坚硬岩石静态爆破工效提升的关键技术研究

摘要：坚硬岩石是进行建筑施工和矿物采集中常见的障碍物，因此对坚硬岩石的清除工作就显得格外重要。而静态爆破技术是是一种新型的岩石爆破技术，静态爆破的爆破效率高、无噪声和粉尘等优势使其在坚硬岩石爆破中发挥了巨大的作用。因此本文对坚硬岩石中静态爆破的技术进行了研究，期待本文的研究内容能够为提升爆破工程施工效率和采矿效率提供参考。

关键词：坚硬岩石;静态爆破

一、静态爆破技术简介

一般来说，施工中最常见的障碍物是岩石，对于岩石的清除一直是困扰施工的一大难题，特别是山地施工和矿道施工，大量的施工时间都浪费在了清理岩石上面，对施工效率造成了较大的影响。岩石具有抗压强度高但抗拉强度低的特点，因此在爆破岩石时，可利用岩石的这个特点对岩石进行高效、快速的爆破，静态爆破技术由此应运而生。

通常情况下的静态爆破施工方式是利用氧化钙之类的可发生水化反应的固体物质的水化反应将岩石撑破，再由液压机械将岩石分裂，达到破碎岩石的目的。静态爆破中所发生的化学反应为：CaO+H2O→Ca（OH）2，该过程会放出大量热量，将岩石胀裂，因此在严格意义上说静态爆破并不是一种爆破技术，所以静态爆破不具有传统爆破技术的缺陷，因而被大规模的应用在岩石爆破中。

二、静态爆破的工艺特点

（一）安全性

相较于传统爆破方式，静态爆破中不含有产生冲击波的炸药等危险物质，因而较传统的炸药爆破更为安全，机械化的爆破方式也更为可控，可以在精密机械旁或人员密集处工作而无需担心不可控的伤害。

（二）环保性

传统炸药爆破的方式不但会产生大量的碎石和烟尘，还会产生硫化物和氮化物之类的大气污染物，而静态爆破所使用的膨胀剂和水化反应物等不会产生污染物，爆破过程也不会产生烟尘等。属于一种非常经济环保的岩石爆破方式。

（三）经济性

传统炸药爆破所需时间长且材料成本高，而静态爆破所需的材料成本较低，且可实现连续不间断的作业，极大的提升了施工效率，节省了施工成本和传统爆破中额外的安全防护成本。

（四）精确性

传统爆破受爆炸冲击波影响，往往无法精确控制岩石的爆破方式，而配合机械作业的静态爆破可实现对岩石的精确爆破和定向爆破。可将岩石分类为指定的尺寸和形状，对于后续的岩石清理工作非常有帮助。

（五）实用性

静态爆破技术所用机械寿命较长，且学习成本较低，即便是完全不熟悉的工人经过短时间的训练也可以完全掌握静态爆破方式的技术流程，这使得静态爆破技术成为了一种非常实用的岩石爆破手段。

三、某项目坚硬岩石静态爆破工效提升研究

为了将静态爆破技术应用到坚硬岩石的爆破中，以提升坚硬岩石的爆破工效，我们前往了当地某工程现场，对其坚硬岩石爆破中的静态爆破技术进行了应用。[1]

（一）工程概况

该工程位于当地某省道旁的绿化带上，工程风井为双层的框架式结构，土层覆盖的平均厚度约为3米，开挖基坑的尺寸为长约38米，宽约35米，深约19米。基坑底部存在质地坚硬的高致密基岩层，经过当地工程部门对基岩层的取样分析，基岩主要由石炭系时期的灰质岩层和炭质灰岩层构成，岩石层厚层状构造，中部多为方解石填充，局部为炭质岩层填充，岩芯结构完整，质地较为坚硬，锤击声较脆。[2]

我们前往施工现场进行了考查，开挖的基坑中，基岩层的分布较为广泛，岩层的厚度较大且整体性良好，挖掘机无法敲碎岩石。且由于该工程基坑临近省道，采用传统炸药爆破的方式会对省道车辆造成较大影响，因此当地工程负责人在经由公安机关批准后，决定采用静态爆破的方式对基坑中的基岩进行爆破。

（二）施工机械及准备

我們在施工中准备了风枪、挖掘机和抽水机等机械设备，其中风枪用于对基岩钻孔;挖掘机用于清理爆破的碎岩块;抽水机负责从现场抽水。

施工之前的准备工作为检查各施工机械是否正常工作，检查施工所需的必备物资是否准备齐全，如水桶、护目镜、橡胶手套、搅拌器等。

（三）工效提升研究

1.钻孔部署

由于该工程基坑中基岩分布较广泛，因此我们决定采用分区、分层次的方式对基岩层进行逐级爆破，以提升施工效率。根据基岩层对分布特点，将完整性较好且相邻较近的基岩分为一个区，以便提升爆破效率。各区中进行钻孔、灌药、爆破和清理作业时，为提升施工效率，我们拟决定在下一分区钻孔的同时对上一分区实施爆破作业，从而为下一分区的爆破作业提供可操作的工作面。施工作业平面图如下所示。

