丁漢堃,石磊
(北京中科力爆炸技術工程有限公司, 北京 101318)
在爆破工程中,起爆網路選擇與布孔方式確定是其中重要的工藝環節。二者匹配或一一對應是爆破工程的重要研究課題。起爆網路的作用是控制炸藥能量集中或分散釋放,體現在炮孔的爆炸順序(形式)以及爆炸時刻。布孔方式是為炸藥能量提供釋放空間,控制著炮孔炸藥能量對介質作用范圍以及炮孔相互影響的空間位置,完成對巖體做功使其發生變形破碎,并引發對后爆炮孔和待爆工作面的影響??傊挥衅鸨W路和布孔方式搭配得當,才能取得最佳的爆破效果。
斜線起爆網路亦稱對角線順序起爆網路,從爆區側翼開始,同時起爆的各排炮孔均與臺階坡頂線斜交,毫秒延期爆破為后爆炮孔相繼創造了新的臨空面。其主要優點是在同一排炮孔間實現了孔間延期,最后的一排炮孔也是逐孔起爆,因而減少了后沖,有利于下一爆區的穿爆工作。
爆區炮孔位置設計是在合理的孔網參數(孔距a和排距b)基礎上,探究與起爆網路相適應的布孔方式,依此確定孔位。當前爆破施工中常用的布孔方式有三角形(梅花形)和方形(正方形或矩形)兩種。筆者認為上述兩種或多種布孔方式是由相鄰兩排炮孔中相近4個炮孔組成的單元四邊形演變而成的,不同的是位移參數(即前后兩排炮孔水平距離差aΔ)不同而已,如圖1所示。
圖1 布孔方式演變
對網路等時線進行分析,不僅可準確判斷爆破瞬間炮孔臨空面形態、炮孔拋擲方向以及爆堆形狀等,也可綜合檢驗網路和布孔方式。
斜線網路的等時線,在起爆時將孔網參數(孔距a和排距b)轉變成起爆參數a′和b′。組合不同位置的等時線,對起爆參數產生不同程度的變化,進而影響爆破效果。
斜線起爆網絡設計公式見表1,工程實例設計參數見表2。
表1 斜線起爆網路設計公式
表2 工程實例設計數值
以單元平行四邊形長對角線為等時線的斜線網路如圖2所示,其網路特點是起爆時將常規爆破轉變成寬孔距爆破,充分發揮了該技術破碎效果良好的特點,是爆破設計中常用的一種斜線網路。
圖2 長對角線為等時線的斜線網路
從表1和表2可知,長對角線網絡布孔參數得到優化,a′>a,b′<b,m′>m,起爆參數呈現出寬孔距、小抵抗線爆破的技術特征。這種網路適合在兩面臨空地形夾角≥90°,應用效果良好。
以單元平行四邊形短對角線為等時線的網路見圖3。從表1和表2可以看出,短對角線布孔參數優化程度略小。因此所顯現的爆破效果與常規爆破相差無幾。遇到這種情況,要分區域或分段進行地形改造,將兩面臨空面夾角<90°改造成≥90°的地形,按2.1節的方法爆破施工,見圖4。
圖3 短對角線為等時線的斜線網路
圖4 分區域或分段地形改造
以單元平行四邊形邊線為等時線的斜線網路如圖5所示。從表1和表2可以看出,邊線布孔參數a′<a,b′>b,m′<m。起爆抵抗線b′比布孔網路b要大,致使爆破效果遠不及常規爆破。特別關注,當采用梅花形(等腰三角形)布孔方式施工,進行連線操作時,要避免連接成邊線起爆網路,造成不良爆破后果。
圖5 邊線為等時線的網路
aΔ~m′計算公式見式(1)和式(2)。
式中,m′為起爆網路孔間密度系數。
式(1)是在2.1節條件下推導建立的,表示在孔網參數a和b一定時,寬孔距爆破技術特征參數m′與布孔位移參數aΔ的關系。
在實際操作時,以設計的m′值通過式(1)求得aΔ,進而確定間排距為a×b的布孔方式,致使起爆參數與布孔方式相匹配。
典型布孔方式aΔ~m′的計算公式與數據見表3。
表3 aΔ~m′關系計算公式
逐孔起爆通常采用斜線起爆網路,在實施過程中不僅要關注前述內容,還要關注下述問題。
(1)逐孔爆破炮孔時間間隔選取遵守孔間微差3~8 ms/m,排間微差8~15 ms/m。選用高精度雷管或數碼電子雷管等要避免出現重段或跳段現象。
(2)逐孔爆破的特點是任一炮孔在爆前已處于兩面臨空狀態,孔內爆破能以兩側抵抗線比例進行分配,形成不同的爆破效果。因此只有在間距和排距相等或相近時,才能形成均勻的破碎效果。
此山位于珠海機場旁,花崗巖堅硬,由于臺階爆破造成兩面臨空的爆區較多,為充分發揮臨空面的拉伸破碎作用,本工程采用斜形同段起爆網路。初期采用梅花形布孔,爆后石料塊度大,不適合裝運,影響了工程進度。觀察發現地形和連線位置不同,造成了如圖3和圖5所示的情況,在起爆時抵抗線并未減小,沒有起到斜線起爆網路的優勢作用,因此出現了爆后石料塊度大且較多的問題。隨后將兩臨空面夾角<90°的地形改造成>90°的地形,如圖4所示,并在連線時謹慎分析長對角線和短對角線的炮孔位置,進行如圖2所示的長對角線連接的斜線網路,爆破參數由a×b=3 m×2.5 m調整為a′×b′=4.3 m×1.7 m,抵抗線縮短,單耗值增大,破碎效果顯著提高。
石塘山體位于浙江溫嶺,以凝灰巖體為主,夾雜其他成分,該項工程特點是山頂存在有人居住的房屋,房屋多為石砌結構,距離爆區紅線約為10 m,因此控制爆破振動成為工程施工的關鍵。針對控制振速v≤1 cm/s,以及每炮測振的嚴格技術要求,經研究改多孔同時起爆為逐孔起爆,改多排孔爆破為2~3排孔爆破,距離房屋近處的爆區炮孔采取孔內分段間隔裝藥。采用斜形逐孔起爆網路,如圖2所示,抵抗線縮小,由3 m變為2.4 m,爆破作用指數增大,逐孔爆破中單孔爆破時已處于兩面臨空狀態,能量分散,起到了綜合降振作用。工程實踐表明,采取以上措施后,工程施工始終滿足民房處質點振動速度≤1 cm/s的要求。
基于對斜線起爆網路和布孔方式的簡要分析,揭示了寬孔距爆破技術在不同的布孔方式,不同的等時線狀態下產生不同爆破效果的影響。為了探索網路與布孔的匹配,引入位移參數aΔ,并推導出aΔ~m′關系式,為爆破設計提供了計算工具。選定起爆參數m′計算aΔ得到最佳布孔方式,使二者對應,達到最佳爆破效果,本文研究內容可為采用斜線起爆網路的爆破工程提供參考。