土石方工程中防止爆破飞石控制的技术措施

具书宇 冯海鹏 王泽刚

(中广核工程有限公司，广东深圳 518124)

爆破飞石是指在爆破作业过程中从爆破点抛掷到空中或沿地面抛掷的杂物、泥土、砂石等物质［1］。选择合适的临空面(作业区)、最小抵抗线、单耗、钻孔倾角、连接网络形式、堵塞长度、堵塞质量过程控制、联网检查、覆盖等措施，可有效降低或避免爆破意外事件的发生。

但由于现场地质条件变化和炮孔数量较多堵塞质量难以保证，以及实际操作与爆破设计有出入等原因，仍有个别飞石超过计算安全距离或飞石逸出砸破建筑物和设备情况出现［2］。

本文是通过对内陆某重点项目大型土石方场平工程爆破控制技术管理，结合获得的爆破飞石控制的若干经验，同时满足合理生产效率和安全防护要求的前提下，就产生飞石的原因和技术控制手段以及防护措施等方面进行探讨，为后续类似大型土石方项目爆破设计和飞石控制技术措施提供有益的参考。

1 工程项目概况

1.1 工程经济技术指标

本项目建设规划规模为4台机组，设计功率1239 MWE，本工程设计将一次规划、连续建设方式进行施工。其一期工程建设2台机组。单台机组的建造周期为52个月、设计寿命60年，项目总投资约610亿元人民币，而项目建成后每年可发电800亿kW·h。

1.2 施工现场位置简介

内陆某电厂项目厂址位于某水库中段北岸狮子岩上，地理坐标为东经114°41'00″、北纬29°40'50″。厂址区为低丘地貌区。最高丘顶标高为180.8 m，山脊呈长垄状，走向为北东—南西向，如图1所示。

1.3 周边环境介绍

图1 厂址总平面布置图及周边社会环境

本电厂厂址三面环山、一侧临水，并紧邻四个行政村和县扶贫办柑桔场。其厂址中心距离大部分在2 km以内，而5 km以内有一个乡镇和村庄，而工程建设期间需征地2338亩，临时租地910亩，需移民386户、1413人。

本工程厂址周围密布果园和林地以及农田，在建设前期因道路交通、厂区围栏等均未建立，且厂址北侧布置有混凝土搅拌站及砂石系统，而山脚下布置有沿延绵数千米的临时供水管线等设施，对前期清表作业和爆破施工管理带来了不少困扰。

在过去的两年施工期间，现场需不断开展爆破安全防护的周边关系协调工作，以推动工程顺利开展。现场主要推动解决征租地、施工过界赔偿、爆破震动对周边居民影响等问题。而现场施工推进中也能得到当地政府和百姓的理解和支持，各项工程开展较为顺利。

1.4 厂址场平工程简介

本工程场平开挖方量约为2111万m3，拟定开挖所得土石方全部用去厂区、施工区、厂区边坡和施工道路回填，回填量为2559万m3，挖方量乘以最终松散系数1.15，并考虑四台机组负挖余土，填挖基本平衡。场地平整根据工程分期实施的先后关系和各功能区用途，划分为八个场地平整区域，即:场平一区至场平八区，另设土石方动态平衡区，具体区域划分如图1所示。

2 地质条件

2.1 地层概况

内陆某项目厂址主要出露上白垩统～第三系地层及其上覆第四系土层，其周边还出露有寒武系、侏罗系、志留系和第四系地层。

2.2 不良地质作用

岩溶为厂址内的主要不良地质作用，主要发育于灰质砾岩中。根据工程地质测绘，测区内浅表层岩溶发育，主要的岩溶形式为溶沟、溶槽、溶蚀洼地、落水洞、岩溶泉等，如图2所示。

2.3 现场地质揭露

现场临边区域已形成多层次的开挖平台，最低已开挖至87.8 m(场平标高为88 m)，从现场开挖过程中地质揭露，顶部为粘土夹杂块石覆盖物，再向下挖土夹石、大孤石现象比较严重(见图3)，现阶段石夹泥、大孤石现象突出。

