一种复杂地质条件下破碎岩石高陡边坡爆破施工方法

1.本发明属于爆破工程技术领域，具体涉及一种施工操作简单、成本低、爆破方量大及安全风险较低的复杂地质条件下破碎岩石高陡边坡爆破施工方法。


背景技术：

2.在铁路修建、高速公路隧道施工、煤炭开采、金属矿和非金属矿开采等露天、地下工程开挖建设中，大多数选择最经济及安全高效的钻爆法，合理的钻爆方式及优选的爆破参数是钻爆法施工的最核心的技术条件之一。在山区公路施工过程中常常会受到自然因素及人为因素的影响，如受到地形条件、水文地质、施工人员专业知识差、施工爆破方量大、交通运输困难、大雾天气较多及施工操作条件困难等不利条件，常规的钻爆法由于大型设备难以规模投入，使得山区公路的施工进度较为缓慢，延长了施工周期，造成人员及经济成本大大的提高，因此选择安全高效的施工方法对解决此类工程至关重要。
3.此外，在一些公路施工中，面对边坡高度较高、坡角较大、岩体上覆土层较厚、周围岩体发育、交通运输条件困难等造成地质条件较为复杂，常规施工会选择运用挖掘机等人工操作设备来对山体边坡进行开挖，往往容易造成大面积垮塌而出现挖掘机及人员被掩埋的现象，严重威胁施工人员的生命安全及导致施工方造成重大经济损失，同时也违背了“安全第一、预防为主、综合治理”的方针。特别是处于地质活动频繁、高海拔、气候恶劣等复杂地质条件下且坡高大于30m的岩石破碎高陡边坡，由于坡角较大且上覆土层较厚、地层岩石破碎，常规的机械剥离也只能使用小型设备，导致施工效率较低、施工操作困难，还存在滚落及坍塌的风险，使得施工人员及施工机械设备均存在较大的安全隐患。为此，现有技术中多采用爆破法进行高陡边坡的削坡，但现有的爆破法主要关注于减少炸药用量和增加爆破方量以降低爆破成本，而对于爆破面的成型质量较少关注，导致爆破后坡面发生碎石和坍塌的可能性增大，后期还要投入大量的人力、物力进行清理，而且也同样存在滚落及被掩埋的安全影响。因此，为了避免机械开挖导致人员伤亡及造成重大经济损失，以及提高爆破施工后的边坡质量，急需寻找一种施工技术来解决复杂地质条件下破碎岩石高陡边坡的可靠削坡。


技术实现要素：

4.根据现有技术中对上覆土层厚、岩体破碎的复杂地质条件下高陡边坡削坡存在危害人员安全及设备易被掩埋、爆破后坡面易发生碎石和坍塌风险的不足，提供一种施工操作简单、成本低、爆破方量大及安全风险较低的复杂地质条件下破碎岩石高陡边坡爆破施工方法。
5.本发明是这样实现的：包括调研分析、碎岩清除、钻孔、装药、爆破步骤，各步骤具体为：a、调研分析：测绘并分析边坡岩体的性质及边坡开裂的范围、深度，根据调研确定爆破范围及设计爆破孔和装药的参数；
b、碎岩清除：清除边坡待爆破范围内及周边悬吊的碎岩；c、钻孔：在待爆破边坡范围内放样出爆破孔的平面位置以及对应的定向点，然后根据放样进行手工掏孔或钻机钻孔形成小硐室爆破孔；d、装药：小硐室爆破孔查验合格后，按爆破设计自下而上依次装入炸药、柔性间隔物及填塞料，并在炸药中埋入起爆药卷及数码电子雷管；e、爆破：自下而上逐排爆破且各排装药逐孔起爆。
6.本发明的有益效果：1、本发明根据复杂地质条件下破碎岩石高陡边坡的特点，依次通过调研分析边坡情况以确定爆破范围及爆破参数，然后先清除悬吊的碎岩，随后根据爆破参数和边坡实际以手工掏孔或钻机钻孔的方式形成小硐室爆破孔，最后按爆破参数装药及爆破；从而能够将边坡大面积开裂的岩体全部炸开，并抛掷到坡下的悬崖下面，爆破后的边坡坡面较为平整，节约了后期清理的成本，而且爆破方量大，对于处理此类型高陡边坡具有较高的经济价值及实用性，可为公路、铁路破碎岩质边坡及露天矿山崩落围岩等工程施工提供有力依据。
