一种厚壁砖烟囱定向窗的爆破施工方法与流程

本发明属于工程爆破技术领域，特别涉及一种砖烟囱拆除爆破过程中定向窗的爆破施工方法。

背景技术：
随着我国工业化进程的高速发展，很多企业面临搬迁或设备更新换代，同时为了响应国家节能减排及绿色环保的政策，很多砖厂需要关闭，很多化工厂需要技术改造。这些工作中，将面临大量的砖烟囱的拆除问题。砖烟囱的拆除方法中，爆破拆除是一种快速安全的施工方法。砖烟囱爆破拆除与钢筋混凝土烟囱爆破拆除的技术区别：(1)钢筋混凝土烟囱比砖烟囱的强度更高、结构稳定性更好。(2)钢筋混凝土烟囱支撑部强度高，整体结构稳定，爆破拆除施工中容易达到定向倒塌目的，倒塌中心线偏离比较小。(3)砖烟囱支撑部强度低，材料比较偏脆性，材质不均匀，结构强度低，结构稳定性差。采用人工或机械拆除时安全事故比较频繁；采用爆破拆除时，经常由于设计施工方法不合理，造成倒塌方向严重偏离，酿成了不少悲剧发生。由于很多情况下，砖烟囱拆除爆破环境比较复杂，在砖烟囱爆破拆除过程中，需要保证砖烟囱倾倒方向的准确定向，否则后果不堪设想。定向窗是保证砖烟囱准确定向倾倒的技术关键之一，因此，定向窗的爆破设计施工方法无疑是砖烟囱爆破拆除中的一项最为重要的技术。在砖烟囱的拆除爆破施工中，传统开凿定向窗的方法中多采用凿岩机、破碎锤、风镐或人工开凿等方法，存在以下缺陷：1、采用凿岩机、破碎锤、风镐或人工开凿等方法，劳动强度大，工效低，经常发生两个定向窗不对称、超挖或欠挖等情况。2、旧砖烟囱的结构强度相对较低，采用破碎锤或其他大型设备进行定向窗开凿时，震动大，对烟囱的稳定性存在一定的影响。3、对于壁厚较大的砖烟囱，即壁厚在0.8m以上，甚至壁厚1.3m以上时，采用凿岩机、破碎锤、风镐或人工开凿等方法，是很难实现定向窗的高效和精确施工的。以上技术缺陷将导致如下安全问题：1、定向窗尖角的位置及角度就是砖烟囱拆除爆破倾倒方向控制的关键点，定向窗侧向偏移或定向窗角度的误差，在砖烟囱爆破倾倒过程中，对烟囱顶部偏移影响很大。比如，不考虑风力大小、风向等环境因素及其它技术因素的影响，对于50～80m高的砖烟囱，一个定向窗水平偏移1°，将导致砖烟囱顶部偏移约0.87～1.40m以上，烟囱倾倒落地影响范围就会扩大21.82m2～55.86m2以上。烟囱定向窗的高度误差，对烟囱倾倒落地范围的影响更大。2、定向窗保留部分的平滑及完整性直接影响烟囱倾倒时切口闭合的对称情况从而影响烟囱倾倒的方向。3、爆破切口形成的瞬间，定向窗部位将承担烟囱上部构件的压力和剪力，故左右两侧的承压能力必须相同，否则由于支撑能力的差异也将导致烟囱倾倒方向发生很大偏移，甚至导致倾倒方向的失控。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种厚壁砖烟囱定向窗的爆破施工方法，以解决针对以往厚壁砖烟囱拆除爆破工程施工的定向窗设计施工方法中存在高劳动强度、低工效、低施工精度、安全性差等技术问题。本发明的目的是通过下述技术方案实现：一种厚壁砖烟囱定向窗的爆破施工方法，开凿的定向窗为直角三角形ABC根据定向爆破拆除设计方案中对爆破切口的要求进行测量放样，将定向窗的规格尺寸和位置精密放样在烟囱外壁上，放样标注采用全站仪进行；通过全站仪自定向窗顶角A开始标注，包括定向窗顶点A、B、C及三角形的三条边AB、AC、BC；三角形ABC内靠近每条边预留保护层，三角形ABC预留保护层以后的剩余烟囱壁是三角形爆破区域A′B′C′；其特征是，利用风钻机在烟囱外壁的AB及AC上布孔、钻孔，在烟囱外壁的三角形爆破区域A′B′C′范围进行布孔、钻孔；钻孔包括爆破孔(炮孔)、导向空孔，对爆破孔装入炸药和雷管实施