Estrategias y métodos técnicos para mejorar las operaciones de perforación y voladura submarinas
Varias medidas teóricas y técnicas para mejorar la perforación y voladura submarina
1 Introducción
Es bien sabido que los proyectos de perforación y voladura submarina son más difíciles de construir debido a la existencia de una capa de agua bajo la superficie durante la construcción, lo que impide observar directamente la textura de la superficie de la roca, las grietas kársticas y otras condiciones estructurales, así como los efectos de las voladuras. El flujo adverso de los rápidos, las corrientes cruzadas y los vórtices en la zona de agua, así como el limo y la grava que cubren la superficie de la roca, dificultan la excavación de perforación y voladura submarina.
La explosión de explosivos es un fenómeno de reacción química de alta velocidad. La velocidad de detonación de los explosivos civiles comunes puede alcanzar los 3500-5000 m/s, acompañada de la generación de tensiones importantes, como ondas de choque aéreas, ondas de choque acuáticas y ondas sísmicas. Estas tensiones pueden amenazar y dañar la seguridad de personas, animales, barcos y edificios cerca del punto de explosión, por lo que se debe prestar la debida atención.
Existen dos características principales de los explosivos cuando explotan en el medio (roca). La primera es que, al explotar en la roca del barreno, producen una fuerza explosiva de alta temperatura, alta presión y alta velocidad que se expulsa en dirección a la línea de mínima resistencia del punto de explosión. Esta característica constituye la base teórica principal para calcular la cantidad de explosivos y la direccionalidad de la voladura. La segunda es que, tras la explosión en la roca, los explosivos producen círculos de compresión, círculos de lanzamiento, círculos de daño por aflojamiento y círculos de vibración por agrietamiento desde el interior hacia el exterior. Esta es la base teórica para calcular la cantidad de explosivos utilizados en los barrenos, su espaciamiento y el espaciamiento de las hileras.
2 Correcta selección de varios parámetros relacionados con el cálculo de la cantidad de explosivos en los barrenos en proyectos de perforación submarina y voladura de arrecifes
Desde la década de 1970, mi país ha introducido plataformas de perforación submarinas de fondo para la perforación y voladura de arrecifes. Dado que el impactador (combinación de martillo de impacto y broca) de la plataforma de perforación submarina siempre se ha colocado en la superficie y dentro de la roca, la pérdida de energía del impacto es mínima y el efecto de la perforación es muy alto. Por lo tanto, la perforación y voladura submarinas se ha convertido en el método de construcción más importante y eficiente para proyectos de voladura de arrecifes submarinos en vías fluviales.
En las Especificaciones Técnicas de Ingeniería de Transporte de Agua, la fórmula de cálculo para la carga de barrenos es:
La carga de la primera fila de barrenos Q=0,9baH.
La carga de la fila trasera de barrenos Q=q.baH.
En la fórmula anterior:
Q----carga del pozo de voladura (kg);
a----espaciamiento entre barrenos (m);
b----distanciamiento entre hileras de barrenos (m);
H. ----Espesor de la capa de roca de excavación diseñada, incluido el espesor del valor superprofundo calculado (m);
q. ----Consumo de explosivos de la unidad de voladura de arrecifes submarinos (kg/m3), que es un valor empírico, consulte la Tabla 2.3.2 de las Especificaciones Técnicas de Ingeniería de Transporte de Agua para su selección.
La fórmula de cálculo para la carga del barreno mencionada anteriormente se determina principalmente mediante el producto de la cantidad de piedra triturada después de la voladura, incluyendo el cálculo de la piedra triturada superprofunda, el consumo unitario de explosivo de piedra y el coeficiente empírico. La fórmula de cálculo es simple y clara, pero para que la carga del barreno se ajuste a la situación real y evite la acumulación de piedra residual y crestas de piedra en la zona de voladura debido a la carga del barreno, la excesiva aspereza de la piedra después de la voladura, que afecta la eficiencia de la excavación y la remoción de escoria, o la trituración excesiva de la piedra, que aumenta el costo del consumo de explosivo, es necesario seleccionar correctamente los siguientes parámetros relevantes.
