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第九节

石质路堑的爆破施工

在山区公路路基施工中,当路线通过山区、丘陵及傍山沿溪地段时,往往会遇到集中的或分散的岩石区域,这就必须进行石方的破碎和挖掘作业。山区公路路基的施工,不仅石方工程量巨大,而且施工比较困难,爆破是石方路基施工最有效的方法。

一、爆破的基本概念

所谓爆破就是利用炸药爆破时瞬间所产生的热量和高压,使岩石或周围的介质受到破坏或位移,来破碎和抛掷岩石。爆破施工的特点是:施工进度快,可减轻繁重的体力劳动,提高劳动生产率,但这是一种带有危险性的作业。

(一)药包在无限介质内的爆破

药包在无限介质内爆炸时,炸药在瞬时间内通过化学反应转化为气体状态的爆炸产物。由于高压气体的膨胀作用,体积增加数百倍乃至数千倍,而产生巨大的静压力,同时产生高温高速的冲击波,又以动压力的形式作用于药包周围,使周围介质产生不同程度的破坏和震动。这种现象随着离药包中心的距离增加而逐渐消失。

根据药包周围介质的破坏程度不同,大致可分为4个作用圈,即压缩圈、抛掷圈、松动圈和震动圈,如图2-69所示。

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图2-69 爆破作用圈示意

1.压缩圈

在图2-69中 R 表示压缩圈半径,在这个作用圈范围内,介质直接承受药包爆炸作用,产生极大的作用力。如果介质是可塑性的土,便会被压缩形成空腔;如果介质是坚硬的硬性岩石,便会使其被粉碎。因此,这个球形区被称为压缩圈或破碎圈。

2.抛掷圈

抛掷圈在压缩圈范围以外至 R 的区间,所受的爆破作用力虽比压缩圈内小些,但介质原有的结构受到破坏,分裂成为不同尺寸和形状的碎块,而且爆破作用力尚有足以使这些碎块获得运动速度的余力。如果在有限介质内,这个区间的某一部分,处于临空的自由状态下,破坏了的介质碎块会产生抛掷现象,因此,此区间称为抛掷圈。但在无限介质内不会产生任何抛掷现象。

3.松动圈

松动圈在抛掷圈以外至 R 的区间。其爆破的作用力更弱,但能使介质结构受到不同程度的破坏(如破碎、裂缝和松动),因此称为松动圈。

4.震动圈

震动圈在松动圈范围以外,微弱的爆破作用力不能使介质产生破坏。这个范围内的介质只能在应力波的传播下,受到震动作用,不发生破坏现象。在震动圈以外爆破作用的能量就完全消失。

(二)药包在有限介质内的爆破

药包在有限介质内爆炸后,介质具有一个或数个临空面,因爆破作用圈的影响,会产生各种不同的破坏形式。在介质比较均匀时,爆破作用首先沿炸药中心至临空面的最短距离发生,该距离称为最小抵抗线 W 。在一个临空面的平地下,若药包埋置较深,即最小抵抗线 W 大于松动半径 R 3 ,则爆破后地表无破坏现象,称为内部爆破,如图2-70(a)所示。若最小抵抗线 W 小于松动半径 R 3 ,但大于抛掷半径 R 2 时,爆炸后表面介质只产生破碎和松动,称为松动爆破,如图2-70(b)所示。若最小抵抗线 W 小于抛掷半径 R 2 ,则爆破后有部分碎块会被抛出,表面形成漏斗状的爆破坑,这个爆破坑称为爆破漏斗,这种爆破称为抛掷爆破,如图2-70(c)所示。

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图2-70 药包埋置深度不同时的爆破情况

爆破漏斗是爆破施工中非常重要的因素,主要由最小抵抗线 W 、漏斗半径 r 和漏斗作用半径 R 三个要素所组成。最小抵抗线 W 是药包中心至临空面的最短距离,药包爆炸作用首先沿着最小抵抗线方向使岩土产生破坏、隆起鼓包或抛掷出去,这就是作为爆破理论基础的最小抵抗线原理;爆破漏斗半径 r 是最小抵抗线与临空面交点至漏斗口边缘的距离;抛掷漏斗半径 R 是从药包中心沿漏斗边缘至坑口的距离。