控制爆破，采用导向空孔导向、光面作用、不装药孔应力集中、增加自由面以及预留保留层，以保护定向窗ABC的最终结构面不受损伤；利用轻便机械清除爆松的砖块，剔除保护层，对三角形定向窗的底面和斜面分别磨平至AB和AC放样位置；所述定向窗的水平边AB与砖烟囱爆破设计的切口底面在同一水平上，定向窗的垂直边BC与烟囱中心线在同一垂直面上，AC在定向窗的边框斜面上，且该斜面与定向窗底面夹角按砖烟囱爆破设计要求为25～30°；沿着烟囱倾倒方向对称布置相等的两个直角三角形定向窗，每个定向窗的底边长度为0.8m～1.5d，d为烟囱壁厚度，单位：m。在直角三角形ABC的斜边AC和底边AB上设置的是导向空孔，垂直边BC不设爆破孔和导向空孔；在直角三角形A′B′C′的斜边A′C′和底边A′B′上是间隔设置爆破孔和导向空孔，垂直边B′C′上设置的是爆破孔；在直角三角形A′B′C′区域内，按纵向依次间隔排列设置有爆破孔、导向空孔，爆破孔和导向空孔在横向上交错排列。全站仪放样标记时，所有坐标均采用大地坐标系，点为不大于1.5mm粗彩色线的十字交点并于4cm外做标示，定向窗边界线为不大于4mm粗彩色线标注。保护层厚度为爆破孔直径的3～4倍。用全站仪放样标记时，A′B′与AB平行，B′C′与BC平行，A′C′与AC平行，A′B′与AB、B′C′与BC、A′C′与AC的距离均等于保护层厚度。利用风钻机在烟囱壁上的A′B′C′的边界及内部进行布孔、钻孔，钻孔包括爆破孔、导向空孔，钻孔孔径不大于爆破孔深度为烟囱壁厚的0.6～0.7倍，钻孔方向为径向水平方向。A′B′C′周边孔，即A′B′C′的边界A′B′、A′C′及B′C′上的布孔的钻孔孔距是A′B′C′区域内的钻孔孔距的1/2～2/3。在三角形爆破区域A′B′C′的边A′B′和A′C′上，在相邻两爆破孔之间中心联线的中部设置导向空孔；对于导向空孔与爆破孔之间的中心间距，按爆破孔的直径为参数来确定，取爆破孔直径的4～5倍。直角三角形ABC的斜边AC和底边AB上的导向空孔，其深度要钻透壁体，即孔深等于烟囱壁厚；孔距为孔径的2～3倍，钻孔方向为径向水平方向。对直角三角形A′B′C′的A′C′及A′B′边线的爆破孔起爆，应稍超前于中部爆破孔的起爆。各个爆破孔的装入炸药量计算步骤：①通过对烟囱定向爆破拆除设计方案中的爆破切口中部进行试爆，确定烟囱壁的爆破单耗q(kg/m3)；②计算定向窗的爆破区域A′B′C′中部的单个爆破孔的装药量Q单孔(kg/孔)，Q单孔＝qV，V为单个爆破孔设计爆破的烟囱壁的测量方量；③定向窗的爆破区域A′B′C′的周边孔采用隔孔装入雷管和炸药，其爆破孔的单孔装药量取步骤②所计算的单孔装药量的1/2～3/5。三角形爆破区域A′B′C′中的不装药孔设计处理方式有两种：①不装药孔的深度与爆破孔深度一致，孔深为烟囱壁厚的0.6～0.7倍；②不装药孔打穿烟囱壁，即钻孔深度等于烟囱壁厚。爆破孔采用电雷管或导爆管雷管，采用脉冲式起爆器或激发枪起爆。本发明的优点：采用控制爆破方法，利用空孔导向和光面作用，快速完成砖烟囱定向窗的施工，与机械人工施工方法相比，不仅具有劳动强度小、施工进度快、缩短施工工期、机械磨损小、人工费低、施工综合成本低，而且定向窗施工精确，保证定向窗以外的烟囱壁保留部分结构完整、无超挖、无欠挖现象，同时保证了砖烟囱拆除爆破之前砖烟囱的力学强度和稳定性，施工安全性高。附图说明图1为本发明的定向窗及爆破区域放样指导图。图2为本发明的定向窗爆破保护层厚度示意图。图3为本发明的钻孔(包括导向空孔和爆破孔)布置示意图。图4为本发明爆破孔装药结构示意图之一。图5为本发明的爆破孔装药结构示意图之二。图6为本发明的电起爆网路连接示意图。