复杂陡崖状危岩体控制爆破技术研究

四川省乐山市公安局治安管理支队 四川 乐山 614000

0 引言

高陡边坡由于易产生滚石、坍塌等灾害,对周边人员及建构筑的安全造成了较大威胁,需尽快处理,目前最常用的处理办法为爆破拆除法。考虑到高陡边坡环境复杂,众多学者针对不同类型的高陡边坡进行了专题研究,取得了较多成果。徐德顺等[1]对水电站边坡进行详细的地勘,从边坡失稳机理入手,研究深孔爆破与浅孔爆破联合的处理办法。李润哲等[2,3]对高速公路大桥前台后沿高陡危岩体结构进行分析,采用不连续、不耦合,逐排延时松动爆破对危岩体进行了处理。雷荣等[4,5]根据矿山高陡边坡的实际情况,采取控制爆破对危岩体进行了处理,在处理过程对永久边坡爆破振动进行了监测。

峨眉山某石灰石矿开采过程中,由于边坡后沿陡峭,且有居民生活区,为确保安全,在陡崖每级边坡前预留5m后的岩体后,矿山逐渐形成了210m的高陡边坡,岩层局部稳定性较差,对矿山边坡稳定性造成了一定威胁;同时由于陡崖岩体的存在,矿山边坡接近3/5的矿石无法开采,导致矿山正常生产受到严重影响。

因此,为消除高陡边坡带来的安全隐患,同时增加矿山的开采矿量,需对陡崖状危岩体进行开采。由于陡崖状危岩体岩石硬度较高(f=8),采用机械破碎方式效率低且安全隐患较大,爆破法是最有效可靠的方法,但周边环境复杂,需采区严格的控制爆破技术,确保危岩体治理过程安全可控。

1 工程概况

1.1 陡崖状危岩体概况 峨眉山某石灰岩矿山边坡高度为210m,矿山一侧岩体呈直立陡崖状,岩体较破碎局部外凸倒悬,且岩石节理裂隙发育,局部的天然沟槽极易使岩体破裂成滚石。陡崖下部为居民区,陡崖状岩体与居民区直线距离为150m,在矿山开采过程中,爆破对陡崖状岩体扰动极易造成临边岩石坍塌形成滚石,大块滚石在斜坡重力势能加速的作用下,对陡崖岩体下部的居民楼的安全构成严重威胁。矿山开采初期为控制爆破对陡崖状岩体的动力扰动,减小爆破对陡崖状岩体的破坏,在临界陡崖边坡预留5m厚岩体,起临时挡墙的作用,防止人员、设备跌落,同时控制沿陡崖方向的爆破飞石,降低安全隐患。

原边坡开采技术参数主要:台阶边坡角度为70°,台阶高度为15m,安全平台宽6m,清扫平台宽12m,每两个安全平台后设一个清扫平台。随着矿山开采深度的增加,矿山高陡边坡的安全隐患日益突出,如图1所示。

图1 陡崖状危岩体示意图

1.2 工程重难点

(1)环境复杂,施工难度大。危岩体外侧呈陡崖状,且分布有大块倒悬体,钻孔、装药、堵塞等空间有限,施工作业困难。

(2)安全风险大。治理过程中极易形成大块滚石,在重力势能及斜坡加速的影响下,滚石容易造成人员伤害和房屋损坏。

2 控制爆破技术研究

按照与陡崖状危岩体的距离,将边坡划分为三类爆区,即深孔爆破区、减弱控制爆破区及危岩爆破区。

2.1 爆破参数设计

深孔爆破区:台阶高度为10m,钻孔深度为11m,利用数码电子雷管采用逐孔毫秒微差起爆,CM351型潜孔钻机凿岩,钻孔直径D=115mm。

减弱控制爆破区:靠近边坡宽15m左右的区域设为控制爆破区,采取自上而下、低台阶、分段小规模爆破,利用数码电子雷管采用逐孔毫秒微差起爆,CM351型潜孔钻机凿岩,钻孔直径D=115mm。