爆破漏斗的形状和大小,不但与药量大小、炸药性能、介质种类等有关,同时还与临空面数量和所处边界条件有关。爆破作用性质通常用爆破作用指数 n 来表示,它是漏斗半径 r 与最小抵抗线 W 的比值。

用爆破作用指数 n 可对爆破和药包进行分类。当 n =1时,称为标准抛爆破,爆破漏斗的顶角为直角,能形成这种漏斗的药包称为标准抛掷药包;当 n >1时,称为加强抛掷爆破,爆破漏斗的顶角为钝角,能形成这种漏斗的药包称为加强抛掷药包;当0.75< n <1时,称为减弱抛掷爆破,爆破漏斗的顶角为锐角,能形成这种漏斗的药包称为减弱抛掷药包。

工程爆破实践证明,当 n >0.75时才能形成明显的抛掷爆破漏斗;当 n <0.75时药包爆炸后只能形成隆起的碎块堆而无抛掷现象。因此, n <0.75时,称为松动爆破,相应的药包称为松动药包。

除了最小抵抗线 W 影响爆破作用指数 n 外,药包的大小也有影响,在最小抵抗线 W 不变时,采用较大的药包会使爆破漏斗变得浅而宽,使爆破作用指数 n 增大。

在道路交通工程施工中,抛掷爆破多用于大爆破工程,松动爆破多用于开挖路堑、巷道掘进及采石工程。内部爆破多用在扩大炮眼底部的烘膛,以增大药孔的装药量。

二、起爆材料及起爆方法

(一)炸药

炸药是一种化学性质不稳定的物质,在外力的作用下(如冲击、摩擦、火花等),易发生爆炸。爆速高达每秒数千米,爆温高达1500~4500℃,爆炸所产生的气体比原体积大1万倍以上,爆破压力超过10万个大气压,因而具有极大的破坏力。炸药的种类很多,在石方爆破工程中常用的炸药有两种,即起爆炸药和爆破炸药。

1.起爆炸药

起爆炸药是一种爆炸传播速度极高的烈性炸药,其爆速一般在2000~8000m/s之间。这种炸药主要用于起爆爆破炸药,如用以制造雷管和速燃导火索等,工程中常用的起爆炸药又可分为正起爆炸药和副起爆炸药两种。正起爆炸药对热能、机械冲击能均具有极高的敏感性,如雷汞、叠氮铅、黑索金、泰安等;副起爆炸药必须由正起爆炸药起爆,其具有极高的爆速,可加强雷管的起爆能量,如三硝基甲硝胺、四硝化戊四醇等。

2.爆破炸药

用以对岩石或其他介质进行爆炸的炸药,称为爆破炸药,这种炸药的敏感性较低,要在起爆炸药强力的冲击下才能爆炸。根据炸药的爆速不同,爆破炸药又可分为缓性炸药(爆速为1000~3000m/s,如硝铵炸药、铵油炸药等)和粉碎性炸药(爆速为3500~7000m/s,如梯恩梯炸药、胶质炸药等)。道路工程中常用的主要炸药的成分和性能如下。

(1)黑色炸药 黑色炸药是我国古代四大发明之一,是一切炸药的祖先。它是由硝酸钾(或硝酸钠)、硫磺及木炭所组成的混合物,其配合比一般为硝酸钾∶硫磺∶木炭=75∶10∶15。好的黑色炸药为深灰色的颗粒,不沾污手。对火星和碰击极敏感,易燃烧爆炸,在受到潮湿后,爆炸威力降低。黑火药是一种缓性炸药,其猛度比较小,可用松动爆破,在道路交通工程中,适用于开采石料。

(2)梯恩梯 梯恩梯也称三硝基甲苯、TNT,这是一种高威力炸药。它呈结晶粉末状,淡黄色,压制后呈黄色,熔铸块后呈褐色,不吸潮,爆炸威力大。露天遇火燃烧冒浓烟,不爆炸,但骤然加温或密闭燃烧即会爆炸,或当温度达到350℃以上时,会由燃烧转为爆炸。但其本身含氧不足,属于负氧平衡炸药,爆炸时会产生有毒的一氧化碳(CO)气体,因此,不宜用于地下和通风不良的场合作业。

