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【图书】《精细爆破》
发布时间:2016-04-22  点击数:

 

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作 者:谢先启

出版社: 华中科技大学出版社

出版时间: 2010-5-1

ISBN: 9787560959207

开本: 16开

定价: 100.00元

 

(一)精细爆破的概念

精细爆破,即通过定量化的爆破设计和精心的爆破施工,进行炸药爆炸能量释放与介质破碎、抛掷等过程的精密控制,既达到预定的爆破效果,又实现爆破有害效应的有效控制,最终实现安全可靠、绿色环保及经济合理的爆破作业。[1]

精细爆破的产生和发展是市场的需求,随着国民经济的腾飞、城市化进程的加快,工程爆破技术越来越发挥重要的作用。精细爆破的提出不仅是技术发展的必然结果,更是源于工程爆破市场的巨大需求。在土岩爆破领域,对精细爆破的需求更是日益增多,例如,在国家重大工程建设及西部大开发中,面临复杂地质条件下修建大型水电枢纽工程、长距离调水或交通隧道、高陡路堑边坡、大型矿山等艰巨任务,都涉及到精细爆破问题。

(二)精细爆破的含义

从精细爆破的定义可以看出,精细爆破秉承了传统控制爆破的理念,但与传统控制爆破有着明显的区别。精细爆破的目标与传统控制爆破一样,既要达到预期的破碎、压实、疏松和切割等爆破效果,又要将爆破破坏范围、建构筑物的倒塌方向、破碎块体的抛掷距离与堆积形状以及爆破地震波、空气冲击波、噪音和破碎物飞散等的危害控制在规定的限度之内,实现对爆破效果和爆破危害的双重控制。

与传统控制爆破相比,精细爆破在定量化的爆破研究、爆破设计、炸药爆炸能量释放和爆破作用过程控制、爆破效果的定量化评价等方面,均提出了更高的要求。

精细爆破更注重利用爆炸力学、岩石动力学、结构力学、材料力学和工程爆破等相关学科的最新研究成果并充分利用飞速发展的计算机技术,采用定量化爆破设计计算理论、方法和试验手段,对爆破方案和参数进行优化,实现对爆破效果及有害效应的控制。

精细爆破更注重根据爆破介质的力学特性、爆破条件及工程要求,依赖性能优良的爆破器材及先进可靠的起爆技术,辅以精心施工和严格管理,实现炸药爆炸能量释放、介质破碎、抛掷及堆积等过程的精密控制。

精细爆破不仅仅局限于传统控制爆破,其概念适用于土岩、拆除及特种爆破等工程爆破的方方面面,可见,精细爆破不是一种爆破方法,而是含义颇广的概念。

(三)精细爆破体系的组成

根据长江科学院在多个国家大型水电工程中的爆破实践,精细爆破应包含如下几个部分:(1)精确数值化的爆破技术研究;(2)定量化的工程爆破设计;(3)高精度高可靠性的爆破器材选型;(4)精细化的爆破施工技术;(5)精细化的施工管理方法;(6)定量化的爆破效果评价等内容。其核心是定量化和精细化。

(1) 精确数值化的爆破技术研究

随着爆炸力学、岩石动力学、工程力学和工程爆破技术等基础理论研究领域的不断进展,借助飞跃发展的计算机技术、爆破试验和测量技术,使得定量化的爆破技术研究成为可能。基于运动学和结构力学的基本理论,采用FEM、DDA、AEM和LS-DYNA等数值方法,已能对城市拆除爆破、土岩爆破、爆炸加工等进行较精确的预测和仿真,不再借助实体模型就可以实现对不同爆破方案的分析、比较和研究。此外,采用高速摄影及其三维数值分析系统,已经可以对爆破全过程实施数值化监测,可以定量化分析每一个破碎块体的运动过程和运动规律。

在土岩爆破方面,已经可以实现如下目的:(1)模拟爆破作用过程中裂纹的产生和发展;(2)预测爆破块度的组成和爆堆形态;(3)爆破效果的评价和参数的优化;(4)模拟和再现爆破过程。

(2)定量化的工程爆破设计

定量化的爆破研究和分析使定量化的爆破设计成为可能。一个完整的工程爆破设计包含爆破方案比较和选择,爆破参数确定,炮孔布置形式的确定,起爆网络设计。

定量化的爆破方案,包含开挖方式、开挖分区、开挖台阶高度、起爆方式、爆破规模等,通过数值优化分析,以定量化的方式给出。

定量化的爆破参数选择:主爆破孔爆破参数包括炸药单耗、炮孔间排距、密集系数、炮孔孔径、炸药药径、炮孔堵塞长度;预裂孔爆破参数主要包括线装药密度、炮孔间距、堵塞长度等,此外还包括施工预裂参数。在爆破参数的确定上,借助目前的数值分析和试验手段,已经基本摆脱以往凭经验确定的传统模式,精确定量化的选择目前已经成为现实。

