1、数码电子雷管在龙洞堡机场中深孔爆破施工中的应用实践 曾帅 陈虹冰 中铁二局第一工程有限公司 摘 要： 贵阳龙洞堡机场 T2 航站楼环境复杂, 爆破方量大, 机场人流量大, 高楼、建筑设施较多, 爆破开挖须确保周围人员、通行车辆、机场建筑设施安全, 对爆破技术要求高, 施工难度十分大。为此, 提出了采用数码电子雷管进行中深孔爆破的施工方案, 并通过试验优化了爆破延期时间 (15 20 ms) 。工程实践表明:中深孔爆破施工方案的实施, 不仅有效防止了爆破过程中产生大块现象, 控制了爆破振动对机场环境及仪器设施的影响, 而且降低了爆破综合成本, 可供类似工程实践参考。关键词： 数码电子雷管; 中深
2、孔爆破; 延期时间; 爆破块度; 综合成本; 作者简介：曾帅 (1986) , 男, 工程师, 532001 贵州省贵阳市。收稿日期：2017-05-23Application of Digital Electronic Detonator in the Medium-length Hole Blasting Construction in Longdongbao AirportZeng Shuai Chen Hongbing 1 (st) Engineering Co., Ltd., China Railway No.2 Group Co., Ltd.; Abstract： Guiyang
3、Longdongbao Airport T2 terminal building with complex environment, large blasting volume, and the airport with large passenger traffic flows, many tall buildings and construction facilities. During the blasting construction, the safety of personals, traffics and buildings and facilities in the airpo
4、rt around the construction area should be guaranteed. The technical requirements of blasting construction under the above environmental conditions is high, the blasting construction is very difficult. The medium-length hole blasting construction scheme based on digital electronic detonator is propos
5、ed. The optimal delay time is obtained by conducting many tests, the delay time ( 15 20 ms) is optimized. The engineering practice results show that the massive phenomena happened during the blasting process is not only prevented, the influence of blasting vibration to the airport environment and in
6、strument facilities is controlled effectively, but also the blasting comprehensive costs is reduced significantly by the implementation of the medium-length hole blasting scheme. The medium-length blasting scheme proposed in this paper can provide some reliable reference for the similar engineering.
