价值工程优化下预裂爆破方案探析

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摘要：以白云铁矿靠界爆破工程为例，结合以往工作及方案优化试验等基础资料，系统全面地分析了价值工程在预裂爆破施工中的应用；通过对预裂爆破施工优化方案的各个功能因子及成本影响因素进行综合评分，计算出各个方案的价值系数，最终选择出最有价值施工方案，并以此为蓝图为施工提供合理依据。

关键词：价值工程；04评分法；露天矿；预裂爆破；方案优化

目前，预裂爆破作为露天深孔周边控制爆破的主要爆破技术，因其具有明显的降震作用，已被广泛采用。但存在施工较为粗放、方案不完善等问题，导致施工成本居高不下。基于爆破效果要求的不断提高及市场竞争的日益激烈的行业现状，必须对施工方案进行优化。为实现提高作业价值这一目的，采用价值工程，力求以最低全寿命周期成本实现所求爆破效果。

1矿山概述

1）采场概述。目前白云铁矿已经入深部开采阶段，主要揭露岩层为白云岩、云母片岩、板岩及煌斑岩脉等，岩体结构主要为块状结构、层状结构，结构面结合程度一般，节理裂隙较发育，岩体总体稳定性一般。考虑到岩体结构多样性使方案对比可变因素较多的原因，针对白云岩组进行方案对比，其他岩组可根据其岩体强度、结构特性进行类比分析。2）采场边坡参数。采场目前开采水平台阶高度为14m，并段后台阶高度为28m；台阶坡面角为65°；安全平台宽度为8m；清扫平台宽度为18m；运输平台宽度为26m，道路限坡≤8%；缓和坡段为60～80m。封闭圈标高为1626m水平，目前开采最低水平1430m水平。

2预裂爆破

2.1预裂爆破的特点

1）对钻孔精度要求比较高，预裂爆破的成败60%取决于钻孔质量，40%取决于爆破技术水[1]而钻孔质量好坏取决于钻机性能、施工中控制角度的措施和工人操作技术水平，在这3个因素中工人操作技术水平最为重要。2）钻孔作业施工进度的快慢直接取决于钻孔设备的机械性能，还与工人操作技术水平有重要关联。3）预裂孔进行爆破施工作业时施工进度较慢，机械化程度较低，对施工技术要求较高，因此爆破作业人员需有丰富施工经验。4）预裂爆破是在处于夹制作用很大的情况下进行爆破，震动强度大，因此使保留岩体受某种影响在所难免，但一般不会对保留岩体产生严重损坏。预裂缝形成后会防止主爆区的破裂缝伸向保留区、减小主爆区对保留区的震动影响。5）预裂爆破对保留岩体在水平向的损坏程度较小，但孔口以下数米岩层易受到一定破坏，应通过孔中装药量及堵塞长度进行调整。6）预裂爆破与围岩岩体的完整性有一定关系。非均质、破碎和多裂隙的岩层不利于预裂爆破。爆破施工作业前应充分了解地质状况的基础上及时调整预裂爆破参数。

2.2预裂爆破施工方案

采用120mm钻孔，孔间距为1.3m，装药结构采用不耦合均匀装药，填塞长度为0.8m，线装药密度0.5kg/m。各爆破孔互为导向孔不设置空孔导向。预裂爆破质量要求为：①裂缝必须贯穿，壁面上不应残留未爆落岩体；②相邻孔间壁面的不平整度小于±15cm；③钻孔角度偏差应小于1°；④壁面应残留有炮孔孔壁痕迹，且应小于原炮孔壁1/3~1/2；⑤残留的半孔率，对于节理裂隙不发育的岩体应达到85%以上，对于节理裂隙较发育或发育的岩体，应达到50%~85%；对于节理裂隙极发育的岩体，应达到10%~50%。

3价值工程及方案优化

3.1价值工程

1）在施工前对抽象功能进行量化，通过价值工程理论将工程具体功能进行详细分解，把功能进行量化，使得方案比选时综合考虑作业各方面功能，进而实现作业的必要功能[2]。2）价值工程将作业价值、功能和成本作为一个整体同时来考虑。在保证必要功能同时，以最小人力、物力、财力得以实现。3）价值工程在进行功能分析同时，需将获得功能途径进行分析论证，进而可以改进技术，减少施工管理的盲目性。4）价值工程可以整合先进技术及先进理论，利用成本指数对新技术新理论进行评判。5）价值工程具有广泛适用性，可推广至任何施工行业，仅需根据行业不同对功能进行重新定义。6）预裂爆破作为一种生产性项目，有一定的可重复性和周期性，可对以往爆破实例进行分析进而推进下一步价值工程分析，进而不断提高项目价值。

3.2总体部署构思及目标

1）根据预裂爆破施工特点及价值工程理论，按照以下步骤进行方案优化：①确定目标；②功能分析；③功能评价；④制定创新方案；⑤详细评价；⑥确定最优方案；⑦方案实施与进一步方案分析。2）确定目标。按照价值理论确定目标分为工作对象的选择和信息资料的搜集。