7.2、本发明充分利用边坡覆土下岩体出现大量裂缝已经不稳固的情况，通过钻孔布局形成间隔排布的若干小硐室爆破孔，结合装药结构和爆破控制，从而使得小硐室爆破产生的巨大破坏振动效果和巨大下挫特性来处理边坡，不仅爆破方量大使得削坡效率高，而且可以显著减少机械设备的使用和爆破器材的用量，从而有效降低施工成本和安全风险；特别是能够将边坡的破碎岩体及悬挂的围岩全部炸开并抛掷到坡下的悬崖下面，爆破后边坡坡面较为平整，爆破后的坡面仅需少量乃至无需清理。
8.3、本发明的机械设备投入量少，而且小硐室爆破孔由于孔径小、深度浅，因此施工简单且对边坡的扰动较小，可减少乃至避免操作时设备和人员滚落和被掩埋的风险，并且小硐室爆破孔的炸药单耗较小及爆破方量大，可显著降低爆破成本。
9.综上所述，本发明具有炮孔布置简单、施工效率高、劳动强度低、施工成本和安全风险较低的特点。
附图说明
10.图1为本发明的小硐室爆破孔布置侧视图；图2为图1之a向视图；图3为本发明的小硐室爆破孔装药结构示意图；图4为本发明的铁锹结构示意图；图中：1-边坡坡面，2-破碎坡面，3-小硐室爆破孔，4-岩石乳化炸药，5-起爆药卷，6-粘性粒状炸药，7-柔性间隔物，8-填塞料，9-导爆管，10-锹把、11-锹头，12-勺子形结构。
具体实施方式
11.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所做的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。
12.如图1至4所示，本发明包括调研分析、碎岩清除、钻孔、装药、爆破步骤，各步骤具体为：a、调研分析：测绘并分析边坡岩体的性质及边坡开裂的范围、深度，根据调研确定
爆破范围及设计爆破孔和装药的参数；b、碎岩清除：清除边坡待爆破范围内及周边悬吊的碎岩；c、钻孔：在待爆破边坡范围内放样出爆破孔的平面位置以及对应的定向点，然后根据放样进行手工掏孔或钻机钻孔形成小硐室爆破孔；d、装药：小硐室爆破孔查验合格后，按爆破设计自下而上依次装入炸药、柔性间隔物及填塞料，并在炸药中埋入起爆药卷及数码电子雷管；e、爆破：自下而上逐排爆破且各排装药逐孔起爆。
13.所述a步骤中边坡岩体的普氏系数f为2～9且破碎岩体的埋深不大于1.5m、覆土层厚超过0.5m、坡度大于60
°
。
14.所述c步骤中小硐室爆破孔的深度为1.5～2.0m、孔径为30～50cm且孔间距为2.5～3.0m，各炮孔采用梅花形布孔且相互平行。
15.所述小硐室爆破孔的深度超过对应位置破碎岩体的最大埋深。
16.所述c步骤中钻孔得到的小硐室爆破孔轴线垂直于水平面或小硐室爆破孔轴线向边坡内侧倾斜0.5～5
°
，所述手工掏孔是采用锹头顶部锋利且根部设有勺子形结构的铁锹掘进。
17.所述c步骤中小硐室爆破孔的各孔偏斜率≤2%。
18.所述d步骤中的小硐室爆破孔底部装入一卷岩石乳化炸药并在其中埋设导爆管及起爆药卷，然后在岩石乳化炸药卷的上方填充粘性粒状炸药，随后用柔性间隔物填塞在粘性粒状炸药的顶部，最后用填塞料封口并捣实。
19.所述岩石乳化炸药的直径为145mm、药卷密度为0.95～1.30g/cm3、爆速为4000～4500m/s、猛度为15～17mm，所述粘性粒状炸药的炸药密度为0.8～1.0g/cm3、爆速不小于2800m/s、猛度不小于18，所述小硐室爆破孔中填充1.5~2.0袋粘性粒状炸药且每袋25