危岩爆破区:临边遇危岩体或大块危石时,利用YT-28型手风钻进行解小排危。

为有效控制爆破振动及飞石,按照《爆破手册》进行爆破参数设计,并根据现场实际条件进行优化,得到三类爆区具体的爆破参数,如表1所示。

表1 陡崖边坡爆破参数

4超深L m 1 1 0 5孔距a m 5 4.5 1.2 6排距b m 3.5 3 1 7单耗q kg/m3 0.45 0.35 0.05 8 单孔装药量Q kg 79 24 现场确定9 最小抵抗线W1 m 3 3 0.3 10 底盘抵抗线Wd m 4 3.5 3.5 11 堵塞长度l m 4 3 ≥0.3 12 炸药类型 / 混装乳化炸药 二号岩石乳化炸药

2.2 起爆网络连接 三类爆区均使用数码电子雷管进行网路连接,采用孔内延期的方式进行逐孔起爆,孔间延期时间为25ms,排间延期时间为65ms,具体如图2所示。

图2 深孔爆区起爆网路连接示意图

3 安全防护措施分析

本工程实施过程中主要存在雨水侵蚀形成的坍塌、滑坡和爆破造成的滚石等安全隐患。因此,为消除隐患,需做好以下几个方面的安全措施:

(1)在边坡顶增设安全防护网,即沿陡岩纵向钻凿深约0.5m的Φ38mm钻孔,间距10-15m,插带环的Φ25mm螺纹钢筋,外露高度不小于1.5m,用上中下三根安全绳连接,并内挂牢安全网,在爆破网路联接完成后,可拆除安全防护网,以重复使用;

(2)作业人员钻孔、装药过程中要系好安全绳或安全带以防止人员跌落;

(3)钻孔时配备防止钻机高处掉落的安全保护钢绳;

(4)处理困难特殊部位时,利用反铲挖掘机配合施工;

(5)在陡坡下部平缓地段开挖3至4道阻隔沟,沟外堆置拦碴坎或挡土墙,防止滚石造成人员伤亡和财产损失。

4 爆破效果

现场爆破过程中,在相邻危岩体上进行爆破振动检测,及时校正爆破设计的合理性,以防止爆破过程中危岩体受爆破振动影响出现滚落,威胁危岩体后沿居民安全。

分别在深孔爆破、减弱控制爆破时对危岩体爆破振动进行监测,如图3所示。爆破振动检测结果统计见表3所示。在深孔爆破时,单响药量为79kg,距爆心最小距离为22.5m,监测得到最大爆破振动为1.87cm/s;减弱控制爆破时,单响药量为24kg,距爆心最小距离为8.5m,监测得到最大爆破振动为4.04cm/s-1。通过监测结果可以发现,深孔爆破及减弱控制爆破时,危岩体爆破振动数据小于允许的8cm/s-1,且危岩体未发生滚落,爆破参数设计合理。

危岩体进行爆破,陡崖体爆破碎石均落入危岩体后沿的阻隔沟内,未对附近的建构筑物造成影响,证明防护措施安全可靠。

图3 爆破振动监测图

表3 爆破振动监测结果

5 结论

(1)根据危岩体的实际情况,将高陡边坡划分为三类爆区,即深孔爆破区、减弱控制爆破区及危岩体爆破区,其中深孔爆破区设计单耗为0.45kg/m3,单响药量为79kg;减弱控制区设计单耗为0.35kg/m3,单响药量为24kg;危岩体爆区设计单耗为0.05kg/m3,爆破效果较好。

(2)为控制危岩体爆破时滚石的影响,采取了一些列措施:边坡顶增设安全防护网、作业人员系安全绳、设备配备安全保护钢绳及设置阻隔沟等,有效防止滚石对周边居民区的影响。

(3)通过爆破振动监测数据发现,深孔爆区及减弱控制爆区爆破时,危岩体最大爆破振动分别为1.87cm.s-1、4.04cm.s-1,爆破振动在允许范围内,且爆破过程中危岩体未滚落;危岩体爆破时,滚石均落入阻隔沟内,未对周边居民造成影响,验证了爆破设计较合理。