图7为本发明的非电起爆网路连接示意图。附图编号：δ是保护层厚度，A是重要部位，1是炸药，2是电雷管，3是烟囱外壁，4是雷管脚线，5是堵塞段，6是炮孔，7导爆管雷管，8、激发枪，9是脉冲式起爆器。具体实施方式一种厚壁砖烟囱定向窗的爆破设计施工方法，开凿的定向窗为直角三角形ABC，其具体步骤如下。1.根据爆破设计方案中对爆破切口的要求进行测量放样，将定向窗的规格尺寸和位置精密放样在砖烟囱外壁上，放样标注采用全站仪进行，通过全站仪自定向窗顶角开始逐点标注，包括标注定向窗的三个顶点和边界线，标注三角形爆破区域A′B′C′的三个顶点和边线。三角形定向窗ABC、三角形爆破区域A′B′C′及爆破作业保护层厚度δ如图1、图2所示。2.全站仪放样标记时，所有坐标均采用大地坐标系，点为不大于1.5mm粗彩色线的十字交点并于4cm外做标示，线用不大于4mm粗彩色线标注。3.在砖烟囱外壁的三角形爆破区域A′B′C′内进行布孔，采用不大于1.5mm粗彩色线的十字交点标示孔位中心，用YT24风钻机进行钻孔，钻头直径孔深为烟囱壁厚的0.60～0.70倍，钻孔的方向为径向的水平方向；中间孔的孔距取0.25～0.35m为宜，排距取孔距的0.8～1.0倍；周边孔的孔距取中间孔的1/2～2/3为宜。参见图3。4.在定向窗的外框边线AC及AB上连续布置空孔，孔距为孔径的2～3倍，孔深穿透烟囱壁，即孔深等于烟囱壁厚，钻孔方向为径向水平方向。参见图3。5.钻孔完毕，将孔内钻屑清理干净。6.对钻孔的孔距、深度和方向进行验收。7.试爆。在设计的爆破切口中间进行试爆，根据砖烟囱结构强度和试爆效果确定爆破单耗。8.根据试爆结果的爆破单耗计算三角形爆破区域A′B′C′中部的炮孔单孔装药量。其计算步骤：①通过对烟囱定向爆破拆除设计方案中的爆破切口中部进行试爆，确定烟囱壁的爆破单耗q(kg/m3)；②计算定向窗的爆破区域A′B′C′中部的单个炮孔的装药量Q单孔(kg/孔)，Q单孔＝qV，V为单个炮孔设计爆破的烟囱壁的测量方量；③定向窗的爆破区域A′B′C′的周边孔采用隔孔装入雷管和炸药，其爆破孔的单孔装药量取“步骤②”所计算的单孔装药量的1/2～3/5。边孔的单孔装药量取中部炮孔单孔装药量的0.5～0.6倍。9.安全校核。根据定向窗的爆破总装药量计算校核爆破作业产生的振动、冲击波等危害对周围建、构筑物及设施的影响。采用毫秒微差爆破，控制单段起爆炸药量。10.爆破器材的选择。炸药、雷管分别采用同厂同型号同批生产的产品，质量及性能符合国家有关标准。炸药选用条状二号岩石乳化炸药。雷管可以选用毫秒电雷管或毫秒导爆管雷管。采用电雷管时，炮孔装药结构见图4；采用导爆管雷管时，炮孔装药结构见图5。11.根据单孔装药量计算结果，对三角形爆破区域A′B′C′的边孔，隔孔装入炸药和雷管；对A′B′C′的中部的炮孔，装入炸药和雷管；对爆破孔的孔口用黄泥堵塞密实。爆破孔和空孔布置参照图3所示。12.对三角形爆破区域用竹笆遮盖，并用三圈粗铁线固定在烟囱壁上。竹笆遮盖防护范围比爆破区域每边扩大50cm以上。13.连接起爆网路。选用电雷管时，每个炮孔装入1发电雷管，雷管脚线采用大串联方式，用脉冲起爆器引爆，参见图6；选用导爆管雷管时，每个炮孔装入1发导爆管雷管，采用族联方式，用激发枪引爆，参见图7。14.安全警戒。根据爆破环境及爆破施工安全防护措施，依照爆破安全规程确定警戒范围。一般情况下，安全警戒范围半径200m。15.警戒完毕，起爆。16.爆后十五分钟进行安全检查。17.确认安全，解除警戒。18.用风镐对爆松的砖块进行清理。由于设置保护层及在三角形爆破区域A′B′C′的边A′B′和A′C′上的适当位置布设符合要求的空孔，起到“导向”和“光面”等有效的作用，使得爆破效果良好，同时保护了定向窗边框不受影响。