的重要原因，歸納為以下幾點：
（1）爆破性質(zhì)選擇有誤。如對于露天深孔松動爆破，爆破作用指數(shù)選擇過大，將大大增加產(chǎn)生飛石的概率。
（2）最小抵抗線選擇不當。最小抵抗線方向是巖石阻力最小的方向，也是最易產(chǎn)生飛石的方向。當最小抵抗線選擇過小時，炸藥爆炸后，只用一部分能量就足以破碎抵抗線方向的巖石，多余的能量將破碎后的巖塊向前拋擲，產(chǎn)生更多更遠的飛石。當最小抵抗線選擇過大時，炸藥產(chǎn)生的能量不足以克服抵抗線方向巖石的阻力，但爆炸能量總要釋放出來，所以這時就容易從孔口沖出(露天臺階爆破)，隨之而來的是飛石。
（3）填塞長度不足。設計的填塞長度不足時，填塞物不足以抵擋高溫高壓氣體的沖擊，瞬間從炮孔中沖出，這樣不但減少了爆生氣體作用于巖石的時間，而且會產(chǎn)生大量的飛石。
（4）起爆順序選擇不合理。起爆順序不當時，先起爆的炮孔會引起后起爆炮孔的抵抗線等參數(shù)變化。這種變化不利時，如抵抗線變得過大或過小，同樣會產(chǎn)生飛石。
（5）延期時間確定不合理。微差起爆是一種比較先進的爆破技術，合理的設計和施工，能減少飛石的產(chǎn)生，但是炮孔的間隔時間過長或過短的話，都容易產(chǎn)生飛石。
（6）炸藥量過多。如爆破介質(zhì)為花崗巖、石英砂巖、石灰?guī)r等容重較大的介質(zhì)時，介質(zhì)吸收炸藥能量的能力較弱，降低波動能量的作用也小，可以用于克服慣性運動的炸藥能量就相應較多，所以產(chǎn)生飛石較多，距離較遠。在其他條件相同的情況下，裝藥量越大，爆破飛石就越多，飛石飛行距離就越遠。
2.3 施工管理不到位
（1）鉆孔產(chǎn)生偏差。沒有嚴格按照爆破設計的孔位、孔深進行鉆孔，超過了誤差允許范圍。如抵抗線變大或變小，容易產(chǎn)生飛石；孔深過大，超量裝藥，也會產(chǎn)生更多的飛石。
（2）裝藥量過多。如設計時選擇使用銨油炸藥，但在裝藥前，發(fā)現(xiàn)炮孔中有水，改用乳化炸藥，但裝藥長度沒有改變，導致裝藥量過大，將會產(chǎn)生飛石。
（3）抵抗線發(fā)生變化。露天臺階爆破時，如果鉆孔前是壓渣，按估計的位置進行鉆孔。而在實施爆破裝藥前已經(jīng)清渣，并且抵抗線與預估的相差較大，如果不適當調(diào)整裝藥量，也將會產(chǎn)生飛石。
（4）填塞不合格。填塞長度不足，或是填塞質(zhì)量不高，如填塞物中夾帶碎石、填塞物密實度不夠，都會產(chǎn)生飛石。
（5）覆蓋質(zhì)量差。露天淺孔爆破時，炮孔覆蓋質(zhì)量不合格和炮孔周圍的碎石也是引起飛石的原因之一。
3 爆破參數(shù)的選擇與飛石控制算法模型
通過分析以上飛石產(chǎn)生的原因，我們優(yōu)化分析條件，對以下情況作理想化處理：地質(zhì)變化在可控范圍，延期設計較為合理，鉆孔及防護均已達標[4]。
（1）控制爆破飛石臨界條件：l≥a，即填塞段長度不得小于孔距；
式中，l為填塞長度，單位m、a為孔距，單位m。
（2）單孔裝藥量：采用傳統(tǒng)的單位爆破方量消耗炸藥量進行計算
（1）
式中，Q為單孔裝藥量，單位kg；q為爆破單耗，單位kg/m3；V為單孔爆破量，單位m3。
（2）
式中，a為孔距，單位m；b為排距，單位m；L為鉆孔深度，單位m；Δh為超深，單位m。
上述炮孔裝藥量還需要根據(jù)炮孔炸藥高度與有效填塞長度進行驗算，公式為
（3）
式中，Q為單孔裝藥量，單位kg；l0為延米裝藥量，單位kg/m；L為鉆孔深度，單位 m；l為填塞長度，單位m。
（3）孔距：
（4）
式中，a為孔距，單位m；m為炮孔密集系數(shù)；b為排距，單位m。
以上五式聯(lián)立得：
（5）
式中，amax為孔距的最大值，單位m；lmin為填塞長度的最小值，單位m；m為炮孔密集系數(shù)；l0 為延米裝藥量，單位kg/m；q為爆破單耗，單位kg/m3；L為鉆孔深度，單位m；Δh為超深，單位 m。