3.3功能分析

按照价值工程理论目标分析主要工作为：功能定义、功能整理、功能评价。1）功能定义。对于施工行业，工程的功能即为施工可行性，而施工可行性具体表现在施工进度、施工难易程度、施工质量、施工安全及是否符合节能环保要求等方面。2）功能整理。工程的功能之间一般都是相互配合、相互联系，但都在实现整体功能上发挥着各自作用[3]。因此用系统的观点将已定义的功能加以整理以实现功能的系统化，以明确功能系统，从而为功能评价和方案构思提供依据，功能系统图如图1。3）功能评价。功能评价主要是解决功能定量化的问题，以方便进行分析。主要方法有01评分法、04评分法、DARE法，以04评分法为例进行功能评价，各功能系数计算见表1。

3.4创新方案

利用头脑风暴法，旨在于降低实现目标的成本。集思广益最终得到以下几个优选方案。1）优化方案1。采用120mm钻孔，孔间距为1.0m，装药结构采用不耦合均匀装药，填塞长度为1.0m，线装药密度采用0.65kg/m。爆破孔两侧分别设置空孔导向，即采用炮孔间隔装药的方式。2）优化方案2。采用120mm钻孔，孔间距为1.3m，装药结构采用不耦合均匀装药，填塞长度为1.0m，线装药密度采用0.57kg/m。预裂孔采用装二隔一的方式进行装药。3）优化方案3。采用120mm钻孔，孔间距为1.3m，装药结构采用不耦合分段装药，减少上部装药，底部加强，加大填塞高度至2m并降低线装药密度至0.45kg/m。各爆破孔互为导向孔不设置空孔导向。4）优化方案4。采用120mm钻孔，孔间距为1.5m，装药结构采用不耦合分段装药，减少上部装药，底部加强，加大填塞高度至2m，线装药密度为0.5kg/m。各爆破孔互为导向孔不设置空孔导向。5）优化方案5。结合各优化方案2及优化方案3采用120mm钻孔，孔间距为1.3m，装药结构采用不耦合分段装药，减少上部装药，底部加强，加大填塞高度至2m，并降低线装药密度至0.5kg/m。预裂孔采用装二隔一的方式进行装药[4-7]。

3.5详细评价

详细评价按价值理论可分为以下几步：①对方案的功能进行评分；②进行功能指数计算；③进行成本指数的计算；④价值指数的计算。1）功能系统评分。根据功能系统图邀请相关技术专家对预裂爆破原方案及5个优化方案满足功能程度进行打分，功能评分表（10分制）见表2。2）功能指数计算。功能指数计算主要是将功能评分表及各功能系数计算表相结合。通过将专家对各功能评分与评分权重相结合的方式计算各方案的功能得分，功能指数Fi=i方案功能得分÷所有备有备选方案功能得分之和。功能系数计算表见表3。3）成本指数计算。成本指数评价对象的成本占全部评价对象成本之和的比例[8]。第i各备选方案的成本指数Ci＝第i个方案成本÷所有方案成本和。根据以往工程实践经验及数据，分别对6个备选方案进行成本估算。原方案成本为1090元，优化方案1成本为1182元，优化方案2成本为965元，优化方案3成本为1047元，优化方案4成本为940元，优化方案5成本为923元。各方案成本指数如下：①原方案成本指数CY=0.177；②优化方案1成本指数C1=0.192；③优化方案2成本指数C2=0.157；④优化方案3成本指数C3=0.170；⑤优化方案4成本指数C4=0.153；⑥优化方案5成本指数C5=0.150。4）价值指数计算。功能指数代表实现功能大小，而成本指数反映为实现功能所花费成本大小。价值工程理论以功能指数与成本指数的比值反映了单位成本所实现的价值。价值指数Vi＝第i个方案的功能指数÷第i个方案的价值指数。原方案VY、优化方案1V1、优化方案2V2、优化方案3V3、优化方案4V4、优化方案5V5价值指数为0.82、0.77、1.10、0.92、1.16、1.33。将价值指数从高到低依次排序，V5＞V4＞V2＞V3＞VY＞V1。因此按照价值理论优化方案5为最优方案。

3.6方案实施与检验

方案5对该矿山进行了实施，较原方案改善了底部易出根底、坡面易出现挂帮及爆破口预裂面上部破碎的情况，优化了爆破效果。成本方面较原方案减少成本15%以上，取得了良好效果。

4结语

价值工程理论体系对功能定义及功能的定量化在实践中有很好的借鉴价值。将价值理论运用到管理之中，不但可以减少施工的盲目性，加速施工技术创新，提高工程质量还可取得更高的经济效益和社会效益。价值理论作为一门经济管理技术其具有一定的实践性，它需要在施工前对工程各环节充分掌握，因此对工程经验及管理经验要求较高，需要不断实践加以将其灵活应用。

作者:李喜明 李天 张志国 贾帅 李振民 单位:中勘冶金勘察设计研究院有限责任公司