價(jià)值工程優(yōu)化下預(yù)裂爆破方案探析

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摘要：以白云鐵礦靠界爆破工程為例，結(jié)合以往工作及方案優(yōu)化試驗(yàn)等基礎(chǔ)資料，系統(tǒng)全面地分析了價(jià)值工程在預(yù)裂爆破施工中的應(yīng)用；通過對(duì)預(yù)裂爆破施工優(yōu)化方案的各個(gè)功能因子及成本影響因素進(jìn)行綜合評(píng)分，計(jì)算出各個(gè)方案的價(jià)值系數(shù)，最終選擇出最有價(jià)值施工方案，并以此為藍(lán)圖為施工提供合理依據(jù)。

關(guān)鍵詞：價(jià)值工程；04評(píng)分法；露天礦；預(yù)裂爆破；方案優(yōu)化

目前，預(yù)裂爆破作為露天深孔周邊控制爆破的主要爆破技術(shù)，因其具有明顯的降震作用，已被廣泛采用。但存在施工較為粗放、方案不完善等問題，導(dǎo)致施工成本居高不下。基于爆破效果要求的不斷提高及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈的行業(yè)現(xiàn)狀，必須對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化。為實(shí)現(xiàn)提高作業(yè)價(jià)值這一目的，采用價(jià)值工程，力求以最低全壽命周期成本實(shí)現(xiàn)所求爆破效果。

1礦山概述

1）采場(chǎng)概述。目前白云鐵礦已經(jīng)入深部開采階段，主要揭露巖層為白云巖、云母片巖、板巖及煌斑巖脈等，巖體結(jié)構(gòu)主要為塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面結(jié)合程度一般，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體總體穩(wěn)定性一般。考慮到巖體結(jié)構(gòu)多樣性使方案對(duì)比可變因素較多的原因，針對(duì)白云巖組進(jìn)行方案對(duì)比，其他巖組可根據(jù)其巖體強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行類比分析。2）采場(chǎng)邊坡參數(shù)。采場(chǎng)目前開采水平臺(tái)階高度為14m，并段后臺(tái)階高度為28m；臺(tái)階坡面角為65°；安全平臺(tái)寬度為8m；清掃平臺(tái)寬度為18m；運(yùn)輸平臺(tái)寬度為26m，道路限坡≤8%；緩和坡段為60～80m。封閉圈標(biāo)高為1626m水平，目前開采最低水平1430m水平。

2預(yù)裂爆破

2.1預(yù)裂爆破的特點(diǎn)

1）對(duì)鉆孔精度要求比較高，預(yù)裂爆破的成敗60%取決于鉆孔質(zhì)量，40%取決于爆破技術(shù)水[1]而鉆孔質(zhì)量好壞取決于鉆機(jī)性能、施工中控制角度的措施和工人操作技術(shù)水平，在這3個(gè)因素中工人操作技術(shù)水平最為重要。2）鉆孔作業(yè)施工進(jìn)度的快慢直接取決于鉆孔設(shè)備的機(jī)械性能，還與工人操作技術(shù)水平有重要關(guān)聯(lián)。3）預(yù)裂孔進(jìn)行爆破施工作業(yè)時(shí)施工進(jìn)度較慢，機(jī)械化程度較低，對(duì)施工技術(shù)要求較高，因此爆破作業(yè)人員需有豐富施工經(jīng)驗(yàn)。4）預(yù)裂爆破是在處于夾制作用很大的情況下進(jìn)行爆破，震動(dòng)強(qiáng)度大，因此使保留巖體受某種影響在所難免，但一般不會(huì)對(duì)保留巖體產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p壞。預(yù)裂縫形成后會(huì)防止主爆區(qū)的破裂縫伸向保留區(qū)、減小主爆區(qū)對(duì)保留區(qū)的震動(dòng)影響。5）預(yù)裂爆破對(duì)保留巖體在水平向的損壞程度較小，但孔口以下數(shù)米巖層易受到一定破壞，應(yīng)通過孔中裝藥量及堵塞長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整。6）預(yù)裂爆破與圍巖巖體的完整性有一定關(guān)系。非均質(zhì)、破碎和多裂隙的巖層不利于預(yù)裂爆破。爆破施工作業(yè)前應(yīng)充分了解地質(zhì)狀況的基礎(chǔ)上及時(shí)調(diào)整預(yù)裂爆破參數(shù)。

2.2預(yù)裂爆破施工方案

采用120mm鉆孔，孔間距為1.3m，裝藥結(jié)構(gòu)采用不耦合均勻裝藥，填塞長(zhǎng)度為0.8m，線裝藥密度0.5kg/m。各爆破孔互為導(dǎo)向孔不設(shè)置空孔導(dǎo)向。預(yù)裂爆破質(zhì)量要求為：①裂縫必須貫穿，壁面上不應(yīng)殘留未爆落巖體；②相鄰孔間壁面的不平整度小于±15cm；③鉆孔角度偏差應(yīng)小于1°；④壁面應(yīng)殘留有炮孔孔壁痕跡，且應(yīng)小于原炮孔壁1/3~1/2；⑤殘留的半孔率，對(duì)于節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖體應(yīng)達(dá)到85%以上，對(duì)于節(jié)理裂隙較發(fā)育或發(fā)育的巖體，應(yīng)達(dá)到50%~85%；對(duì)于節(jié)理裂隙極發(fā)育的巖體，應(yīng)達(dá)到10%~50%。