(3)胶质炸药 胶质炸药是由硝化甘油和硝酸铵(有时用硝酸钾或硝酸钠)组成的混合物,另加入一些木屑和稳定剂制成的。这种炸药可分为耐冻和非耐冻两种。工业上常用的是硝化甘油及二硝化乙二醇含量各为62%和35%的耐冻胶质炸药。它对冲击、摩擦和火星都很敏感,如果湿度较高或储存时间过久,容易分解、渗油和挥发。此时对外界的作用更敏感,受冻后尤其危险,它是一种危险性较大的炸药。但胶质炸药的威力大、不易吸湿,有较大密度和可塑性,适合于水下和坚硬岩石中使用。

(4)硝铵炸药 硝铵炸药是硝酸铵、梯恩梯和少量木粉的混合物。道路工程中常用的2号岩石硝铵炸药,其配合比为85∶11∶4,具有中等威力和一定的敏感性,在8号雷管的作用下可以充分起爆,是一种比较安全的炸药。但是,这种炸药具有吸湿性与结块性,受潮后其敏感性和威力显著降低,同时产生毒气、污染环境。有关规程中规定,用于地下爆破时,其含水率应小于0.5%,露天应小于1.5%,若含水率超过3%则可能产生拒爆。

(5)铵油炸药 铵油炸药是硝酸铵、轻柴油和木粉的混合物,这是中国发明的一种价格低廉、制造简单、比较安全、原料广泛的炸药,原来称为“9244”炸药,曾一度代替硝铵炸药使用。这种炸药的配合比例为硝酸铵∶轻柴油∶木粉=92∶4∶4,也可用配合比为硝酸铵∶轻柴油=94.5∶5.5混合。其不仅爆炸威力比硝酸铵炸药略低、敏感性更低,而且具有更明显的吸湿性和结块性,使用时不能直接用8号雷管起爆,必须同时用10%的硝铵炸药作起爆体,才能使其充分起爆。由于这种炸药可以在施工现场进行随时配制,单价比较便宜,目前在道路交通工程中应用比较广泛。

(6)浆状炸药 浆状炸药是以硝酸铵、梯恩梯(或铝粉、镁粉)和水为主混合而制成的一种浆糊状炸药,它的威力大,抗水性强,施工安全性好,特别适用于深孔和水中爆破,但需要用烈性炸药进行起爆

(7)乳化炸药 乳化炸药是以硝酸铵、硝酸钠、高氯酸钠等水溶液,石蜡、柴油和失水山梨醇单油酸酯的乳化剂,以及含有微小气泡的物质如空心玻璃微球或膨胀珍珠岩等,混合而成的一种乳胶状抗水炸药,具有中等爆炸威力,可以用8号雷管直接起爆。

(二)起爆材料与起爆方法

1.雷管及电力起爆方法

雷管是爆破施工中最常用的起爆材料。按照引爆方式不同,可分为火雷管和电雷管两种;按引爆时间的不同,电雷管又分为即发、延期和毫秒电雷管;按雷管外壳材料不同,又有纸雷管、铁雷管、铝雷管和铜雷管之分;按雷管内起爆药量的不同,分为1~10号雷管。在道路交通工程中常用的是6号或8号铜雷管,6号雷管相当于1g雷汞的装药量,8号雷管相当于2g雷汞的装药量。

(1)雷管的构造 雷管由管壳、正副起爆炸药、加强帽等组成,如图2-71所示。火雷管与电雷管的不同之处,是在管壳开口的一侧,火雷管留出15mm左右的空隙端,以备导火索插入之用;而电雷管则有一个电气点火装置,并以防潮涂料密封端口。延期和毫秒电雷管的特殊点是在点火装置与正起爆炸药之间加上一定量的缓燃剂。电气点火装置的构造是在脚线(纱包绝缘铜线)的端部焊接一段高电阻的金属丝(一般为康铜丝,也可用铬镍合金或铂钛合金丝),俗称为电桥丝。电桥上滴上适量引燃剂,通电时灼热的电桥就能点燃引燃剂,使电雷管中的正副起爆炸药发火起爆。

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图2-71 雷管的构造

1—雷管壳;2—副起爆炸药;3—正起爆炸药;4—加强帽;5—电气点火装置;6—滴状引燃剂;7—密封胶和防潮涂料;8—延缓剂;9—窝槽(聚能穴);10—帽孔

(2)电雷管的主要指标 为了保证电雷管的准爆和操作安全,在使用电雷管中应当了解和掌握以下有关参数。

①电阻。在道路交通工程中使用的电雷管,其电阻大致为0.5~1.5Ω(2m长铜脚线、康铜电桥丝)。按照安全施工的有关规定,串联在一起的电雷管,电阻差彼此不得超过0.25Ω。