4 控制爆破設計
4.1 爆破參數(shù)的確定。
本控制爆破設計本著精細、可行、安全的原則，按A、B、C三區(qū)分區(qū)設計，根據(jù)爆破對象和范圍要求，確定A區(qū)域平均臺階高度為2.5 m，B區(qū)域為4.9 m，C區(qū)域為9.0 m。炸藥單耗系數(shù)是最重要的爆破參數(shù)，為確保參數(shù)選取合理，技術人員選取了一處較為開闊且?guī)r性有代表性的斜坡處進行現(xiàn)場試爆，分別按單耗系數(shù)0.45、0.40、0.35、0.30 kg/m3進行了12個炮孔的試驗性爆破，通過對爆破介質(zhì)飛散拋距和松散情況分析，得出其經(jīng)驗單耗約為0.35 kg/m3，穿孔孔徑為140 mm，炸藥品種為銨油炸藥，延米裝藥量為13 kg/m，炮孔密集系數(shù)取1.15，繼而應用文中所述數(shù)學模型，得出爆破施工參數(shù)，見附表。
4.2 裝藥施工設計
該區(qū)域采用耦合裝藥,由于巖石介質(zhì)風化程度不均且無水，選擇了體積威力適中的銨油炸藥，每米炮孔裝藥量為13 kg；為在保證爆破效果的前提下確保爆破飛散物拋距在設定范圍內(nèi)，嚴格按設計單耗系數(shù)計算裝藥量并保證炮孔填塞長度不低于孔徑的30倍，即l≥4.2 m，確保炸藥爆轟氣體產(chǎn)物作用時間和飛散物控制效果；對于有凌空自由面的炮孔，要確保抵抗線不小于孔距并考慮巖石風化程度。
4.3 起爆方法及網(wǎng)絡選擇
（1）區(qū)域A：
起爆點及爆堆移動方法背向保護對象，孔間微差秒量25 ms-42 ms；起爆網(wǎng)絡采用孔內(nèi)微差地表導爆管簇聯(lián)方式。（見附圖2）
圖2 區(qū)域A起爆網(wǎng)絡圖
Fig.2 region A detonation network diagram
（2）區(qū)域B
控制前排底盤抵抗線不小于4.5 m，通過分段間隔資格裝藥控制裝藥量，填塞長度嚴格遵循設計；逐孔起爆網(wǎng)絡，地表微差（見附圖3）。
圖3 區(qū)域B周邊環(huán)境圖
Fig.3 surrounding environment of area B
（3）區(qū)域C
反向逐孔起爆[5]與掏槽爆破[6]相結(jié)合，嚴格控制前排底盤抵抗線，填塞長度嚴格遵循設計；采用地表微差起爆網(wǎng)絡。
5 安全防護設計與施工
盡管通過精心爆破設計和精細施工可有效提升爆破安全，但復雜環(huán)境下的爆破安全防護是必不可少的[7]。爆破區(qū)正上方采用“毛竹板”+沙袋防護，裝藥、填塞、網(wǎng)絡連接工作完成后，先蓋上毛竹板，用鐵絲固定連接成整體，用沙袋壓實；爆區(qū)后方1#濃縮池附近懸掛毛竹板，連片毛竹板高度不低于3 m。見附圖4。
圖4 爆破期間的防護措施
Fig.4 protective measures during blasting
6 爆破效果評價
上述三個區(qū)域共實施了9次爆破，經(jīng)專業(yè)技術人員徑向設計、精心施工、嚴密防護，爆破效果達到預期，巖石拋距控制在5-10 m范圍內(nèi)，在建工程未受到任何破壞，未對設備設施產(chǎn)生任何不良影響，同時爆堆形態(tài)良好，挖裝效果良好，最大限度地滿足了建設方的要求，保證了在建工程施工進度和對工業(yè)場地處理的要求，受到建設方和施工組織者的高度評價[8]。此項工程也為承擔較高安全風險的復雜環(huán)境下的巖土爆破積累了經(jīng)驗。
圖5 爆破后效果照片
Fig.5 effect photos after blasting
參考文獻：
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