3價(jià)值工程及方案優(yōu)化

3.1價(jià)值工程

1）在施工前對(duì)抽象功能進(jìn)行量化，通過價(jià)值工程理論將工程具體功能進(jìn)行詳細(xì)分解，把功能進(jìn)行量化，使得方案比選時(shí)綜合考慮作業(yè)各方面功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作業(yè)的必要功能[2]。2）價(jià)值工程將作業(yè)價(jià)值、功能和成本作為一個(gè)整體同時(shí)來考慮。在保證必要功能同時(shí)，以最小人力、物力、財(cái)力得以實(shí)現(xiàn)。3）價(jià)值工程在進(jìn)行功能分析同時(shí)，需將獲得功能途徑進(jìn)行分析論證，進(jìn)而可以改進(jìn)技術(shù)，減少施工管理的盲目性。4）價(jià)值工程可以整合先進(jìn)技術(shù)及先進(jìn)理論，利用成本指數(shù)對(duì)新技術(shù)新理論進(jìn)行評(píng)判。5）價(jià)值工程具有廣泛適用性，可推廣至任何施工行業(yè)，僅需根據(jù)行業(yè)不同對(duì)功能進(jìn)行重新定義。6）預(yù)裂爆破作為一種生產(chǎn)性項(xiàng)目，有一定的可重復(fù)性和周期性，可對(duì)以往爆破實(shí)例進(jìn)行分析進(jìn)而推進(jìn)下一步價(jià)值工程分析，進(jìn)而不斷提高項(xiàng)目?jī)r(jià)值。

3.2總體部署構(gòu)思及目標(biāo)

1）根據(jù)預(yù)裂爆破施工特點(diǎn)及價(jià)值工程理論，按照以下步驟進(jìn)行方案優(yōu)化：①確定目標(biāo)；②功能分析；③功能評(píng)價(jià)；④制定創(chuàng)新方案；⑤詳細(xì)評(píng)價(jià)；⑥確定最優(yōu)方案；⑦方案實(shí)施與進(jìn)一步方案分析。2）確定目標(biāo)。按照價(jià)值理論確定目標(biāo)分為工作對(duì)象的選擇和信息資料的搜集。

3.3功能分析

按照價(jià)值工程理論目標(biāo)分析主要工作為：功能定義、功能整理、功能評(píng)價(jià)。1）功能定義。對(duì)于施工行業(yè)，工程的功能即為施工可行性，而施工可行性具體表現(xiàn)在施工進(jìn)度、施工難易程度、施工質(zhì)量、施工安全及是否符合節(jié)能環(huán)保要求等方面。2）功能整理。工程的功能之間一般都是相互配合、相互聯(lián)系，但都在實(shí)現(xiàn)整體功能上發(fā)揮著各自作用[3]。因此用系統(tǒng)的觀點(diǎn)將已定義的功能加以整理以實(shí)現(xiàn)功能的系統(tǒng)化，以明確功能系統(tǒng)，從而為功能評(píng)價(jià)和方案構(gòu)思提供依據(jù)，功能系統(tǒng)圖如圖1。3）功能評(píng)價(jià)。功能評(píng)價(jià)主要是解決功能定量化的問題，以方便進(jìn)行分析。主要方法有01評(píng)分法、04評(píng)分法、DARE法，以04評(píng)分法為例進(jìn)行功能評(píng)價(jià)，各功能系數(shù)計(jì)算見表1。

3.4創(chuàng)新方案

利用頭腦風(fēng)暴法，旨在于降低實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的成本。集思廣益最終得到以下幾個(gè)優(yōu)選方案。1）優(yōu)化方案1。采用120mm鉆孔，孔間距為1.0m，裝藥結(jié)構(gòu)采用不耦合均勻裝藥，填塞長(zhǎng)度為1.0m，線裝藥密度采用0.65kg/m。爆破孔兩側(cè)分別設(shè)置空孔導(dǎo)向，即采用炮孔間隔裝藥的方式。2）優(yōu)化方案2。采用120mm鉆孔，孔間距為1.3m，裝藥結(jié)構(gòu)采用不耦合均勻裝藥，填塞長(zhǎng)度為1.0m，線裝藥密度采用0.57kg/m。預(yù)裂孔采用裝二隔一的方式進(jìn)行裝藥。3）優(yōu)化方案3。采用120mm鉆孔，孔間距為1.3m，裝藥結(jié)構(gòu)采用不耦合分段裝藥，減少上部裝藥，底部加強(qiáng)，加大填塞高度至2m并降低線裝藥密度至0.45kg/m。各爆破孔互為導(dǎo)向孔不設(shè)置空孔導(dǎo)向。4）優(yōu)化方案4。采用120mm鉆孔，孔間距為1.5m，裝藥結(jié)構(gòu)采用不耦合分段裝藥，減少上部裝藥，底部加強(qiáng)，加大填塞高度至2m，線裝藥密度為0.5kg/m。各爆破孔互為導(dǎo)向孔不設(shè)置空孔導(dǎo)向。5）優(yōu)化方案5。結(jié)合各優(yōu)化方案2及優(yōu)化方案3采用120mm鉆孔，孔間距為1.3m，裝藥結(jié)構(gòu)采用不耦合分段裝藥，減少上部裝藥，底部加強(qiáng)，加大填塞高度至2m，并降低線裝藥密度至0.5kg/m。預(yù)裂孔采用裝二隔一的方式進(jìn)行裝藥[4-7]。

