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方 义
(安徽省地质矿产勘查局327地质队，合肥 230011)
随着城市化的发展，一些废弃的露天矿山周围土地陆续被开发，要求对这些废弃矿山进行场地平整和灾害治理。这些废弃矿山周边大多存在已建成的建(构)筑物，造成爆破环境复杂，一般采用机械破碎或静态破碎的方法进行施工。此法虽然安全可靠，但会导致工期滞后、施工成本增加，同时伴有大量的噪音，难以满足实际的需求。在实际施工中，当距离保护物较远时，一般使用深孔爆破，通过合理精细的控制，实现快速开挖的目的。当距离保护物太近时，一般使用浅孔爆破，可以通过开挖减振沟槽及实施预裂爆破来控制爆破振动危害。李金铸等[1]采用浅孔台阶爆破、二次爆破及桩孔爆破相结合的方案实施控制爆破，取得了理想的效果。李洪伟等[2]分别采用深孔和浅孔控制爆破技术，分段分区分台阶的爆破方法，通过现场振动监测反馈，对复杂环境的岩石爆破进行研究。欧玉峰等[3]使用普通毫秒导爆管雷管控制延时时间，采用柱状间隔装药，有效地控制了爆破飞石和爆破振动危害。曹祺等[4]研究了底部空气柱装药条件下的爆破振动控制。王丹丹等[5]通过在保护对象附近进行振动监测，证明电子雷管起爆网路爆破产生的最大振速小于导爆管网路爆破产生的振速。兰小平[6]通过实验研究了数码电子雷管逐孔起爆网路延时时间不能无限缩小,应大于某一个临界值。
本文结合某废弃矿区场地平整项目，采用浅孔控制爆破，通过使用数码电子雷管精准控制延时时间，实现孔内分层延时，逐孔起爆。同时对爆破作业面进行防护、布设减振孔控制爆破振动和爆破飞散物，取得了较好的效果，可为同类工程的施工提供一些参考。
1.1 工程概况
该项目占地约153亩，主要是对项目区域内山体进行爆破开挖及场地平整。施工区域内地层由灰质白云岩、白云质灰岩组成，青灰色，节理裂隙稍发育，山体陡峭。施工区域长约300 m，宽约270 m，最大开挖深度为30 m。东面有零星自建民房，距离开挖边界112 m；
南面有一居民小区，距开挖边界10 m；
西面为市区道路，道路边有高压线，距离开挖边界23 m；
北面为荒地。爆区周围环境特别复杂(见图1)。
1.2 难点分析
1)爆破区域距离小区最近处仅10 m，距离公路最近处仅23 m，故需控制爆破振动对保护物造成的影响。一般情况下爆破振动的控制标准，主要参照《爆破安全规程》中相关内容[7]，但对于多次爆破，还要考虑建(构)筑物的累计损伤作用[5]。故在实际中，对爆破振动的控制，应留有一定的余量，才能确保建构筑物的安全。
2)因距离小区最近处仅10 m，爆破飞散物很容易对小区造成危害，因此施工中须采用炮被覆盖方式进行防护。
综合考虑安全和工期，结合周围环境，所选爆破方案要能控制爆破振动、爆破飞散物，确保周围建(构)筑物、人员及设备安全。本着先易后难的原则，前期在远离保护物的位置进行爆破开挖，先中间后周边，开挖顺序如图2所示。在爆破区域内部地形较低处，开挖沟槽，并扩挖形成运输道路，形成3～4个工作面，沿工作面向后推进，为后续爆破创造条件。
在开挖到距离南面小区约15 m时，岩石异常坚硬，勘察报告显示，岩石层厚1.70～4.40 m，岩芯呈柱状，节理、裂隙不发育，饱和单轴抗压强度标准值为117.90 MPa。尝试使用大型破碎锤，结果每小时破碎石方不足0.1 m3，无法满足进度要求。实施预裂爆破时，只能实现2孔或3孔起爆，预裂效果不佳。在对情况综合分析之后，采用浅孔控制爆破方法，通过使用数码电子雷管来精准控制延时时间，实现孔内分层延时，逐孔起爆。同时对爆破作业面进行防护、布设减振孔控制爆破振动和爆破飞散物。
2.1 最大段装药量核算
最大段装药量一般用萨道夫斯基公式计算[7]：
式中：R为爆破振动安全允许距离，m；
Q为最大一段药量，kg ；
v为保护对象所在地安全允许质点振动速度，cm/s ；
不同的建(构)筑物，其质点振动安全允许速度不同，取一般民用建筑在浅孔爆破的频率下，最大允许振速为2.0～3.0 cm/s，这里考虑到极限情况，取其安全允许振速为v=2.0 cm/s。K、α为爆破质点到保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，根据现场情况，岩石为坚硬岩石，取K=160，α=1.6。根据实际保护物的结构特点，通过式(2)计算出爆源中心R为10、15 m处的一次最大段别装药量Q分别为0.27、0.91 kg。
2.2 浅孔爆破参数