由于在三角形定向窗的外框边线AC及AB上连续布置空孔，孔深钻透壁体，此举使得A′C′及A′B′的装药炮孔起爆时，爆破作用下的裂缝分别延伸至AC及AB位置上的空孔，由此对该区壁体可起到一定的疏解作用，使人工及机械处理A′C′与AC及A′B′与AB之间的壁体时比较方便，减小了劳动强度，提高了工效。19.用风镐对三角形定向窗ABC进行修整，用全站仪进行校核，有欠挖的，则用风镐修整。对定向窗的底边AB、斜边AC，特别是对定向角∠CAB，用轻型切割机等工具进行修整、磨平，直至符合设计要求。利用风钻机在烟囱外壁的AB及AC上布孔、钻孔；在烟囱外壁的三角形爆破区域A′B′C′范围进行布孔、钻孔，钻孔包括爆破孔(炮孔)、导向空孔，对爆破孔装入炸药和雷管实施控制爆破，采用空孔导向和光面作用、不装药孔应力集中和增加自由面、以及预留保留层保护定向窗ABC的最终结构面不受损伤的方法。本发明是应用光弹实验和工程实践效果解析最新成果：在三角形爆破区域A′B′C′的边A′B′和A′C′上，在相邻两炮孔之间中心联线的中部设置空孔时，当空孔左右两炮孔起爆后，中间空孔处裂纹是沿着相近炮孔的中心联线方向发展。在炮孔中心联线中点附近应力场将得以加强，而在炮孔中心联线两侧的应力场却相反被削弱，从而限制了裂纹向两侧边远区扩展。因此炮孔中心联线中点处的空孔形成应力集中，从而产生向炮孔方向扩展的的裂纹。这一裂纹的扩展缩短了炮孔间断裂面贯通时间，且使裂缝首先沿炮孔中心联线方向贯穿，同时又抑制了其它方向裂纹的扩展。因此在爆破孔附近加设合理间距的空孔，可取得良好的效果。对于空孔与爆破孔之间的中心间距，从实践效果的分析总结中获知，宜按爆破孔的直径为参数来确定，一般取爆破孔直径的4～5倍。所述的三角形爆破区域A′B′C′的边A′B′和A′C′上布设的空孔，起到“导向”和“光面”等有效的作用。定向窗在AC及AB外框边线上连续布置空孔，此举鉴于A′C′及A′B′的装药炮孔起爆时，爆破作用下的裂缝也会分别延伸至AC及AB位置上的空孔，由此对该区壁体(即保护层)可起到一定的疏解作用，将使人工及机械处理A′C′与AC及A′B′与AB之间的壁体时将比较方便，减小劳动强度，提高工效。所述的一种厚壁砖烟囱定向窗的爆破施工方法，开凿的直角三角形定向窗的定向角∠CAB的最佳取值范围是25～30°，三角形定向窗的三个面平整光滑，无裂缝。所述的一种厚壁砖烟囱定向窗的爆破施工方法，在烟囱壁厚较大、砖结构强度较高时，将必须在三角形爆破区域A′B′C′的中间布置足够多的空孔，用来为三角形爆破区域A′B′C′增加爆破自由面，有效提高三角形A′B′C′区域的爆破效果。所述的一种厚壁砖烟囱定向窗的爆破设计施工方法，使用电雷管时，采用大串联起爆网路，用脉冲式电起爆器起爆；使用导爆管雷管时，采用族联起爆网路，用激发枪起爆。图3、4、6、7中，空心圈代表空孔，实心圈代表爆破孔；虚线范围A，表示定向窗的顶角区域，是保证烟囱倾倒方向的定向控制的关键部位，是本关键技术的重中之重，必须保证施工精度，保证顶角的角度准确以及顶角两边不受损。图4中，表示采用电雷管起爆方式时的装药结构，采用条状二号岩石乳化炸药。图5中，表示采用导爆管雷管起爆方式时的装药结构，采用条状二号岩石乳化炸药。图6中，采用毫秒微差起爆，按实际安全需要采用两个或两个以上段别的毫秒电雷管。图7中，采用族联方式。孔外采用瞬发导爆管雷管接力，孔内采用毫秒导爆管雷管。每个爆破孔装入一发毫秒导爆管雷管，孔外瞬发导爆管雷管为传爆的接力雷管。按实际安全需要采用两个或两个以上段别的毫秒导爆管雷管实现延迟起爆。