②最大安全电流和准爆电流。所谓最大安全电流,是指在通电5min左右而不引起爆炸的最大电流。康铜电桥丝的雷管的最大安全电流和准爆电流为0.3~0.4A,铬镍合金电桥丝的雷管的最大安全电流和准爆电流为0.15~0.2A。用来测定电雷管的仪器输出电流,不得超过0.05A。

所谓最小准爆电流,是指在2min左右的时间内,通电而便电雷管准爆的最小电流。康铜电桥丝电雷管的最小准爆电流为0.5~0.8A,铬镍合金电桥丝的雷管的最小准爆电流为0.4~0.5A。按照安全规定,成组串联电雷管的准爆电流,直流电为2A,交流电为2.5A。若能保证有2.0~5.0A的电流通过每个电雷管,则可充分保证准爆。

(3)电力起爆法 通过电爆网络实现起爆的方法,称为电力起爆法。在电爆网络中,电爆管的联结型式有串联、并联和混合联3种。

2.导火索及火花起爆法

导火索是点燃火雷管的配置材料,外形为圆形索线,索芯内有黑火药,中间有纱导线,芯外紧缠着一层纱包或防潮剂。对导火索的基本要求是:燃烧完全,燃速恒定。根据使用的要求不同,导火索分为正常燃速和缓慢燃速两种。正常燃速导火索的燃速为100~120s/m,缓燃导火索的燃速为180~210s/m。

导火索在使用之前必须进行外观检查和燃速检查,不得有表层破损、折断、曲折、沾有油脂及涂料不均匀等情况,燃速不正常的导火索不得用于工程。

火花起爆法是利用导火索燃烧引爆火雷管,从而使药包爆炸的一种起爆方法。

3.传爆索及传爆索起爆法

传爆索又称导爆线,其索芯是用高级性炸药制成的,内有双层棉织物,一层为防潮层,一层为缠绕着的纱线。为与导火索区别,表面涂成红色或红黄相间等色。我国制造的传爆线是用黑索金或泰安为索芯的,爆速为6800~7200m/s。

传爆线着火较困难,使用时须在药室外的一段传爆线上捆扎上一个8号雷管来起爆,传爆网络与药包的联结方式有并联、串联、并簇联等。

由于传爆索的爆速很快,所以在大量爆破的药室中,使用传爆索起爆可以提高爆破效果。但必须严格遵守安全操作的规定。

4.塑料导爆管非电力起爆法

塑料导爆管由高压聚乙烯制成内外径分别约为1.4mm和3.0mm的软管,内涂有以奥克托金或黑索金为主的混合炸药,药量为14~16mg/m。国产导爆管的爆速为1600~2000m/s,可用雷管、导爆索、火帽、引火头等能产生冲击波的器材激发。塑料导爆管非常安全,可作为非危险品进行运输。一个8号雷管可以激发30~50根导爆管。起爆网络与药包的联结方式有并联、串联、簇联和复式联结法等。这种起爆方法具有抗杂电、操作简单、使用安全可靠、成本较低等优点,致使有逐渐替代导火索和导爆索起爆法的趋势。

三、石方爆破施工工艺

爆破作业的施工程序是比较复杂的,主要包括:学习爆破技术→进行安全教育→检查爆破器材→清除表层土→选择炮位→钻炮眼→装炸药→堵塞炮眼→敷设起爆网络→设置警戒线→起爆炸药→清理落石方等。

爆破作业是一项关系人们生命安全的作业,因此,必须认真、仔细地做好施工准备工作,不得有任何麻痹和马虎。

(一)炮位的选择

炮位的选择十分重要,炮眼的方向和深度都将直接影响爆破效果。选择炮眼时必须注意石层、石质、石纹、石穴,以选无裂纹、无水湿之处为宜,应避免选择在两种岩石硬度相差很大的交界处,应尽量选择在抵抗线最小、临空面较多的地方,并与各临空面的距离接近相等,或者有意识地改造地形,使第一次爆破后为以后爆破创造更多的临空面。