图2 98 m～110 m梯段地质情况

图3 88 m～98 m临边孤石群

3 爆破飞石控制距离计算及爆破设计

爆破飞石的飞散距离受地形、风向和风力、堵塞质量、爆破参数等影响;爆破飞石的安全距离应根据硐室爆破、非抛掷爆破、抛掷爆破等情况分别考虑［3］。

3.1 个别飞散物安全允许距离

《爆破安全规程》［4］要求的规定见表1。

表1 爆破个别飞散物对人员的安全允许距离［4］

3.2 爆破飞石的安全距离

硐室爆破飞石飞散距离经验［4］公式如下:

R=20Kn2W。

其中，Rf为爆破飞石安全距离，m;K为安全系数，与地形、风向等因素有关，一般取Kf=1.0～1.5;n为爆破作用指数;W为最小抵抗线，m。

场平工程爆破开挖施工中，应逐个药包进行计算，选取最大值为个别飞散物安全距离，并根据现场实际条件均选择合理的爆破参数，并采取有效的防护措施，较好的控制了爆破飞石对周边设施的影响。

3.3 个别飞散物安全允许距离的控制

在场平施工进入临边区域时，与北侧设备区(标高62 m)形成巨大的落差，其最大落差为76 m，最小落差为26 m(场平标高88 m)，如图4所示。根据《规程》要求沿山坡爆破时，下坡方向的个别飞散物安全允许距离应增大50%，如图5所示。

图4 138 m炮区（落差76 m）

图5 118 m炮区（落差56 m）

4 爆破飞石产生的原因

1)装药孔口堵塞质量较差、堵塞长度偏大或偏小时，使爆破后的破碎体和抛掷方向朝向孔口。

2)慎重对待断层、软弱带、张开裂隙、成组发育的节理、溶洞、采空区、覆盖层等地质构造，其岩体不均匀，爆破能量沿软弱夹层、断层、岩溶空洞等地质构造面溢出，在这些软弱部位产生飞石。需采取间隔堵塞，调整药量，避免过量装药等措施［5］。

3)严格测量验收(梯段高度)，避免单耗失控，是控制飞石危害的基础工作。

4)局部抵抗线太小，也会沿着该方向产生飞石。

5)因前排带炮(后冲)，造成后排最小抵抗线大小与方向失控。

5 爆破飞石的控制与防护

5.1 加强技术控制

优化爆破参数、慎重选择孔位、提高堵塞质量、装药时注意雷管段别、采用适宜的炸药和装药结构等方面措施进行技术控制。

5.2 加强防护措施

采取了部分措施后，虽可对爆破飞石起到一定的控制作用，但不可能完全杜绝飞石，因此，在某些情况下还必须采取防护措施。防护措施可分为以下两种类型。

5.2.1 主动防护

主要是用沙袋和柔韧性、弹性较好的材料(如:荆笆、竹笆、草袋、编织袋、草垫、旧胶带、旧车胎、金属网、钢骨架式的钢筋笼等)多层覆盖或满布炮孔区上方或侧面(需注意清除覆盖材料上及炮孔口石子等杂物)，有效拦阻爆破飞石的产生和逸出。故宜采用透气较好的轻型防护材料另加压重防护［6］，如图6，图7所示。

图6 爆破覆盖防护典型示意图

5.2.2 被动防护

在爆破警戒范围内可移动的设备，如:汽车、吊车、天泵、商品混凝土运输车、挖掘机等，在警戒时间段内必须撤离警戒区外;但爆区周边飞石飞散距离以内存在重要设施或不可移动的设备，如:皮带机、电机、计量磅等必须采用钢管架敷设竹跳板等被动防护措施。

图7 爆破区域实施四层覆盖主动防护

6 讨论

1)根据现场实际地形揭露状况，应采用“密集性布孔，增加炸药单耗，采用控制爆破技术，降低堵塞深度，选取合理的雷管段别”等措施。

该措施对爆破震动和飞石控制有明显的效果，但额外增加施工工序及设备、人工投入，效益低下，甚至可能影响其他作业区域的正常生产，因此，在实际操作中遇到了各方面的较大阻力。