7、Keyword： Digital electronic detonator; Medium-length hole blasting; Delay time; Blasting fragmentation; Comprehensive cost; Received： 2017-05-23中深孔台阶爆破是一种常用的爆破施工方法, 在实践中时常出现中深孔爆破岩石块度与工程要求不相符, 并且出现根底等现象。因此, 分析爆破大块和根底产生的原因, 并对相应的解决措施进行研究十分必要。从雷管延时精度来看, 一些发达国家的延期精度均高于我国, 如澳大利亚的 Orica 公司主要生产的毫秒延期雷管, 延期时
8、间在 100 ms 内, 延时误差可以控制在 2 ms 以内;日本使用粒径较小的延期药, 其延期时间最高可控制在 1.25 ms 内;其他一些发达国家的延期误差大体可控制在 5 ms 内1-4。近年来, 电子雷管已在国内外某些精细爆破施工中得到应用, 延时误差可控制在 1 ms 内, 其延期精度高于普通雷管5-6。本研究以贵阳龙洞堡机场 T2 航站楼爆破施工工程为例, 针对爆破施工区域复杂环境及较高的施工安全要求, 提出采用数码电子雷管进行中深孔爆破的施工方案。1 工程概况贵阳龙洞堡机场 T2 航站楼爆破区域的地层岩性为灰质石灰岩, 节理发育, 地表岩石呈现弱风化, 开挖区域伴有空洞、溶槽,
9、试验段无断层通过。爆破区域的基岩岩性为三叠系下统大冶组 (T 1d) 灰岩, 基岩呈单斜产出, 倾向 159, 倾角 15。岩性类型主要为中厚层状白云质灰岩, 较坚硬, 岩石性质较好, 开挖主体的岩石坚固系数 f=812, 节理发育, 层理分明, 地表为弱风化, 部分区域有 1.02.5 m 厚的松土层、松石覆盖层, 开挖区域伴有溶槽。爆破区域工程施工土石方量大, 施工环境非常复杂, 故仅能采取中深孔连续柱装药和间断柱装药结构相结合的谨慎控制爆破方式, 且炮孔填塞长度应不小于最小抵抗线。常规中深孔爆破后大块率较高且块度组成难以满足要求。为此, 有必要采用高精度雷管, 合理确定微差爆破时间, 来
10、改善爆破效果、降低炸药单耗、节约成本, 达到控制综合成本的目的7-10。2 延期时间确定2.1 孔间延期时间确定电子数码雷管的延期精度高于常规雷管, 量差小于 1 ms, 且最小时间间隔可达1 ms, 最小延期时间可在线设置, 通过不断优化延期时间, 从而便于更加科学、准确地确定最佳间隔时间。采用数码电子雷管进行逐孔微差爆破试验, 逐孔设置延期时间, 按照逐孔数码电子雷管设置的延期时间进行起爆, 第 1 排先起爆, 后排依次进行6-10。首先通过一组单孔爆破试验推算炸药爆炸到推动岩石运动的延期时间段, 然后在此时间段内进行同药量不同延时的群孔爆破试验。单孔试验共设计了 5 组, 药量 10 k
11、g, 在距爆破点 20, 40, 60 m 分别设置振动监测仪。由典型的单孔爆破波形 (图 1) 分析可知, 单孔的主振波持续时间为 4550 ms, 波峰-波谷 (峰峰距) 时间为 1118 ms。炸药在固体介质中爆炸后, 周围炮孔炸药起爆后, 产生的爆炸冲击波以应力波的形式对岩石产生粉碎、破裂作用, 形成粉碎圈和破裂圈, 当应力波通过破裂圈后强度迅速衰减, 最后仅能引起延时发生弹性振动, 弹性振动会以波的形式向外传播并引起地表振动。因此本研究取 530ms 作为确定逐孔起爆延期时间间隔的区间9-12。以 5, 10, 15, 20, 25, 30 ms 为延期间隔, 试验时每组 6 个孔。
12、孔间距 2 (或2.5) m, 每孔药量为 18kg, 每组重复试验 23 次, 结果见表 1。图 1 单孔爆破典型波形 下载原图表 1 逐孔爆破时间间隔与爆破岩体块度 下载原表 由表 1 可知:爆破孔网参数一定时, 随着逐孔起爆延期时间间隔的增加, 平均块度先减小后增加, 当延时间隔为 15 ms 时, 爆破平均块度为 12.5 cm, 装挖时间为 11.9 s。因此, 当中深孔爆破时间间隔为 15 ms 时, 有助于大幅降低装挖时间。2.2 排间延期时间确定中深孔爆破排间起爆时, 前排炮孔爆破后, 爆渣的存在可以避免后排炮孔爆破时造成岩石飞散, 并且在爆破过程中能提高爆炸作业的有效作用时间
13、, 从而提高炸药爆轰能量的利用率和改善破碎效果, 减少大块产生率。对于中深孔台阶爆破, 药包起爆到岩石运动至脱离主岩体需要 100130 ms。本研究设置了排间延时分别为 100, 110, 120, 130 ms 的 4 组群孔多排试验, 每组试验 2 排孔, 每排 56 个孔, 每孔装 18 kg 炸药, 排间距 2 (或 2.5) m (图2) 。试验结果见表 2。由表 2 可知:爆破孔网参数一定, 排间爆破延期时间发生变化时, 平均块度呈非线性变化, 当排间爆破延时间隔为 120 ms 时, 爆破平均块度为 19.6 cm, 装挖时间为 22.3 s。因此, 对于中深孔爆破, 孔、排间