炮眼的方向,应与岩石临空面大致平行,并尽量与岩石走向垂直。群炮炮眼的间距,宜根据地形条件、岩石类别、炮眼类型等确定,并根据炮眼间距、岩石类别、地形条件、炮眼直径、炮眼深度等,计算确定每个炮眼的装药量和炸药种类。对于群炮,宜分排或分段采用微差爆破。

爆破参数应结合现场的具体条件和实践经验来确定。

1.最小抵抗线W的确定

最小抵抗线W一般为梯段高度的70%~80%比较适宜。如果最小抵抗线过大,不仅会使爆落的岩石块过大,而且容易残留炮根,造成安全隐患;如果最小抵抗线过小,不仅会导致岩石飞散造成危险,而且增加炸药用量、提高工程造价。

2.炮孔深度的确定

炮眼法采用台阶式爆破时,炮孔的深度应使爆破后的地面与原地面平齐。较坚硬的岩石易留炮根,因此炮眼的深度 L 应大于岩层厚度 H ,较软弱的岩石,炮眼的深度 L 应小于岩层厚度 H 。在一般情况下,可以掌握如下炮孔深度:①坚硬岩石, L =(1.10~1.15) H ;②次坚石, L =(0.85~0.85) H ;③软弱岩石, L =(0.70~0.90) H

药壶法的炮孔深度一般为5~7m,不宜靠近设计边坡布设,药室距设计边坡线的水平距离不宜小于最小抵抗线。猫洞炮炮孔的深度为2~6m。

3.炮孔距离和排距的确定

炮眼法两孔之间的距离(孔距) a ,其大小与起爆方法和最小抵抗线 W 有关。火雷管起爆时: a =(1.4~2.0) W ;电雷管起爆时: a =(0.8~2.3) W

采用多排排炮爆破时,炮孔按梅花形交错布置,两排炮孔之间的排距 b =0.86 aW

猫洞炮的炮孔距 a =(1.0~1.3) W W 为相邻两药包计算抵抗线的平均值)。

(二)钻凿炮孔

炮孔选定后即可进行凿孔。凿孔的技术要求与采用的爆破方法有关。通常按炮孔的直径和深度分为浅孔爆破和深孔爆破两种:浅孔爆破的孔径小于75mm,孔深小于5m,通常用手提式凿岩机凿孔;深孔爆破的孔径大于75mm,孔深大于5m,通常用冲击式钻机或潜孔钻机凿孔。

(三)炮孔装药

装药就是把炸药按施工要求装入凿好的炮孔内。装药前应先计算出炸药的用量。各种爆破方法的药量计算公式,都是根据药包的装药量与所需爆破岩土的体积成正比这个关系得来的,即:

Q = KV (2-16)

式中, Q 为药包装药量,kg; V 为该药包所需爆破的岩土体积,m 3 K 为单位耗药量,kg/m 3 ,参考表2-40。

表2-40 单位耗药量 K 值表

注:1.“ * ”根据试验得出;2.括号的罗马字母代表相应重度的岩石等级。

在标准抛掷爆破中爆破漏斗半径 r = W ,所以,爆破漏斗体积 V =1/3π r 2 W W 。故得

Q = KW 3 (2-17)

式中 K 的大小与土石的类别和炸药的种类有关。在非标准抛掷爆破时,还与地面坡度或爆破作用指数 n 有关。

工程上所用的标准炸药的爆力为300mL,猛度为11mm。如果采用的炸药不是标准炸药,可以标准炸药为准,令其换算系数为1,其他品种炸药的换算系数参考表2-41。

表2-41 炸药的换算系数

装药的方式根据爆破方法和施工要求的不同而异,通常有以下几种。

(1)集中药包 集中药包的炸药完全装在炮孔的底部,爆炸后对于工作面较高的岩石崩落效果较好,但不能保证岩石均匀破碎。

(2)分散药包 分散药包的炸药沿孔深的高度分散安装,爆炸后可以使岩石均匀地破碎,一般适用于高作业面的开挖段。

(3)药壶药包 药壶药包是将炮孔底部扩大成葫芦形或坛子状,集中埋置炸药,以提高爆破效果。药壶药包适用于结构均匀致密的硬土、次坚石和坚石,以及量大而集中的石方爆破。