3.5詳細(xì)評(píng)價(jià)

詳細(xì)評(píng)價(jià)按價(jià)值理論可分為以下幾步：①對(duì)方案的功能進(jìn)行評(píng)分；②進(jìn)行功能指數(shù)計(jì)算；③進(jìn)行成本指數(shù)的計(jì)算；④價(jià)值指數(shù)的計(jì)算。1）功能系統(tǒng)評(píng)分。根據(jù)功能系統(tǒng)圖邀請(qǐng)相關(guān)技術(shù)專家對(duì)預(yù)裂爆破原方案及5個(gè)優(yōu)化方案滿足功能程度進(jìn)行打分，功能評(píng)分表（10分制）見表2。2）功能指數(shù)計(jì)算。功能指數(shù)計(jì)算主要是將功能評(píng)分表及各功能系數(shù)計(jì)算表相結(jié)合。通過將專家對(duì)各功能評(píng)分與評(píng)分權(quán)重相結(jié)合的方式計(jì)算各方案的功能得分，功能指數(shù)Fi=i方案功能得分÷所有備有備選方案功能得分之和。功能系數(shù)計(jì)算表見表3。3）成本指數(shù)計(jì)算。成本指數(shù)評(píng)價(jià)對(duì)象的成本占全部評(píng)價(jià)對(duì)象成本之和的比例[8]。第i各備選方案的成本指數(shù)Ci＝第i個(gè)方案成本÷所有方案成本和。根據(jù)以往工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)，分別對(duì)6個(gè)備選方案進(jìn)行成本估算。原方案成本為1090元，優(yōu)化方案1成本為1182元，優(yōu)化方案2成本為965元，優(yōu)化方案3成本為1047元，優(yōu)化方案4成本為940元，優(yōu)化方案5成本為923元。各方案成本指數(shù)如下：①原方案成本指數(shù)CY=0.177；②優(yōu)化方案1成本指數(shù)C1=0.192；③優(yōu)化方案2成本指數(shù)C2=0.157；④優(yōu)化方案3成本指數(shù)C3=0.170；⑤優(yōu)化方案4成本指數(shù)C4=0.153；⑥優(yōu)化方案5成本指數(shù)C5=0.150。4）價(jià)值指數(shù)計(jì)算。功能指數(shù)代表實(shí)現(xiàn)功能大小，而成本指數(shù)反映為實(shí)現(xiàn)功能所花費(fèi)成本大小。價(jià)值工程理論以功能指數(shù)與成本指數(shù)的比值反映了單位成本所實(shí)現(xiàn)的價(jià)值。價(jià)值指數(shù)Vi＝第i個(gè)方案的功能指數(shù)÷第i個(gè)方案的價(jià)值指數(shù)。原方案VY、優(yōu)化方案1V1、優(yōu)化方案2V2、優(yōu)化方案3V3、優(yōu)化方案4V4、優(yōu)化方案5V5價(jià)值指數(shù)為0.82、0.77、1.10、0.92、1.16、1.33。將價(jià)值指數(shù)從高到低依次排序，V5＞V4＞V2＞V3＞VY＞V1。因此按照價(jià)值理論優(yōu)化方案5為最優(yōu)方案。

3.6方案實(shí)施與檢驗(yàn)

方案5對(duì)該礦山進(jìn)行了實(shí)施，較原方案改善了底部易出根底、坡面易出現(xiàn)掛幫及爆破口預(yù)裂面上部破碎的情況，優(yōu)化了爆破效果。成本方面較原方案減少成本15%以上，取得了良好效果。

4結(jié)語

價(jià)值工程理論體系對(duì)功能定義及功能的定量化在實(shí)踐中有很好的借鑒價(jià)值。將價(jià)值理論運(yùn)用到管理之中，不但可以減少施工的盲目性，加速施工技術(shù)創(chuàng)新，提高工程質(zhì)量還可取得更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。價(jià)值理論作為一門經(jīng)濟(jì)管理技術(shù)其具有一定的實(shí)踐性，它需要在施工前對(duì)工程各環(huán)節(jié)充分掌握，因此對(duì)工程經(jīng)驗(yàn)及管理經(jīng)驗(yàn)要求較高，需要不斷實(shí)踐加以將其靈活應(yīng)用。

作者:李喜明 李天 張志國 賈帥 李振民 單位:中勘冶金勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司