控制爆破在大断面立井井筒施工中的应用

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunxunjun2008
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  摘要:控制爆破是指通过一定的技术措施严格控制爆炸能量和爆破规模使爆破的声响、震动、飞石、倾倒方向及破坏区域控制在预定限度以内的爆破方法,在立井井筒浅层爆破施工时,为避免爆破施工范围内的重要建筑遭到破坏,综合井筒施工进度指标,爆破施工范围内的重要建筑的分布状况以及国内控制爆破技术现状等因素,在井筒浅层爆破施工中采用了控制爆破技术,保证了施工范围内重要建筑的安全。
  关键字: 控制爆破;大断面;立井井筒;井筒施工
  中图分类号:C35文献标识码: A
  控制爆破不同于常规的工程爆破,在技术上有其显著特点,它以保证爆破工点附近人和物的安全为首要任务,按照工程要求实施爆破,既能达到工程施工的目的,又能有效的缩短工程工期,节约工程费用,具有安全性高和经济效益明显的特征。
  1 工程概况
  三采区进回风立井是山西华润大宁能源有限公司大宁煤矿的采区风井,两立井井筒净径均为7米,井筒壁厚0.45米,井筒检查孔资料显示,井筒的表土层厚度约为18米,表土段以下的岩层以泥岩或砂岩为主。阳城县山坪电视转播站处于在井筒施工的200米范围之内,站内有一座建于1980年的广播电视转播铁塔,塔高84.76米,塔身为钢架结构,是阳城县重要的通信转播塔之一,属本工程爆破时需保护的重要建筑。三采区风井与广播电视转播铁塔位置如图1所示。
  
  图1三采区风井与广播电视转播铁塔位置示意图
  2制定控制爆破方案
  三采区进回风立井表土段的长度约18米,岩性以风化黄土为主,表土段以下约100米范围内,岩性以泥岩或砂岩为主,根据岩性不同进回风立井表土段采用机械开挖,至泥岩或砂岩段时,可以考虑采用控制爆破中的光面爆破方法施工井筒,将爆破对广播电视转播铁塔的振动影响降至最低。
  2.1控制爆破器材选择
  为保证广播电视转播铁塔正常的转播工作,又考虑到电视信号对引爆电雷管的影响,控制爆破应选用安全电雷管。因立井施工时,井底工作面受地下水影响较大,必须采用水胶炸药才能保证最佳的爆破效果。
  2.2控制爆破参数确定
  控制爆破参数的制定原则为:即要保证爆破效果,又要控制爆破能量和规模,使爆破振动对广播电视转播铁塔的影响在安全范围以内。
  2.2.1爆破最大单响装药量
  针对进回风立井施工过程中,爆破振动对广播电视转播铁塔的影响,以控制质点振动速度为依据,确定爆破最大单响的装药量,其计算公式为:
  