±
0.5kg。
20.所述岩石乳化炸药为1号岩石乳化炸药，所述粘性粒状炸药为ann-2型粘性粒状炸药。
21.所述填塞料由黄土、石膏及液体粘接剂混合搅拌而成，所述液体粘接剂为水性环保胶、淀粉粘合剂或橡胶溶液胶。
22.所述液体粘接剂为现有技术中的任意一种或至少两种混合的建筑胶水，如801建筑胶水、901建筑胶水、107建筑胶水、108建筑环保胶水、sbs树脂胶水。
23.所述柔性间隔物为相互叠合的2～3个编织袋、2～5层气泡缓冲膜或0.5～5cm的泡沫垫。
24.所述e步骤中同一排的各小硐室爆破孔自预爆破坡面横向范围的中部向两侧交错起爆或对称同时起爆，各小硐室爆破孔间延时4～6ms且排间延时4～50ms。
25.实施例1如图1至4所示，云南某高海拔露天矿地边坡具有落差大、上部岩石较为破碎易风化等特点，且已临近终了，该区域岩体结构主要由矽卡岩、角砾岩、灰岩、白云岩等组成，属于中等坚固和坚固状态，f=2～9，岩石的抗压强度为50～60mpa，岩体较为发育，由于前期预裂爆破时，对爆破参数设计时，没有按照标准设计，造成对边坡损伤较大、高炸药单耗产生的强振动使边坡围岩更加的破碎，特别是坡顶浮石较多。因此需要削坡，具体过程如下：
s100：测绘并分析边坡岩体的性质（f=2～9，岩石的抗压强度为50～60mpa）及边坡开裂的范围、深度，发现边坡体垮塌后出现大面积的开裂现象，且破碎围岩的埋深约1.3m、覆土层厚超过0.7m，则再次使用人工操作机械施工比较困难，根据调研确定爆破范围且设计共布置了10个爆破孔和装药的参数。
26.s200：用钢钎将待爆破边坡范围内及周边悬吊的碎岩清除。
27.s300：在待爆破边坡范围内放样出爆破孔的平面位置以及对应的定向点，然后根据放样采用锹头11顶部锋利且根部设有勺子形结构12的铁锹手工掏孔，形成孔径30cm、孔深1.5m、孔间距2.5m的10个梅花形布设且相互平行的小硐室爆破孔，并且各小硐室爆破孔的轴线垂直于水平面且各孔偏斜率≤2%。
28.s400：小硐室爆破孔查验合格后，首先清理其内的碎屑，然后按爆破设计自下而上依次装药：先将一卷直径145mm的1号岩石乳化炸药放入炮孔底部作为起爆药包，起爆药包插入一根数码电子雷管，然后将1.5袋ann-2型粘性粒状炸药（每袋25kg）倒入炮孔中，随后用2~3个编织袋填塞在粘性粒状炸药的顶端，接着将筛分好的定量黄泥、石膏及液体粘接剂加入定量的自来水均匀搅拌形成填塞料，最后用填塞料将小硐室爆破孔内的剩余部分填塞并捣实，完成装药。
29.表1 ann-2型粘性粒状炸药
30.表2 直径145mm的1号岩石乳化炸药性能参数表。
31.s500：爆破范围内的各小硐室爆破孔自下而上逐排爆破且各排装药逐孔起爆，其中同一排的各小硐室爆破孔自爆破坡面横向范围的中部向两侧交错起爆或对称同时起爆，各小硐室爆破孔间延时4ms且排间延时10ms，完成爆破作业。
32.爆破效果：爆破完成后，对边坡爆破效果进行分析总结，结果发现待爆边坡区域已被爆破完成，且爆破效果较好，爆破后预留边坡悬挂的围岩碎屑较少，小露天坑已被爆破后碎块充满，爆破后对周围围岩的损伤较小，达到了预期的设想效果。