(4)坑道药包 坑道药包安装在竖井或峒底部的特制的储药室内,装药量特别大,属于大型爆破的装药方式。它适用于土石方大量集中、地势险要或工期紧迫的路段,以及一些特殊的(如定向爆破)爆破工程。

(四)药孔堵塞

药孔的堵塞是爆破工程中非常重要的一个环节,如果堵塞方法不当或堵塞质量不符合要求,不仅影响爆破效果、容易形成“冲天炮”,而且可能发生人身伤亡事故,因此一定要认真对待药孔的堵塞。对中小型爆破的药孔,一般可用干砂、滑石粉、黏土和碎石等材料堵塞,并用木棒等将堵塞物轻轻地捣实,但切忌用铁棒捣实。

在大爆破施工过程中,在导洞和竖井堵塞前,应对装药质量进行仔细检查,并用槽、竹筒或其他材料保护好电爆缆线。在药室外侧砌一道石墙,然后填土捣实。在石墙外2~3m一段,或洞身至药室拐弯一段,应当用黏土堵塞夯实其余部分可用土石分层填塞紧密。药孔堵塞的长度一定要符合设计要求。竖井和平洞的堵塞材料可以就地取材,分层回填至原地面,平洞的堵塞长度不应小于最小抵抗线。

(五)起爆炸药

炸药的起爆,一般情况下可用火花起爆法和电力起爆法。中小型爆破可用雷管、引火剂或导火索等,从炮孔的外部引入炮孔的药室使炸药爆炸。当采用起爆网络时,必须做到以下几点。

①在爆破工作正式开始后,撤离非接线人员和设备至安全地点并做好警戒工作。

②开始敷设网络至起爆的这段时间内,应将现场内的带电设备完全断电,以免发生意外情况。

③电网络应自药室开始逐渐向主线和电源方向连接,禁止先接电源或任何供电设备,并禁止在雷雨天或黑夜进行。

④开始接线之前,应仔细检查每个导洞的线路电阻,不应超过设计要求的±10%,否则应找出原因,排除故障,对有可疑的线路和起爆体应及时更换,或设置必要的复线作为起爆线路。

⑤电线的接头要求清洁、光亮,接触性能良好,并用绝缘布进行包扎,以保证电线的电阻稳定,电流正常。

(六)瞎炮处理

由于种种原因在爆破后会出现瞎炮,这是非常危险的隐患,必须组织有关人员进行处理。如果判断出现瞎炮,应由原施工人员参加处理,采取安全措施加以排除。对于大爆破,应找出线头接上电源重新进行起爆,或者沿导洞小心掏取堵塞物,取出起爆体,用水灌浸药室使炸药失效,然后再进行清除。对于中小型爆破,可在距瞎炮的最近距离不小于0.6m处,另行打眼爆破,当炮眼不深时也可用裸露药包爆破。

(七)清理爆落石方

当石方爆破以后,必须按照爆破次数进行及时清理。清理时一定要根据施工要求和石料的利用情况分别清理。如开挖路堑无填方工程时,则被清理的石料必须组织机械配合运输工具运出施工现场,以利于下次爆破。如果是傍山筑路半挖半填,则爆破的碎石可作填方用,此时可用推土机或装载机进行清理。

由于路基施工不同于采石场和矿山开挖,一方面施工场地狭小,机械设备的布置和使用受到限制,另一方面要求机械设备的能力大、效率高,又要机动灵活,具有一定的越野性能和爬坡能力。因此,在选择清理石方机械时应考虑以下技术经济条件:工期所要求的生产能力;预算的工程单价;爆破岩石的块度;爆后岩堆的大小;机械进入现场的运输条件;爆破时机械撤离和重新进入工作面的情况等。对于以上技术经济条件应综合分析,不能孤立地只考虑某一方面。

在一般情况下,正向铲挖掘机的适应性较强,但进出工地比较缓慢。轮胎式装载机则比较机动灵活。相同功率的正向铲挖掘机与装载机相比,装载机可铲装较大块度的石块,而且可以用较少的铲斗数量装满载重量相同的运输车辆,同时也可以自行铲运。挖掘机的优点是卸载高度较好。就经济性来讲,运距在30~40m以内采用推土机较好,40~60m用装载机自铲运较好,100m以上用挖掘配合自卸汽车较好。