我们将基岩层划分为上图所示的分区对爆破区进行分段，分段距离约为9-10米一段，纵向分层为每层0.5米。

钻孔是静态爆破施工的关键施工参数，钻孔的方式、孔的数量和大小通常由爆破对象的规模、性质以及施工约束条件而定。原则上来说，钻孔之前应保证至少有一个与布孔方向平行的自由面，自由面的数量越多，单次爆破的爆破量就越大，一般情况下，钻孔的距离和自由面之间的距离与岩石的硬度有关，岩石的硬度越大，钻孔之间的距离和面之间的距离就越小，反之则越大，岩石的硬度与钻孔之间的距离关系为：岩石硬度（F）[ F为岩石的普式硬度系数，F越大，岩石的硬度就越大。一般来说，F在15-20之间为极坚硬岩石，如花岗岩、石英等;F在8-10之间为坚硬岩石，如砂岩等;F在4-6之间为普通岩石，如铁矿石等;F在3以下为不坚固岩石，如黄土。]为4时，钻孔距离大于50㎝，自由面距离为80㎝左右;岩石硬度为6时，钻孔距离为40㎝左右，自由面距离为50㎝左右;岩石硬度为8时，钻孔距离为30㎝左右，自由面距离为40㎝左右;岩石硬度为12时，钻孔距离为20㎝左右，自由面距离为30㎝左右。根据我们所测得的该工程基岩的普式硬度数值来看，我们将钻孔距离设置为30㎝，钻孔直径为40㎝，钻孔深度距岩层底部约15-25㎝左右，由此测得的平均钻孔深度约为2米。

钻孔所采用的设备为空压机和风枪，风枪钻头采用直径35-40㎝的钻头，以保证钻孔效果，在钻孔完毕后，应将孔内用清水冲洗干净。

2.膨胀剂配制

膨胀剂的配制工作在水桶内完成，按照所标注的配方将水和药剂混合并搅拌至糊状，一般来说，普式硬度为8以上的岩石在进行静态爆破时常见的药剂和水的质量混合比为0.23，用药量为35-45kg/m2。

3.装药

将配制好的糊状药剂均匀的放置如爆破孔内直至装满，爆破孔无需密封，对于孔口向下倾斜的爆破孔，可在药剂中加入约20%质量比的水并迅速倒入孔内。

药剂灌装操作为多组同时操作，每组由两名灌装人员，一主一副。药剂搅拌时，主灌装手完成药品搅拌工作，副灌装手在搅拌过程中加水并监督药剂的状态;药剂灌装时，主灌装手将药剂灌装入爆破孔中，副灌装手负责在灌装时搅拌孔内的药物，保证药物尽可能均匀密实的分布在爆破孔内。为了保证爆破效果，各爆破孔内的药剂应当同步膨胀，因此我们在灌装工作中采用了同步操作的方式，每组工人在灌装时的操作应同步进行，且各组工人负责灌装的爆破孔数量不能过多，以免影响操作同步性，这种做法可保证各爆破孔内的膨胀剂的膨胀压同步变化，从而获得较好的岩石破碎效果。[3]

为了保证岩石的破碎效果，在灌装药剂之前，灌装人员应检查药剂是否符合灌装要求。如果药剂已经出现气泡、温度上升等现象，则不允许灌装，为了保证药剂能够发挥最大作用，原则上来说从药剂搅拌到灌装结束的整个过程不得超过5分钟。

4.爆破

在完成所有爆破孔的灌装之后，静待10-14小时，可看到岩石表面出现裂缝，此时可采用工程机械对开裂岩石进行破碎处理。

四、结论

静态爆破的无灰尘，低噪声和高效率的特点使其成为了爆破坚硬岩石的首选，本文以某工程基岩爆破的实际操作为例，对坚硬岩石的静态爆破中的关键技术进行了研究。一般来说，对坚硬岩石进行静态爆破时每一个根据岩石的分布、厚度场地约束条件等因素合理的安排爆破分区，以提升岩石爆破的效率;在钻孔时，应根据岩石的硬度和体积合理决定钻孔数量、钻孔距离和钻孔深度（这一点文中已列出了较为详细的参考数值）;配置膨胀剂时，应根据岩石的硬度适当调整药剂和水的比例，通常来说，常见的普式硬度为8的岩石的药剂和水的质量比约为0.23左右;在装药时，为了保持各个爆破孔内药剂的膨胀压相同，应当采取分组同步作业的方式;在装药完毕后10-14小时左右，当岩石表面出现裂缝时，即可开始爆破处理;此外在进行岩石静态爆破作业时，还應当注意施工安全，避免人身事故的发生。

参考文献：

[1]张学强.静态爆破技术在响水峪水库除险加固工程中的应用[J].工程建设与设计，2019（08）：128-129.

[2]刘海波.复杂环境下市政道路高边坡静态爆破施工技术[J].工程技术研究，2018（03）：53-54.

[3]杨天武.静态爆破技术在路基土石施工中的运用探索[J].建材与装饰，2019（02）：222-223.

作者简介：王建华（1981-），男，湖北当阳人，本科，高级工程师，研究方向：爆破工效提升。