33.实施例2如图1至4所示，西南地区某高原矿区处于基建前期，矿区的公路还没有修通，该地区属于高原地带，平均海拔在4000m以上，气候属于高原山地气候，特别干冷，为亚热带气候，地广人稀，物资缺乏，夏季较长时间高温多雨，矿产资源储量较大，主要有锌矿、铜矿及铁矿等矿产资源。该区域具有典型的安第斯山地貌特征，山高坡陡，地势险要，地形条件变化复杂，岩层上覆盖土层较厚，边坡较为松软、塌方严重，矿区昼夜气温变化较为明显，岩体经过长期冰雪冻融及热循环，使得岩体风化程度较大，较为破碎岩体中等完整，局部节理裂隙较发育，受石英脉体穿插岩体中，造成岩体内部结构破坏，岩石及岩体整体完整性差，该区域主要的岩石包括石英砂岩、钙质砂岩、泥灰岩、砂质泥岩、页岩、泥岩、碎屑岩及泥质砂岩等较为破碎的岩体，普氏系数f=2～6，属于相当软至相当坚固的岩石，对施工造成一定的影响，公路下方为v型山谷，前期用人工操作机械直接开挖，开挖会出现上层土发生大面积
垮塌，造成部分机械及人员被掩埋，同时未垮落部分悬挂许多浮石，若使用机械去施工有再次被掩埋的风险。因此需要采用爆破削坡，具体过程如下：s100：测绘并分析边坡岩体的性质（f=2～6）及边坡开裂的范围、深度，发现边坡体表层为较为破碎的岩体，且破碎围岩的埋深约1.7m、覆土层厚超过0.6m，根据调研确定爆破范围且设计共布置了10个爆破孔和装药的参数。
34.s200：用钢钎将待爆破边坡范围内及周边悬吊的碎岩清除。
35.s300：在待爆破边坡范围内放样出爆破孔的平面位置以及对应的定向点，然后根据放样采用锹头11顶部锋利且根部设有勺子形结构12的铁锹手工掏孔，形成孔径50cm、孔深2.0m、孔间距3.0m的10个梅花形布设且相互平行的小硐室爆破孔，并且各小硐室爆破孔的轴线垂直于水平面且各孔偏斜率≤1.5%。
36.s400：小硐室爆破孔查验合格后，首先清理其内的碎屑，然后按爆破设计自下而上依次装药：先将一卷直径145mm的1号岩石乳化炸药（如表1）放入炮孔底部作为起爆药包，起爆药包插入一根数码电子雷管，然后将2袋ann-2型粘性粒状炸药（如表2，每袋25kg）倒入炮孔中，随后用2~3个编织袋填塞在粘性粒状炸药的顶端，接着将筛分好的定量黄泥、石膏及液体粘接剂加入定量的自来水均匀搅拌形成填塞料，最后用填塞料将小硐室爆破孔内的剩余部分填塞并捣实，完成装药。
37.s500：爆破范围内的各小硐室爆破孔自下而上逐排爆破且各排装药逐孔起爆，其中同一排的各小硐室爆破孔自爆破坡面横向范围的中部向两侧交错起爆或对称同时起爆，各小硐室爆破孔间延时6ms且排间延时30ms，完成爆破作业。
38.爆破效果：爆破完成后，观测爆破效果，由于前期用机械开挖岩质边坡，造成部分垮塌，并形成一条较大的裂缝，可以发现采用小硐室爆破处理这种复杂破碎边坡，能够成功将被爆破区域内的岩土体完全爆破下来，并将被炸下来的土石全部抛掷到下方悬崖，且可以看出边坡坡面较为稳定、平整，坡面上悬挂的危岩数量几乎没有，用钢钎对危岩处理后，方可以采用挖掘机继续进行施工，总体上来说此次爆破施工已经达到了预想的效果，说明该方法在处理此类复杂岩质边坡爆破中具有一定的实用性、经济高效性。
39.以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种复杂地质条件下破碎岩石高陡边坡爆破施工方法，其特征在于包括调研分析、碎岩清除、钻孔、装药、爆破步骤，各步骤具体为：a、调研分析：测绘并分析边坡岩体的性质及边坡开裂的范围、深度，根据调研确定爆破范围及设计爆破孔和装药的参数；b、碎岩清除：清除边坡待爆破范围内及周边悬吊的碎岩；c、钻孔：在待爆破边坡范围内放样出爆破孔的平面位置以及对应的定向点，然后根据放样进行手工掏孔或钻机钻孔形成小硐室爆破孔；d、装药：小硐室爆破孔查验合格后，按爆破设计自下而上依次装入炸药、柔性间隔物及填塞料，并在炸药中埋入起爆药卷及数码电子雷管；e、爆破：自下而上逐排爆破且各排装药逐孔起爆。2.根据权利要求1所述复杂地质条件下破碎岩石高陡边坡爆破施工方法，其特征在于所述a步骤中边坡岩体的普氏系数f为2～9且破碎岩体的埋深不大于1.5m、覆土层厚超过0.5m、坡度大于60
