孤石爆破的危害效应及处理方法

孤石爆破的危害效应及处理方法

随着经济的发展，基础设施建设正在加速。建设过程中,地表开挖后经常会遇到一些突起的孤石,需要处理。目前岩石破碎方面的技术很多,如爆破法、机械冲击法、水射流法、热力法〔1〕等。其中,爆破法以其经济高效、便于操作等优势,在处理孤石中得到广泛应用。由于不同的孤石外形、力学性质、周围环境均有差异,导致爆破处理不同的孤石时,各种参数、装药量、装药结构都必须调整,若设计或施工不当,极易造成严重后果。1爆破法破碎孤石工艺孤石爆破具体以下特点:1)多使用浅孔爆破,破碎效果一般只要求震裂、震破,不要求破碎成小块度。2)与大量土石方爆破不同,孤石爆破的方量很少,一般是单孔或几个炮孔起爆。达到爆破效果实际需要的装药量也较少,因此在施工过程中,如装药药量把握不准,将会造成实际炸药单耗的明显变化,达不到预期效果或能量过多,产生飞石。3)孤石一般临空面较多,爆破法破碎过程中可充分考虑临空面,合理设计孔网参数〔2〕。4)孤石外形不规则,需根据其外形特征合理布孔、改善装药结构、调整装药量等。由于其形状、结构面的影响,设计、施工人员很难把握实际最小抵抗线的大小和方向。5)部分孤石在前期的机械开挖或爆破过程中,可能受到破坏,存在一定的裂隙,导致孤石力学性质的变化。6)长期受各种自然因素风化形成的孤石,一般既“硬”且“脆”,有些内部节理、裂隙等发育,极易形成飞石。7)一些孤石并未完全裸露于地表,设计和施工人员无法完全了解整块孤石的性质,造成设计和施工中的困难。2爆破飞石产生的原因爆破产生的危害主要有振动、冲击波、噪声、个别飞散物、有害气体等〔2-4〕。孤石爆破一般情况下一次起爆用量较少,振动、冲击波等产生的危害一般都在允许范围内。但在个别飞散物控制方面,如对孤石岩性、外形等了解不够清楚,或者设计、操作不当,就很容易产生飞石。因此,在孤石爆破危害效应中,飞石是易产生又难于控制的。孤石爆破飞石产生的主要原因有:1)堵塞长度不够或堵塞质量差;2)炸药单耗偏大,当岩石破碎后剩余的爆炸能量就会使破碎的介质获得动能产生抛掷,出现飞石,剩余的能量越多,飞散就越严重。3)岩石结构复杂、不均匀等;4)受外形不规则影响,未把握真正的最小抵抗线;5)整体装药量或炸药单耗达到岩石破碎的要求,但装药结构不合理,在局部位置(如最小抵抗线、节理、裂隙处等)药量过大,导致该区域存在过多的剩余能量。6)设计的孔网参数不合理,依工程经验,孔网面积和孔径越大,越容易产生飞石。3爆破质量控制要点1)利用机械尽可能清除孤石表面的泥土等覆盖物,以便于了解孤石的形状、岩性等,避免因无法完全了解孤石状况而造成事故或是达不到爆破要求的效果。2)尽量均匀布孔,使炸药均匀分布于孤石内部;3)合理设置钻孔深度、超深。孔深一般为大块厚度的1/2~1/3,保证孔深等于或大于最小抵抗线方向。如果钻孔过深,可能造成孔底至孤石底部的抵抗线过小,炸药爆炸后,大部分能量从底部泄漏出去,因而达不到爆破需要的效果。若钻孔过浅,一是可能达不到爆破的效果,导致需要再次钻孔施工,二是可能装药量过多,填塞长度不够,产生飞石。4)使用小孔径,加大孔网密度。多打眼,少装药,使药量均匀分布于岩体内,更容易控制爆破效果〔4〕。5)严格控制装药量。设计和施工人员要有足够的安全意识,装药过程中不可过分追求爆破效果,爆破药量满足将岩石裂开,配合机械破碎即可。6)充分利用临空面,合理设计最小抵抗线方向。最小抵抗线是主抛方向,可利用这点使飞石避开被保护的对象。7)保证填塞长度和填塞质量。填塞质量好可使炸药爆炸完全,充分利用其能量改善爆破效果,避免孔口冲出的飞石。8)采用不耦合装药、分层装药和反向起爆等技术〔3-9〕。不耦合装药能有效作用在炮孔壁上的初压和最高压,降低爆炸冲击作用,提高静压作用比例;当炮眼深度大于最小抵抗线时,利用分层装药使炸药分布相对均匀,可起到破碎均匀的效果;反向起爆能充分利用炸药的能量,改善爆破效果。9)覆盖防护。采用强度高、质量大、韧性好的材料,将爆区覆盖,在易产生飞石的部位加强防护(如裂隙、节理等薄弱环节),同时也可根据情况对被保护对象进行防护,并加强警戒。4工程实例4.1岩石震裂配合机械规划法遵义东南大道苟江第三段(三合—新站)K1+350~K1+370边坡开挖中遇到孤石群,使用破碎锤施工,效率较低,综合考虑,确定使用爆破法将岩石震裂,配合机械清运。该孤石为石灰石,普氏系数f=8~10,形状极不规则,方量约为30m3,节理裂隙不发育,底部与基岩相连,孤石上方有10kV高压线通过,G210国道紧邻爆区,距爆区约20m,G210国道旁的三合中学距爆区80m,环境复杂,爆破区环境示意图和现场孤石状况图分别见图1、图2。4.2爆炸设计4.2.1爆速、猛度、卷、直径采用2号岩石乳化炸药,药卷密度ρ=0.95~1.30g/cm3,爆速D≥3.2×103m/s,猛度≥12mm,药卷直径d0=32mm,质量为300g,长320mm。4.2.2孤石的施工管理现场使用7655型气腿式凿岩机钻孔,孔径D=40mm。孔深根据孤石形状确定,超深取0.2m,确保一次爆破到位。实际施工后,孔深最深3m,最浅0.6m,共71个孔。最小抵抗线取0.5m,大块孤石孔距0.6m,排拒0.5m,根据孤石形状和钻孔条件适当调整。周边小块孤石在孤石中心处钻孔。4.2.3单用炸药根据工程经验,炸药单耗取0.2kg/m3,药量计算采用体积公式计算。4.2.4抵抗线较小的城市孔深低于1m的,采用连续装药,如孤石形状限制,使最小抵抗线较小的,适当分层;孔深超过1m的,根据孔深和抵抗线,分2~3层;并根据孤石抵抗线状况,调整各层药量,均保证0.5m的填塞,分层装药结构示意图见图3。4.2.5爆炸网络孔内使用MS7导爆管雷管引爆炸药,孔外使用MS3导爆管雷管连接,单孔连接,逐孔起爆。4.3填塞、护坡、补植因现场防护网数量限制,沿大孤石走向,每次起爆约8个炮孔,多次起爆。装药过程中,前轮起爆必将会对后面未装药的炮孔产生影响,对于严重拉裂、破坏的炮孔,应舍弃。采用沙子认真填塞每一炮孔。每一炮孔上覆盖2~3床橡胶轮胎编织的防护网,在最小抵抗线方向等飞石易产生、飞出的区域内增加防护,并将覆盖过程中散落在防护网上的个别飞散物清理干净。起爆时安排人员警戒,并对G210国道进行交通管制。4.4爆炸效果起爆后,孤石基本被拉裂,见图4,