四、爆破安全技术

爆破作业是一种技术性很强、危险性很大的施工,关系到工程的成败和施工安全。因此,在进行爆破作业时必须十分注意安全,除必须按照《公路工程施工安全技术规范》(JTG F90—2015)的有关规定操作外,还必须懂得和掌握有关的爆破安全技术,只有懂得了不安全因素产生的原因和应采取的预防措施才能做到防患于未然。

(一)外来电流的危害与预防

凡一切与专用起爆电流无关而流入电雷管或电爆网络中的电流均称为外来电流,当这种外来电流的强度达到某一数值时就可能引起电雷管的早爆。因此,为了保证爆破作业的安全,在进行电爆作业时,必须把外来电流的强度控制在允许的安全界限以内,即低于爆破安全规程中所规定的安全电流。在进行电爆破作业的准备工作时,应对流入爆区的外来电流强度进行检测,以决定应采取什么样的安全预防措施。

1.在爆破工地可能遇到的外来电流

在爆破工地可能遇到的外来电流主要包括:①由电爆引起的闪电和静电;②由于电气设备绝缘不好和接地不当而引起的大地杂散电流;③由发射机发射的高频射频电流;④由交变电磁场引起的感应电流;⑤由尘暴、雪暴及用压气输送炸药颗粒所引起的静电;⑥由不同金属和导电体的接触或分离时所产生的动电电流。

2.预防外来电流危害的措施

(1)及时收听当地的天气预报,同时要用宏观的方法观察气象变化。在雷雨季节进行露天爆破时宜采用非电起爆系统,不要采用电力起爆系统。

(2)当在露天爆区不得不采用电力起爆系统时,应在区内设立避雷针系统。

(3)如果正在装药连线时出现了雷电,应当立即停止作业,将全体施工人员撤离到安全地点。

(4)在雷电来临之前,宜将一切通往爆破区的导体(如电线和金属管道)暂时切断,以防止电流流入爆区。

(5)应尽量缩短爆破作业时间,争取在雷电来临之前完成起爆。

(6)对于杂散电流的预防,应在进行大规模爆破时采取局部停电或全部停电或采用抗杂散电流的电雷管或采用非电力起爆。

(7)对于静电的预防,可采用金属的装药器和金属的附属设备,以保证装药系统与大地之间具有一条电的通路或采用抗静电的电雷管。现场操作人员不宜穿化纤、毛与化纤混纺的衣服,特别是不要将毛衣与化纤衣服重叠穿着。

(8)对于射频电的预防,如果爆区附近有无线电发射机或发射台时,必须调查发射机的类型、功率和离爆区的位置,确定合理的安全距离。如果小于安全距离,则应放弃电气爆破而改用非电力起爆系统。

(9)金属炮棍、金属套管和任何导电的物体都不应当进入装有电雷管的炮孔内。

(二)爆破振动的预防

由爆破而引起的振动,常常会造成爆源附近的地面及地面上的一切物体产生颠簸和摇晃,凡是由爆破所引起的这种现象及其后果,称为爆破地震效应。当爆破振动达到一定的强度时,可能造成爆区周围建筑物和构筑物的影响,可以采取以下技术措施。

①大力推广多段微差起爆方法,工程实践充分证明起爆分段越多,爆破振动越小。

②合理选取微差起爆的间隔时间,保证爆破后的岩石能得到充分松动,消除产生夹制爆破的条件。

③为确保爆破不产生过大振动,合理选取爆破参数和单位炸药消耗量。

④为了防止爆破振动破坏露天的边坡,应大力推广预裂爆破。

⑤在露天深孔爆破施工中,防止采用过大的超深爆破,过大超深会增加爆破的振动。

(三)爆炸空气冲击波的预防

炸药爆炸所产生的空气冲击波是一种在空气中传播的压缩波。这种冲击波是由于裸露药包在空气中爆炸所产生的高压气体冲击压缩药包周围的空气而形成的,或者由于装填在炮眼、深孔和药室中的药包爆炸产生的高压气体,通过岩石中的裂缝或孔口泄露到大气中,冲击压缩周围的空气而形成的。这种空气冲击波具有比自由空气更高的压力,常常会造成爆破区附近建筑物的破坏、人身器官的损伤和心理反应。