14、延期时间分别设置为 15, 120 ms, 有助于大幅降低大块率、提高装挖效率11-17。图 2 炮孔布置示意 下载原图表 2 排间时间间隔与爆破岩体块度 下载原表 3 爆破振动控制本研究单孔起爆试验中, 试验孔 4 个, 孔间距 2 (或 2.5) m, 单孔药量 18kg, 起爆 4 次, 分别在距爆破点 20, 40, 60 m 设置振动监测仪, 监测结果见表 3。表 3 单孔起爆试验爆破振动速度 下载原表 设置 4 组群孔逐孔起爆试验的延期时间间隔分别为 5, 10, 15, 20 ms, 孔间距2 (或 2.5) m, 每孔装药量 18 kg, 每组重复试验 23 次, 在距爆破点
15、20, 40, 60 m 分别设置振动监测仪进行监测, 结果见表 4。表 4 逐孔起爆试验爆破振动速度 下载原表 由表 4 可知:距离爆破点 20 m 处, 延时间隔为 5 ms 时, 最大振动速度为2.572.99 cm/s;延时间隔为 10 ms 时, 最大振动速度为 2.542.72 cm/s, 超过单孔最大振动速度为 2.62 cm/s;延时间隔为 15 ms 时, 最大振动速度为1.842.31 cm/s, 低于单孔最大振速 2.62 cm/s, 说明振动发生了干涉叠加。距爆破点 40 m 处, 延时间隔为 15 ms 时, 最大振动速度为 1.011.15 cm/s, 小于单孔爆破
16、时的最大振动速度 1.22 cm/s;距爆破点 60 m 处, 延时时间间隔为 15 ms 时, 最大振动速度为 0.350.48cm/s, 小于单孔爆破时的最大振动速度 0.64 cm/s。距爆破点 20 m 处, 延时时间间隔为 20 ms 时, 最大振动速度为1.972.48 cm/s, 小于单孔爆破时的最大振动速度 2.62 cm/s;距爆破点 40 m处, 延时时间间隔为 20 ms 时, 最大振动速度为 0.921.09 cm/s, 小于单孔爆破时的最大振动速度 1.22 cm/s;距爆破点区 60 m 处, 延时时间间隔为 20 ms时, 最大振动速度为 0.370.41 cm/
17、s, 小于单孔爆破时的最大振动速度 0.62 cm/s。可见, 孔间延时为 1520 ms 时, 可以达到干扰降振、控制爆破振动的要求。4 工程实践图 3 (a) 为普通非电雷管的典型爆破振动波形, 图 3 (b) 为爆破过程中采用数码电子雷管逐孔起爆 (逐孔爆破间隔时间设置为 17 ms) 时测得的典型爆破振动波形。采用数码电子雷管起爆网络实现逐孔起爆, 在保证爆破效果的同时, 有助于减小爆破振动。由图 3 可知, 普通电子雷管爆破振动波波形独立, 无法相互干扰叠加, 而采用数码电子雷管, 不仅能够实现波形在波峰波谷相互叠加相消减的效果, 还能在前一炮孔岩石运动时准确控制后一炮孔爆炸, 推动
18、前一炮孔作用于岩石运动, 进一步改善爆破效果18-23。采用数码电子雷管可以实现炮孔间爆破振动叠加的效果, 对于深孔控制爆破间隔起爆时差为 1520ms (孔间) 、110120 ms (排间) 时, 可以达到降振的效果。本研究孔间延时设定为 17 ms, 排间延时设定为 120 ms。炮孔布置与延期网络设计如图 4 所示, 爆破施工过程及效果见图 5。5 结论(1) 在中深孔爆破作业中, 由于炸药爆轰作用导致先行爆破的中深孔形成单孔爆破漏斗, 从而导致该部分岩体破碎并脱离原岩, 同时在爆破漏斗外的相邻岩石中产生应力场与微裂隙, 先行爆破中深孔形成的爆破漏斗使得后爆破的相邻深孔起爆时增加了新的
19、自由面, 降低了爆破难度, 从而取得良好的破碎效果。(2) 中深孔爆破时, 单孔延时设定为 1520ms, 排间延时设定为 110120 ms, 可使得爆破振动波波峰波谷相互叠加, 达到大幅节约挖装时间、提高挖装效率、降低爆破振动的目的。(3) 相邻炮孔之间在爆破过程中岩石之间存在一定的碰撞概率, 可以进一步对岩石进行破碎, 取得良好的爆破效果。(4) 复杂条件下采用数码电子雷管可以有效降低爆破振动对爆区周围环境的影响, 降低爆破综合成本。图 3 典型振动波形 下载原图图 4 电子雷管延期起爆网络 下载原图图 5 爆破过程及效果 下载原图参考文献1孙玉玲, 龙云玲, 颜事龙.浅谈影响半秒延期雷
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