丁汉堃,石磊
(北京中科力爆炸技术工程有限公司, 北京 101318)
在爆破工程中,起爆网路选择与布孔方式确定是其中重要的工艺环节。二者匹配或一一对应是爆破工程的重要研究课题。起爆网路的作用是控制炸药能量集中或分散释放,体现在炮孔的爆炸顺序(形式)以及爆炸时刻。布孔方式是为炸药能量提供释放空间,控制着炮孔炸药能量对介质作用范围以及炮孔相互影响的空间位置,完成对岩体做功使其发生变形破碎,并引发对后爆炮孔和待爆工作面的影响。总之只有起爆网路和布孔方式搭配得当,才能取得最佳的爆破效果。
斜线起爆网路亦称对角线顺序起爆网路,从爆区侧翼开始,同时起爆的各排炮孔均与台阶坡顶线斜交,毫秒延期爆破为后爆炮孔相继创造了新的临空面。其主要优点是在同一排炮孔间实现了孔间延期,最后的一排炮孔也是逐孔起爆,因而减少了后冲,有利于下一爆区的穿爆工作。
爆区炮孔位置设计是在合理的孔网参数(孔距a和排距b)基础上,探究与起爆网路相适应的布孔方式,依此确定孔位。当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)两种。笔者认为上述两种或多种布孔方式是由相邻两排炮孔中相近4个炮孔组成的单元四边形演变而成的,不同的是位移参数(即前后两排炮孔水平距离差aΔ)不同而已,如图1所示。
图1 布孔方式演变
对网路等时线进行分析,不仅可准确判断爆破瞬间炮孔临空面形态、炮孔抛掷方向以及爆堆形状等,也可综合检验网路和布孔方式。
斜线网路的等时线,在起爆时将孔网参数(孔距a和排距b)转变成起爆参数a′和b′。组合不同位置的等时线,对起爆参数产生不同程度的变化,进而影响爆破效果。
斜线起爆网络设计公式见表1,工程实例设计参数见表2。
表1 斜线起爆网路设计公式
表2 工程实例设计数值
以单元平行四边形长对角线为等时线的斜线网路如图2所示,其网路特点是起爆时将常规爆破转变成宽孔距爆破,充分发挥了该技术破碎效果良好的特点,是爆破设计中常用的一种斜线网路。
图2 长对角线为等时线的斜线网路
从表1和表2可知,长对角线网络布孔参数得到优化,a′>a,b′<b,m′>m,起爆参数呈现出宽孔距、小抵抗线爆破的技术特征。这种网路适合在两面临空地形夹角≥90°,应用效果良好。
以单元平行四边形短对角线为等时线的网路见图3。从表1和表2可以看出,短对角线布孔参数优化程度略小。因此所显现的爆破效果与常规爆破相差无几。遇到这种情况,要分区域或分段进行地形改造,将两面临空面夹角<90°改造成≥90°的地形,按2.1节的方法爆破施工,见图4。
图3 短对角线为等时线的斜线网路
图4 分区域或分段地形改造
以单元平行四边形边线为等时线的斜线网路如图5所示。从表1和表2可以看出,边线布孔参数a′<a,b′>b,m′<m。起爆抵抗线b′比布孔网路b要大,致使爆破效果远不及常规爆破。特别关注,当采用梅花形(等腰三角形)布孔方式施工,进行连线操作时,要避免连接成边线起爆网路,造成不良爆破后果。
图5 边线为等时线的网路
aΔ~m′计算公式见式(1)和式(2)。
式中,m′为起爆网路孔间密度系数。
式(1)是在2.1节条件下推导建立的,表示在孔网参数a和b一定时,宽孔距爆破技术特征参数m′与布孔位移参数aΔ的关系。
在实际操作时,以设计的m′值通过式(1)求得aΔ,进而确定间排距为a×b的布孔方式,致使起爆参数与布孔方式相匹配。
典型布孔方式aΔ~m′的计算公式与数据见表3。
表3 aΔ~m′关系计算公式
逐孔起爆通常采用斜线起爆网路,在实施过程中不仅要关注前述内容,还要关注下述问题。
(1)逐孔爆破炮孔时间间隔选取遵守孔间微差3~8 ms/m,排间微差8~15 ms/m。选用高精度雷管或数码电子雷管等要避免出现重段或跳段现象。
(2)逐孔爆破的特点是任一炮孔在爆前已处于两面临空状态,孔内爆破能以两侧抵抗线比例进行分配,形成不同的爆破效果。因此只有在间距和排距相等或相近时,才能形成均匀的破碎效果。
此山位于珠海机场旁,花岗岩坚硬,由于台阶爆破造成两面临空的爆区较多,为充分发挥临空面的拉伸破碎作用,本工程采用斜形同段起爆网路。初期采用梅花形布孔,爆后石料块度大,不适合装运,影响了工程进度。观察发现地形和连线位置不同,造成了如图3和图5所示的情况,在起爆时抵抗线并未减小,没有起到斜线起爆网路的优势作用,因此出现了爆后石料块度大且较多的问题。随后将两临空面夹角<90°的地形改造成>90°的地形,如图4所示,并在连线时谨慎分析长对角线和短对角线的炮孔位置,进行如图2所示的长对角线连接的斜线网路,爆破参数由a×b=3 m×2.5 m调整为a′×b′=4.3 m×1.7 m,抵抗线缩短,单耗值增大,破碎效果显著提高。
石塘山体位于浙江温岭,以凝灰岩体为主,夹杂其他成分,该项工程特点是山顶存在有人居住的房屋,房屋多为石砌结构,距离爆区红线约为10 m,因此控制爆破振动成为工程施工的关键。针对控制振速v≤1 cm/s,以及每炮测振的严格技术要求,经研究改多孔同时起爆为逐孔起爆,改多排孔爆破为2~3排孔爆破,距离房屋近处的爆区炮孔采取孔内分段间隔装药。采用斜形逐孔起爆网路,如图2所示,抵抗线缩小,由3 m变为2.4 m,爆破作用指数增大,逐孔爆破中单孔爆破时已处于两面临空状态,能量分散,起到了综合降振作用。工程实践表明,采取以上措施后,工程施工始终满足民房处质点振动速度≤1 cm/s的要求。
基于对斜线起爆网路和布孔方式的简要分析,揭示了宽孔距爆破技术在不同的布孔方式,不同的等时线状态下产生不同爆破效果的影响。为了探索网路与布孔的匹配,引入位移参数aΔ,并推导出aΔ~m′关系式,为爆破设计提供了计算工具。选定起爆参数m′计算aΔ得到最佳布孔方式,使二者对应,达到最佳爆破效果,本文研究内容可为采用斜线起爆网路的爆破工程提供参考。