为了减少爆炸空气冲击波的破坏作用,可以从两个方面采取有效措施:一是爆破中防止产生强烈的空气冲击波;二是利用各种条件来削弱已经产生的空气冲击波。具体的预防措施有以下几个方面。

①通过试验和设计计算合理确定爆破技术参数,避免采用过大的最小抵抗线,防止产生“冲天炮”。

②选择合理的微差起爆方案和微差间隔时间,保证爆破的岩石能充分松动,消除产生夹制爆破的条件。

③保证炮眼堵塞质量和采用反向起爆顺序,防止高压气体从炮孔中冲出,从而产生强烈的空气冲击波。

④对于露天爆破来说,除了采取以上措施以外,还应大力推广导爆管起爆法或电雷管起爆法,尽量不采用高能导爆索起爆。

⑤在破碎大块岩石时,尽量不采用裸露药包爆破法,而应采用浅孔爆破法。

⑥合理确定起爆的时间,在一般情况下最好不要在早晨、傍晚或雾天放炮。

(四)飞石和有毒气体

1.爆破飞石的预防

在露天场合下进行爆破时,特别是进行抛掷爆破和用裸露药包或炮眼药包进行大块破碎时,个别被破碎的岩石块可能飞到很远的地方,往往会造成人员、牲畜的伤亡和建筑物的损坏,这是爆破施工中非常突出的一种安全问题。

为了防止飞石的产生,在进行爆破设计和施工时,一定要根据爆破条件的变化合理确定单位炸药消耗量和爆破技术参数,保证炮孔的堵塞长度和堵塞质量。在邻近居民区和建筑物爆破时,一定安在爆破体上覆盖防护垫。在进行引爆前必须划出警戒范围,立好标志,并派专人负责警戒。在一般情况下,裸露药包、深孔爆破的安全距离不得小于400m,浅孔爆破、药壶爆破的安全距离不得小于200m。

2.有毒气体的预防

工业炸药不良的爆炸反应会生成一定量的一氧化碳和氧化氮。此外,在含硫矿床上进行爆破作业时,还可能出现硫化氢和二氧化硫。以上4种气体均是对人有害的毒性气体,凡是炸药爆炸以后均含有上述4种中的一种或多种气体,如果人吸入以上气体,轻则中毒,重则死亡,这是非常危险的。

为了防止炮烟中毒,在爆破施工中应采取以下几方面的措施。

①加强炸药的质量管理,按照有关规定妥善进行储存,定期检查炸药的质量,使爆破使用质量合格的炸药。

②在爆破设计中要根据炸药的组成和爆炸后物质的生成,选择产生毒气较少的炸药,在施工中不要使用过期变质的炸药。

③加强炸药的防水和防潮管理,施工中保证炮孔的堵塞质量,避免炸药爆炸后产生不完全的化学反应,从而生成更多的毒气。

④炸药爆炸后要加强通风,所有人员必须等到有毒气体稀释至爆破安全规程中允许的浓度以下时,才能返回工作面进行下一步工作。

⑤在进行露天爆破时,前一天应注意天气预报,了解爆破施工时的风向,所有人员应在上风方向。

(五)对于瞎炮的处理措施

主要包括以下几项。

①出现的瞎炮应由原装炮人员当班进行处理,如不能做到时原装炮人员在现场将装炮的详细情况介绍给处理人员。

②如果炮孔外的电线、导火索或导爆索,经过认真检查仍然完好者,可以重新起爆一次,然后再对未爆炮孔进行处理。

③由专业人员用木制或竹制工具将堵塞物轻轻掏出,再装入雷管或起爆药卷重新起爆。绝对不能拉动导火索或雷管脚线,也不允许掏动炸药内的雷管。

④如果采用的是硝铵炸药,可在清除炮孔中的部分堵塞物后向炮孔内进行灌水,使硝酸铵溶解,或用加压水冲洗。

⑤距原炮孔附近40cm(深孔不少于200cm)处打一平行于原炮孔的炮孔,然后在新炮孔中装药爆破,从而引起瞎炮的爆破,如果原炮孔的位置不清楚,或附近可能有其他瞎炮时不得采用这种方法。 eJdWLesN7IAHTQn0MZ62+8oVjPc6/yKgZyYyNC3NVAaA2uSHrloWF+mvj1nMZnIf

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