精确化的起爆网路:传统的起爆系统,在设计方法上已经实现了定量化,但由于起爆器材的误差,无论是电起爆还是非电起爆,在实践中都很难满足精细化要求。近年来,高精度非电起爆系统和数码雷管起爆系统的成熟,才使精确化的起爆网络设计成为可能,高精度非电起爆系统和数码雷管起爆系统均可以达到精确毫秒级的起爆精度。

(3)高精度高可靠性的爆破器材选型

高精度非电雷管和数码雷管的研制成功,在控制结构倒塌过程、改善岩石破碎效果、实现抛掷堆积控制以及降低爆破振动效应等方面发挥了显著作用,基本实现了对爆破过程的精确控制。此外,适应不同岩性和爆破条件的高性能及性能可调控炸药、不同爆速导爆索、使得对炸药爆炸能量的释放、使用及转化过程的控制成为可能。例如性能可调控炸药的出现,为真正实现炸药与岩石阻抗相匹配创造了条件,从而可以大大提高炸药能量的利用率;低爆速导爆索研制的成功,大大降低了大理石等石材开采中的爆破损伤,从而可提高石材的开采率和利用率,可有效地节约资源。

这些爆破器材的进步,加强了对爆破作用过程的控制能力,使在施工中达到精细化的要求成为可能。

(4) 精细化的爆破施工技术

施工机械化和自动化水平的提高,为精细爆破施工提供了技术支撑,尤其是以3S技术(RS、GIS、GPS)为代表的信息技术在爆破工程中的应用,使得爆破工程测量放线、钻孔精度、装药堵塞等各项工序的精细程度大大提高。满足精细爆破要求的施工机械和施工技术,从施工层面为精细爆破提供了技术保障。例如,国外大型矿山采用的潜孔钻机或牙轮钻孔设备,携带GPS系统,可实现钻孔的自动定位;依靠钻机上装备的测量及控制系统,可实现钻孔过程孔向及倾角的自动调整及控制。又如在水电工程开挖爆破中,通过钻机改造,增加限位板,加装扶正器,根据岩性特点定制钻杆直径等技术手段,实现了满足精细爆破技术要求的施工设备。

施工工艺流程控制上,水电系统总结出的"爆破设计及审批→开挖区域大面找平→清面→测量放线→布孔→技术交底→打设插筋、钻机就位、固定→钻孔→清孔→钻孔质量检查→钻孔保护→装药→网路连接→网路检查→起爆→出渣→坡面清理→开挖边坡测量检测→爆破效果分析→下一循环"的工艺流程,有效控制了施工质量,为最终实现对爆破过程的精细控制起到了重要作用。

(5)精细化的施工管理方法

要实现对爆破过程的精确控制,离不开精细化的施工管理方法。施工管理方法包括建立规章制度和制定质量控制标准,质量控制标准包括爆破振动控制标准、声波波速衰减率标准、保留面的超欠挖和平整度和残孔率要求等

实施前的准备:包括从组织、技术、资源、进度、环保等管理环节的统筹安排。成立相应组织机构,对各自的职责进行明确分工,编制满足精细爆破要求的管理办法。

施工过程控制:严格按照设计施工,设置专职的工程爆破监理监督质量管理体系建立和运行情况,检查现场施工质量控制程序、环节、质量控制方法等是否到位,分析施工质量控制方面存在的问题,并在组织管理、技术工艺改进等方面提出具体措施和质量控制要求。例如水利水电工程正在实施的"一炮一总结"、"一梯段一预验收"、"一坝段一验收",及时对本梯坝段的经验教训进行总结,以引导改进下一梯段的施工。严格实行"三定"(定人、定机、定孔)、"三证"(准钻证、准装药证、准爆证)、"三次校钻"(0.2m、1.0m、2.0m)等各项制度等施工过程管理技术,都很好地贯彻了精细爆破的理念。

(6)精细化数值化的爆破效果评价等内容

爆破效果评价包括爆破振动的数值化监测,岩体爆破松弛深度的数值化测试、平整度和超欠挖检测、钻孔电视检测等数值化检测手段。爆破振动的数值化监测:例如目前具有国际先进水平的加拿大MiniMate Plus测振系统以及国内的EXP 3850爆破振动测试系统,都可以对爆破振动进行及时有效的数值分析。武汉岩海的RS-ST01C一体化数字超声仪,实现了爆破前后保留岩体松弛层深度的及时检测。武汉岩海企业生产的RS-DTV数字彩色钻孔电视摄像系统可以对保留岩体的内部质量进行数值化的分析。另外,残孔率、平整度和超欠挖检测…,提供了对爆破效果进行评估的定量化指标。

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