爆破的挖深约在1～7 m之间，分层开挖。当挖深≤2 m时，一次爆破成型。当挖深为2～7 m时，分台阶爆破施工，台阶高度H=2 m。以2 m台阶为例，钻孔孔径为50 cm，炸药单耗为k=0.35 kg/m3，爆破主要参数如表1所示。
表1 距民房10 m处爆破参数
采用垂直钻孔方式，梅花型布孔，布孔方式如图3所示。
采用分层不耦合装药结构(炸药直径32 mm，炮孔直径50 mm)，每孔装药分3层，从上往下依次为，第1层装药量0.20 kg，第2层装药量0.25 kg，第3层装药量0.25 kg，中间用炮泥填塞30 cm，孔口填塞100 cm，孔底空气间隔20 cm。装药结构如图4所示。
普通毫秒延时导爆管雷管的延时精度不佳，前15段雷管延时误差范围达到10～120 ms，而数码电子雷管的延时精度达到1 ms。经研究证明，在延时爆破中，使用数码电子雷管产生的振动，要小于使用普通毫秒延时导爆管雷管产生的振动[5]。电子雷管网路一次性起爆，孔内雷管均在激发状态，无需考虑因延时导致的地表起爆网路损坏问题，但应考虑孔内激发后的雷管在前爆孔爆破造成的扰动下仍能保持延时精准，所以选择具有较强抗振性的数码电子雷管[9]。与普通延时雷管相比，数码电子雷管具有性能优良、操作便捷及安全性好，延时精度高等优点。
数码电子雷管延时时间可在0～16 000 ms内自由设置，因此利用数码电子雷管延时设置的任意性，对孔内各层装药的起爆时间进行延时，实现从上至下，逐层起爆。数码电子雷管的延时时间间隔的选取，对爆破效果的控制尤为重要。延时时间过小，不易形成新的自由面；
延时时间过大，先爆岩石抛掷后落下，阻碍后爆炮孔岩石的移动。根据相关研究，选取孔内分层延时为5 ms，孔间延时为5 ms，排间延时为47 ms[6]。
该爆破方法的特点是使各炮孔内的药包依次起爆，通过减小一次起爆药量, 来控制爆破振动对周边建(构)筑物的影响。起爆网路如图5所示。
2.3 减振措施
1)根据施工经验，孔底间隔空气柱装药方式对控制爆破振动有一定效果。孔底使用外径40 mm的PVC管做为空气柱。
2)采用不耦合装药结构，即利用炸药和孔壁间空隙以缓冲爆破能量，也可有效减少爆破振动。
3)对每次爆破进行爆破振动监测，实时校核爆破振动计算，摸清爆破振动在该地质环境下的传播规律，指导爆破施工。
4)在靠近小区及公路边缘布设2排减振孔，减振孔宽度大于保护物宽度，深度低于设计高程1 m，孔径115 cm，孔距30 cm，排距30 cm，交错型布孔。根据经验，双排减振孔可以有效减弱爆破振动的传播，减小爆破振动对小区内建(构)筑物的影响。
2.4 爆破飞散物防护措施
根据爆破安全规程，爆破飞散物的飞行距离计算为[7]
R=20Kn2W
式中：R为爆破飞石安全距离，m；
K为地形系数，一般取1.0～1.5，此处K取最大值1.5；
n为爆破作用指数，取0.7；
W为最小抵抗线，W=1 m；
经计算R=14.7 m。该值大于爆区距离小区的最短距离。为防止爆破飞散物对民房小区、市区道路造成影响，对距保护物60 m以内的爆破体进行直接防护。在起爆炮孔之上放置一些沙袋，空隙处用稻草捆(直径30 cm左右)铺满。在上面铺2层专用炮被(废旧矿用橡胶输送带，规格1.5 m×1.5 mm)，炮被排列紧凑，纵横交错，不留空隙。炮被之间用12号铁丝连接成整体，边坡外侧橡胶带要垂下。第2层炮被上面覆盖3层袋装黄土(见图6)，最上面覆盖建筑用安全网，以阻挡飞石溢出，所有的覆盖物超出爆破边缘3.0 m。
每次爆破40～60个孔，爆破后爆堆隆起，裂缝发育明显，反铲挖运的速度明显提升。每日开挖约200 m3石方，8天共完成1 200 m3开挖石方。在爆破实施过程中，爆破振动和爆破飞散物都得到了有效控制。经检查，小区内路面、墙体未见裂缝、脱落现象。起爆网路安全可靠，无盲炮产生。通过对爆区南面居民小区进行实时振动监测，每次爆破振动均满足控制要求，监测振动数据如表3所示。
表3 爆破振动监测数据
该项目表明使用浅孔控制爆破方法，通过使用数码电子雷管来精准控制延时时间，实现孔内分层延时、逐孔起爆对于在复杂环境下开挖坚硬岩石具有可行性。
数码电子雷管精确度高，安全可靠，在线检测方便。通过合理的设置延时时间，可以明显降低爆破振动；
爆破工作面覆盖沙袋和炮被，可以有效控制爆破振动和爆破飞散物；
地下岩石结构存在变化，导致同样的最大段别装药量的情况下，爆破振动速度出现差别。所以每次爆破均需要进行爆破振动监测，及时掌握岩石变化情况，调整爆破参数。