2.1 Longitud del barreno L. Parámetros
En las Especificaciones, la elevación del fondo de los pozos submarinos debe ser la misma que la elevación del fondo de la misma fila de pozos, y la longitud de la carga debe ser de 2/3 a 4/5 de la profundidad del pozo. El valor más pequeño se utiliza para rocas blandas y el valor más grande para rocas duras. La cuestión clave aquí es si la carga calculada del barreno cumple con el requisito del parámetro de que la longitud de la carga es de 2/3 a 4/5 de la profundidad del barreno. En la práctica de la construcción de voladuras submarinas de arrecifes, la longitud de la carga del barreno suele ser mayor que el requisito de 2/3 a 4/5 de la profundidad del barreno porque el diámetro del barreno es demasiado pequeño o la relación entre el diámetro del explosivo cargado en línea y el diámetro del barreno es inferior a 0,80. Es decir, después de cargar el barreno, este no tiene suficiente espacio para la longitud de taponamiento, e incluso la profundidad del barreno no puede acomodar la carga calculada. Cuando la longitud de la carga del barreno es excesiva, suelen quedar piedras residuales y crestas de piedra en la zona de voladura, lo que resulta en una voladura incompleta. Para solucionar estos problemas, las principales medidas son aumentar adecuadamente el diámetro del barreno o mejorar la calidad del empaque del rollo de carga, reducir adecuadamente el grosor del bambú atado en el exterior del rollo o utilizar tubos de plástico duro como empaque para aumentar eficazmente el diámetro del paquete de carga, y que este tenga un diámetro ≥ 0,8 veces el diámetro del barreno.
2.2 Parámetros de la profundidad de perforación del pozo de voladura h
La profundidad de sobreperforación del barreno se refiere al valor de profundidad de sobreperforación por debajo del espesor de la roca excavada diseñada, incluyendo el valor de sobreprofundidad calculado (0,2 m para perforación terrestre y 0,4 m para perforación subacuática). Se determina formando el tamaño del embudo de voladura de diseño con base en el coeficiente empírico del diámetro del barreno, espaciamiento, espaciamiento de hileras y carga del barreno. El valor de profundidad de sobreperforación h de la "Specification" se selecciona como un parámetro de 1,0~1,5 m. Este parámetro tiene base teórica y factores empíricos, pero en la práctica de la construcción, cuando aparece la longitud de carga del barreno L. Cuando el valor es mayor que 2/3~4/5 del diámetro del barreno, el efecto de la voladura es generalmente pobre. Para resolver esta contradicción, se han intentado aumentar la profundidad de sobreperforación a 2,0~2,2, o incluso a 3~4 m, de modo que la carga del barreno aumente ciegamente la profundidad de sobreperforación. La práctica ha demostrado que no solo la roca del fondo está demasiado triturada, sino que los bloques de roca de la superficie son demasiado grandes, lo que dificulta la excavación y la eliminación de escoria, e incluso a menudo requiere una voladura secundaria, lo que conduce a un aumento significativo en el consumo unitario de explosivos y el costo de ingeniería de la voladura de arrecifes submarinos.
2.3 Ajuste del consumo de explosivos de la unidad y de parámetros como el espaciamiento de los barrenos y el espaciamiento de las filas para la voladura de arrecifes submarinos
Debido a la complejidad de los factores geológicos y topográficos, como la dureza, la estratificación, la textura, las grietas en la roca fundida y la profundidad del agua, entre otros, de las rocas submarinas, la medida más fiable y fundamental para obtener altos beneficios en proyectos de voladura de arrecifes submarinos es: antes de la construcción de voladuras y excavaciones a gran escala o en la fase inicial de la construcción, realizar pruebas de perforación, voladura, excavación y remoción de escoria en un área pequeña (100-600 metros cuadrados) de capas de piedra para comprobar a tiempo el efecto real tras la voladura. En caso de condiciones desfavorables, como una tosquedad excesiva de la escoria de piedra tras la voladura, una baja eficiencia de la excavación y remoción de escoria de la maquinaria, una voladura incompleta de losas y crestas de piedra residuales, un triturado excesivo de escoria de piedra tras la voladura y un consumo excesivo de explosivos, el espaciamiento, la distancia entre hileras, la profundidad de sobreperforación y el consumo de explosivos de los barrenos deben ajustarse adecuadamente según la situación real hasta obtener buenos beneficios tras la voladura.
3 Varias medidas técnicas para mejorar el efecto real de las explosiones submarinas en arrecifes
3.1 Posicionamiento de perforación
En el canal diseñado para la voladura submarina de arrecifes, la precisión en la ubicación de cada barreno es fundamental para evitar voladuras fallidas o repetidas. Según la experiencia, lo mejor es utilizar un mapa topográfico del canal a escala 1/100~1/300 y una estación total para localizar y planificar la perforación. No es adecuado utilizar un nivel ni una cinta métrica para medir la distancia de localización y planificación, a fin de garantizar que la ubicación del barreno esté a ≤0,2 m de la posición de diseño. Si la ubicación real del barreno se encuentra en una condición geológica adversa, como un barranco kárstico, y la perforación es imposible, la perforación también debe realizarse en un lugar apropiado cerca del lugar de perforación planificado.