  式中:Q-爆破最大单响装药量,单位(㎏);
  R-爆破振动安全允许距离,单位(m);进回风立井井口距广播电视转播铁塔的水平距离为171米,高差为20米,为保证铁塔安全,最大振动安全允许距离取160米。
  v-需保护建筑安全允许振速,单位(㎝/s);爆破安全规程规定的爆破振动安全允许振速标准如下:
  表1爆破振动安全允许振速标准
  序号 保护对象类别 安全允许振速(㎝/s)
   <10Hz 10 Hz~50Hz 50Hz~100Hz
  1 土窑洞、土坯房、毛石房屋q 0.5~1.0 0.7~1.2 1.1~1.5
  2 一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物q 2.0~2.5 2.3~2.8 2.7~3.0
  3 钢筋混凝土结构房屋q 3.0~4.0 3.5~4.5 4.2~5.0
  4 一般古建筑与古迹b 0.1~0.3 0.2~0.4 0.3~0.5
  5 水工隧道c 7~15
  6 矿山隧道x 10~20
  7 交通隧道c 15~30
  8 水电站及发电厂中心控制室设备c 0.5
  9 新浇大体积混凝土d 龄期:初凝~3d 2.0~3.0
   龄期:3d~7d 3.0~7.0
   龄期:7d~28d 7.0~12
  注1:表列频率为主振频率,系指最大振幅所对应波的频率。
  注2:频率范围可根据类似工程或现场实测波形选取。选取频率时亦可参考下列数据:硐室爆破<20HZ;深孔爆破10HZ~60HZ;浅孔爆破40HZ~100HZ。
  a选取建筑物安全允许振速时,应综合考虑建筑物的重要性、建筑质量、新旧程度、自振频率、地基条件等因素。
  b省级以上(含省级)重点保护古建筑与古迹的安全允许振速,应经专家谁选取,并报相应文物管理部门批准。
  c选取隧道、巷道安全允许振速时,应综合考虑建筑物的重要性、围岩状况、断面大小、深埋大小、爆源方向、地震振动频率等因素。
  d非挡水新浇大体积混凝土的安全允许振速,可按本表给出的上限值选取。
  根据爆破安全规程的爆破安全允许振速评价标准及邻近的地质条件,最大允许振速按最低标准进行考虑,需保护建筑安全允许振速取值0.5㎝/s。
  k-爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数;此系数在软岩层的取值范围为250~350,k取最大临界值350。
  a-衰减指数;此系数在软岩层的取值范围为1.8~2,a取最小临界值1.8。
  则:Q=
  2.2.2掏槽方式及其参数
  在井筒掘进中,掏槽眼的爆破效果在很大程度上决定着其它炮眼的爆破效果,直接影响掘进施工速度。根据爆破经验,直眼和锥形掏槽方式在井筒掘进爆破中能获得较高的炮眼利用率。但锥形掏槽的炮眼角度在打眼过程中难以掌握,所以选用直眼掏槽方式。
  掏槽爆破是在仅有一个自由面的条件下进行的,爆破破岩难度较大。其破岩作用为各槽眼爆破作用的叠加,使炮孔周围形成径向和环向裂隙,并在槽腔中交汇成一空间裂隙网,将岩石割裂成碎块,在爆轰气体的膨胀作用下抛出。其炮孔布置圈径一般为1.2~1.8m,眼数为4~7个左右,由于打直眼,易实现机械化,岩石抛掷高度也小,受爆破最大单响装药量的限制,炮眼深度以小于3米为宜。
  2.2.3周边眼参数
  井筒施工中的控制爆破,多采用光面爆破,这时应将周边眼布置在井筒轮廓线上,眼距为400~700mm左右。为便于打眼,眼孔略向外倾斜,眼底偏出轮廓线50~100mm,爆破后井帮沿纵向略呈锯齿形。
  2.2.4辅助眼参数
  辅助眼界于掏槽眼与周边眼之间,可多圈布置,其最外圈与周边眼的距离要满足光爆层要求,一般以300~700mm为宜。其余辅助眼圈距取600~l000mm,按同心圆布置,眼距为800~1200mm左右。
  2.2.5起爆方法和时序
  起爆方法采用电雷管-导爆索,爆破时序由里向外,逐圈分次起爆,起爆时差应利于获得最佳爆破效果和最少的有害作用。对于掏槽眼和辅助眼,后圈药包应在前圈爆炸后,岩石开始形成裂缝,岩块尚未抛出,残余应力消失之前起爆效果最好,間隔时间一般为25~50ms。周边眼应在邻近一圈的辅助眼爆破后,充分形成自由面,岩块抛出,但尚未落下前(冲击波已减弱)起爆效果最好,其间隔时间取100~150ms。
  2.2.6电爆网路
  电爆网路包括起爆电源、放炮母线、连接线和电雷管(包括导爆索)所组成的电力起爆系统,由于进回风立井井筒断面大,炮眼多,为防止因个别炮眼联线有误,而酿成全网路的拒爆,因此,采用串并联方式。串并联电路需要大的电能,它的起爆总电流随着电网中雷管并联数的增加而加大,这就要求有高能量的放炮电源,所以采用地面的380V的交流电源起爆,在地面设置专用电源开关盒,井筒内敷设专用爆破电缆,工作面设木桩架起一定高度的裸铝线或裸铁丝作为与电雷管脚线的连接线,组成专用的电爆网路。电爆网路如图2所示。
  
  图2串并联电爆网路示意图
  2.2.7控制爆破图表
  综合以上论述,编制三采区进回风井控制爆破图表如下:
  表2控制爆破爆破参数表
  炮眼
  名称 炮 眼
  数 目 圈 径
  (m) 眼 深
  (m) 眼 距(mm) 倾 角
  (度) 装 药 量 起 爆
  顺 序 联线
  方式
   kg/眼 kg/圈
  掏槽眼 6 1.2 2.6 600 90 3 18 Ⅰ 串
  
  并
  
  联
  辅助眼一 8 2.8 2.4 1070 90 2 16 Ⅱ
  辅助眼二 16 4.9 2.4 950 90 1.5 24 Ⅲ
  辅助眼三 20 7.0 2.4 954 90 1.5 30 Ⅳ
  周边眼 36 8.0 2.4 680 88 0.75 27 Ⅴ
  合计 86 115
  