°
。3.根据权利要求2所述复杂地质条件下破碎岩石高陡边坡爆破施工方法，其特征在于所述c步骤中小硐室爆破孔的深度为1.5～2.0m、孔径为30～50cm且孔间距为2.5～3.0m，各小硐室爆破孔采用梅花形布孔且相互平行。4.根据权利要求3所述复杂地质条件下破碎岩石高陡边坡爆破施工方法，其特征在于所述小硐室爆破孔的深度超过对应位置破碎岩体的最大埋深。5.根据权利要求3所述复杂地质条件下破碎岩石高陡边坡爆破施工方法，其特征在于所述c步骤中钻孔得到的小硐室爆破孔轴线垂直于水平面或小硐室爆破孔轴线向边坡内侧倾斜0.5～5
°
，所述手工掏孔是采用锹头顶部锋利且根部设有勺子结构的铁锹掘进。6.根据权利要求3、4或5所述复杂地质条件下破碎岩石高陡边坡爆破施工方法，其特征在于所述d步骤中的小硐室爆破孔底部装入一卷岩石乳化炸药并在其中埋设起爆药卷和数码电子雷管，然后在岩石乳化炸药卷的上方填充粘性粒状炸药，随后用柔性间隔物填塞在粘性粒状炸药的顶部，最后用填塞料封口并捣实。7.根据权利要求6所述复杂地质条件下破碎岩石高陡边坡爆破施工方法，其特征在于所述岩石乳化炸药的直径为145mm、药卷密度为0.95～1.30g/cm3、爆速为4000～4500m/s、猛度为15～17mm，所述粘性粒状炸药的炸药密度为0.8～1.0g/cm3、爆速不小于2800m/s、猛度不小于18，所述小硐室爆破孔中填充1.5~2.0袋粘性粒状炸药且每袋25
±
0.5kg。8.根据权利要求6所述复杂地质条件下破碎岩石高陡边坡爆破施工方法，其特征在于所述填塞料由黄土、石膏及液体粘接剂混合搅拌而成，所述液体粘接剂为水性环保胶、淀粉粘合剂或橡胶溶液胶。9.根据权利要求6所述复杂地质条件下破碎岩石高陡边坡爆破施工方法，其特征在于所述柔性间隔物为相互叠合的2～3个编织袋、2～5层气泡缓冲膜或0.5～5cm的泡沫垫。10.根据权利要求6所述复杂地质条件下破碎岩石高陡边坡爆破施工方法，其特征在于所述e步骤中同一排的各小硐室爆破孔自预爆破坡面横向范围的中部向两侧交错起爆或对称同时起爆，各小硐室爆破孔间延时4～6ms且排间延时4～50ms。

技术总结
本发明公开一种复杂地质条件下破碎岩石高陡边坡爆破施工方法，包括测绘并分析边坡岩体的性质及边坡开裂的范围、深度以设计爆破孔和装药参数；清除边坡悬吊的碎岩；在待爆破边坡范围内放样出爆破孔的平面位置以及对应的定向点，然后根据放样进行手工掏孔或钻机钻孔；爆破孔查验合格后，按爆破设计自下而上依次装入炸药、柔性间隔物及填塞料，并在炸药中埋入起爆药卷及数码电子雷管；自下而上逐排爆破且各排装药逐孔起爆。本发明能够减少边坡垮塌造成人员及机械被掩埋的风险，而且爆破成本低、施工操作简单，并且能消除高陡边坡的破碎岩体及悬挂围岩，爆破后边坡坡面较为平整，具有施工操作简单、成本低、爆破方量大及安全风险较低的特点。险较低的特点。险较低的特点。


技术研发人员：赵艳伟 侯方俊 毛国宾 李祥龙 顾迎春 胡正祥 王正雄 李清林 段应明 赵泽虎
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/8/24