2)在现场爆破覆盖施工过程中，时常发生覆盖材料移动或人员走动对爆破网络连接产生不利的影响，可能最终导致盲炮的出现。因此，在覆盖过程中对炮孔周边、导爆索和导爆管进行适当的保护，避免对网络连接失效或人为的破坏造成的爆破安全隐患出现。

3)爆区周边的被动防护区域，若不涉及人员安全(爆破区域已完全隔离)，可适当采取选择性的主动防护措施。如:道路、雨棚、仓库等临时设施或防护面较大的建筑物区域，采取主动防护措施的投入较大，其防护效果并不一定很好。

可根据爆破区域周边环境条件，适当取舍部分被动防护措施。引起的设施或建筑物的损坏部分，可在爆破结束后进行集中修复。但其前提必须是爆区警戒范围合理设置和人员清场、道路的防护与交通管制后，方可有条件选择部分被动防护措施的实施。

4)对于孤石群的爆破作业很难实施主动防护措施;由于爆破孤石分散、孔位较多，实际覆盖难度大等原因很难实施具体防护措施。特殊条件下的孤石爆破可采取防护棚形式进行飞石防护。

5)有交通干扰或不间断通行压力的作业区域将很难以实施主动防护时应采取被动防护，需采取相对经济、可行的被动防护系统，即采用刚性骨架结合柔性、弹性面层材料遮挡覆盖防护体，如图8所示。

6)周边近距离有建筑物或交通设施的爆破区域，对既有设施或需要控制山体滚石的爆破区域(爆破区域面积大，无法全部实施，可分阶段实施或选择性实施防护网)，必要时在爆破区域用钢结构框架配合柔性防护网(铁丝网)加竹夹板等措施进行封闭式防护，达到飞散物的拦截和初始速度的降低的作用，如图9所示。

图8 脚手架防护屏障

图9 防护棚（钢架、铁丝网、草垫、竹排）

7 结语

本工程爆破作业期间，在进行了严格的爆破区域的主动防护以后，爆破时在附近随机安排几次全程进行观察，均未发现有大量飞石的逸出。在爆后观察爆破区域的防护结构，铁丝网覆盖拦截效果明显，局部风化砂袋和竹跳板有翻动现象。但对周围设施、设备没有遭到飞石破坏，爆破覆盖效果达到了预期的目的。

鉴于本工程的临边石夹土区域爆破和收尾施工中优化爆破参数，大面积采取主动防护措施后，在几次爆破试验效果表明，整体防护效果良好。且爆破区域周边均为临时设施，工程实践证明:爆破施工期间并未产生重大的设施破坏或人员财产损失。

因此，经慎重考虑后决策为:仅采取了有限的选择性被动防护措施，至于爆破期间破损的临时设施，在整个土石方爆破工程完全结束后，另行安排了相关修复工作，整体实施结果较为经济实用。通过对爆破作业的技术控制和科学管理，降低不良地质条件对爆破施工的不利影响，确保场平土石方工程的爆破施工安全、质量、进度等各项目标的顺利实现，为后续类似大型土石方项目爆破设计和飞石控制技术措施提供有益的参考。

［1］任 翔，韦爱勇.爆破飞石的控制与防护［J］.采矿技术，2005(1)：46-47.

［2］杨宝全，卢 琦.控制爆破产生飞石的原因及其防治［J］.采矿技术，2003(4)：97-99.

［3］高文乐，毕卫国，张金泉，等.爆破飞石致人死亡案例分析［J］.爆破，2002(3)：7-10.

［4］GB 6722-2003，爆破安全规程［S］.

［5］张志呈.爆破原理与设计［M］.重庆：重庆大学出版社，1992.

［6］邹文明.孤石爆破飞石控制与防护［J］.西部探矿工程，2002(S1)：37-38.水利水电技术，2002(5)：10-11.