  图3大断面井筒控制爆破炮眼布置图
  2.3控制爆破安全技术措施
  在控制爆破进行装药、联线和放炮等工作,应严格遵守《煤矿安全规程》的有关规定,并应注意下列几点:
  1)制作药卷必须离井筒50m以远的室内进行,并要认真检查炸药、雷管是否合格,引药只准放炮员运送入井;
  2)装药前,应先检查放炮母线是否断路,电阻值是否正常。然后将工作面的工具提出井筒,设备提至安全高度以上,吊桶上提至距工作面0.5m高度;
  3)除规定的装药人员与信号工、水泵司机外,其余人员必须撤至地面;
  4)装药人员严格按爆破方案控制装药量并使用水炮泥密封炮孔;
  5)联线时切断井下一切电源,用矿灯照明,信号装置及带电物也提至安全高度;
  6)放炮前,检查线路接点是否合格,各接点必须悬空,不得浸入水中或与任何物体接触。当人员撤离井口,开启井盖门,发出信号后,才允许打开放炮箱合闸放炮,放炮工作只能由放炮员执行;
  7)放炮后,检查井内设备,清除崩落在设备上的矸石;
  8)如有瞎炮,必须在班、组长直接指导下,查明原因,或重新联钱放炮,或在距瞎炮0.3m以外处另打新眼,装药放炮。严禁用镐刨引药或用压风吹炮眼,来处理瞎炮;
  9)仔细收集炸落未爆的药卷,按管理规定妥善处理。
  3 控制爆破实施
  三采区进回风立井按控制爆破方案爆破后,炮眼利用率达到了83%,每循环进尺2米,井筒掘进单循环耗时约7.5个小时,井筒断面爆破成形完好,井筒围岩损坏极小,为井筒砌碹等工序打下了良好的基础。
  4 控制爆破对广播电视转播铁塔影响评估
  为评估三采区进回风立井控制爆破掘进施工对广播电视转播铁塔的影响,使用8台UBOX-5016爆破振动智能监测仪对井筒控制爆破过程进行了监测。监测点布置如图4所示:
  
  图4监测点布置示意图
  控制爆破后,8台监测仪中仅有3、4、7号监测仪正常触发,其余监测仪由于振动较小,未监测到振动信号。监测结果如表2所示:
  表2UBOX-5016爆破振动智能监测仪监测结果
  仪器编号 监测位置 距井口距离 监测运动速度
   垂直距离 水平距离 径向
  (㎝/s) 竖向
  (㎝/s) 切向
  (㎝/s)
  1 转播站院内 9.2 189.1 0 0 0
  2 转播站一楼 9.2 182.1 0 0 0
  3 转播站二楼 12.4 182.1 0.146 0.221 0.12
  4 转播站楼顶 16.9 182.1 0.052 0.466 0.062
  5 转播塔塔底(如图) 9.2 173.5 0 0 0
  6 转播塔塔底(如图) 9.2 163 0 0 0
  7 井口至转播站中间 4.5 113.7 0.13 0.35 0.083
  8 井口 0 0 0 0 0
  监测结果中,三个测点的峰值质点震动速度均小于0.5㎝/s,振动的频率及持续时间都在安全允许范围内,由此可知,本控制爆破方案效果极佳,达到了预期目的。
  5结语
  三采区进回风立井掘进施工中,控制爆破技术的应用还是比较成功的,即保证了周围重要建筑的安全,又保持了不错的施工进度,随着爆破深度的不断增加,爆破作业也愈加安全,各控制爆破工序逐步形成了标准化的作业方式,实现了本质安全爆破施工,为今后立井爆破范围内有重要建筑的大断面井筒施工提供了经验借鉴。
  
  
  参考文献:
  [1] 韦爱勇控制爆破技术电子科技大学出版社2009
  [2] 郭進平,聂兴信新编爆破工程实用技术大全光明日报出版社2002
  [3] 张殿中工程爆破使用手册冶金工业出版社2003
  [4] 王文龙钻眼爆破煤炭工业出版社1984
  [5] 秦明武控制爆破冶金工业出版社1993
  
  作者简介:
  1、王利江(1976—),男,山西晋城人,工程学士,矿建工程师,从事煤矿工程概预算及矿建施工管理工作。
  2、王会兵(1978—),男,山西晋城人,工程硕士,采矿工程师,从事煤矿采掘技术研究。
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