3.2 Medidas para minimizar el número de voladuras
En proyectos de perforación y voladura a gran escala, las grietas en la roca límite tras cada perforación y voladura afectan en distintos grados la eficiencia de la perforación y la eliminación de escoria. Por ejemplo, en la perforación y voladura de dos piedras de cimentación de un muelle de varias decenas de metros cuadrados cada una en un muelle, la eficiencia de perforación y excavación fue extremadamente baja debido a las medidas inadecuadas de perforación de uno o dos pozos por vez para la voladura de múltiples capas en un área pequeña, y el período y el costo de construcción fueron más del doble de lo planeado. Por lo tanto, aumentar las medidas de carga y voladura del cableado y minimizar el número de voladuras a gran escala son medidas efectivas para mejorar la eficiencia del trabajo.
3.3 Medidas para mejorar la tasa de precisión de las voladuras a gran escala
3.3.1 Para evitar que se produzcan voladuras a ciegas de los paquetes de barrenos debido a problemas con la detonación cuantitativa de los detonadores y las conexiones de las líneas, además de comprobar estrictamente la detonación cuantitativa de los detonadores y las líneas de transmisión de energía antes de la voladura, la práctica ha demostrado que el intervalo entre los paquetes de carga de cada barreno se carga con al menos dos cordones detonantes detonantes, lo que constituye una de las medidas efectivas para mejorar la tasa de precisión de las voladuras de arrecifes submarinos.
3.3.2 Antes de cada voladura en un área extensa y múltiples pozos, se debe diseñar la red de voladuras. En este diseño, se deben considerar los materiales de los detonadores y cables detonadores, el método de conexión de las líneas y la impermeabilidad del paquete explosivo. Se debe realizar una prueba de simulación de voladuras para optimizar el diseño de la red a tiempo. Actualmente, al detonar una red de múltiples pozos, generalmente se conectan en paralelo múltiples cordones detonantes plásticos y luego se agrupan con detonadores eléctricos de 8 libras o de percusión para la detonación. Dado que se conectan en paralelo múltiples cordones detonantes plásticos, es difícil garantizar la precisión de la detonación con detonadores eléctricos. Para mejorar la precisión, se puede aumentar el número de detonadores eléctricos o añadir pequeños paquetes explosivos. Además, la red de voladuras más importante utiliza directamente cordones detonantes y otras medidas, como la conexión en paralelo o en serie con múltiples grupos de pozos para la detonación por percusión.
3.3.3 En la superficie del agua del área de voladura con patrones de flujo complejos, coloque la línea de red de voladura en la superficie del agua de varias boyas para facilitar la conexión e inspección de la red y evitar que la corriente rápida haga que el cable se desconecte y se niegue a explotar.
3.4 Medidas para el uso de la tecnología de granallado por microdiferencias
La tecnología de voladura por microdiferencia con un retraso de milisegundos para la carga de barrenos no solo reduce la cantidad de explosivos en la sección más grande (disparo) tanto como sea posible para reducir de manera efectiva la amenaza de ondas sísmicas y choque de agua a la seguridad de los edificios y barcos cercanos, sino también, cuando se lleva a cabo una voladura con retardo de microdiferencia en cada área grande de múltiples barrenos, las ondas sísmicas generadas por la voladura de cada barreno se escalonan para reducir la superposición de la tensión sísmica, lo que favorece la trituración de rocas y mejora la eficiencia de la eliminación mecánica de escoria.
4 Conclusión
La voladura de arrecifes submarinos es un proyecto especial de transporte acuático de gran envergadura. Durante la construcción, la implementación estricta y precisa de las Especificaciones Técnicas para la Ingeniería de Transporte Acuático es una garantía fundamental para obtener una ingeniería de proyecto de alta calidad y eficiencia. La aplicación específica de los diversos parámetros de cálculo y medidas técnicas de las Especificaciones, las pruebas a pequeña escala previas a la construcción o, en la práctica, el análisis y la corrección continuos según las diferentes condiciones, como la geología de ingeniería y los patrones hídricos de cada sitio, permiten obtener parámetros y medidas técnicas de gran valor.
