價值工程優化下預裂爆破方案探析

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摘要：以白云鐵礦靠界爆破工程為例，結合以往工作及方案優化試驗等基礎資料，系統全面地分析了價值工程在預裂爆破施工中的應用；通過對預裂爆破施工優化方案的各個功能因子及成本影響因素進行綜合評分，計算出各個方案的價值系數，最終選擇出最有價值施工方案，并以此為藍圖為施工提供合理依據。

關鍵詞：價值工程；04評分法；露天礦；預裂爆破；方案優化

目前，預裂爆破作為露天深孔周邊控制爆破的主要爆破技術，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競爭的日益激烈的行業現狀，必須對施工方案進行優化。為實現提高作業價值這一目的，采用價值工程，力求以最低全壽命周期成本實現所求爆破效果。

1礦山概述

1）采場概述。目前白云鐵礦已經入深部開采階段，主要揭露巖層為白云巖、云母片巖、板巖及煌斑巖脈等，巖體結構主要為塊狀結構、層狀結構，結構面結合程度一般，節理裂隙較發育，巖體總體穩定性一般。考慮到巖體結構多樣性使方案對比可變因素較多的原因，針對白云巖組進行方案對比，其他巖組可根據其巖體強度、結構特性進行類比分析。2）采場邊坡參數。采場目前開采水平臺階高度為14m，并段后臺階高度為28m；臺階坡面角為65°；安全平臺寬度為8m；清掃平臺寬度為18m；運輸平臺寬度為26m，道路限坡≤8%；緩和坡段為60～80m。封閉圈標高為1626m水平，目前開采最低水平1430m水平。

2預裂爆破

2.1預裂爆破的特點

1）對鉆孔精度要求比較高，預裂爆破的成敗60%取決于鉆孔質量，40%取決于爆破技術水[1]而鉆孔質量好壞取決于鉆機性能、施工中控制角度的措施和工人操作技術水平，在這3個因素中工人操作技術水平最為重要。2）鉆孔作業施工進度的快慢直接取決于鉆孔設備的機械性能，還與工人操作技術水平有重要關聯。3）預裂孔進行爆破施工作業時施工進度較慢，機械化程度較低，對施工技術要求較高，因此爆破作業人員需有豐富施工經驗。4）預裂爆破是在處于夾制作用很大的情況下進行爆破，震動強度大，因此使保留巖體受某種影響在所難免，但一般不會對保留巖體產生嚴重損壞。預裂縫形成后會防止主爆區的破裂縫伸向保留區、減小主爆區對保留區的震動影響。5）預裂爆破對保留巖體在水平向的損壞程度較小，但孔口以下數米巖層易受到一定破壞，應通過孔中裝藥量及堵塞長度進行調整。6）預裂爆破與圍巖巖體的完整性有一定關系。非均質、破碎和多裂隙的巖層不利于預裂爆破。爆破施工作業前應充分了解地質狀況的基礎上及時調整預裂爆破參數。

2.2預裂爆破施工方案

采用120mm鉆孔，孔間距為1.3m，裝藥結構采用不耦合均勻裝藥，填塞長度為0.8m，線裝藥密度0.5kg/m。各爆破孔互為導向孔不設置空孔導向。預裂爆破質量要求為：①裂縫必須貫穿，壁面上不應殘留未爆落巖體；②相鄰孔間壁面的不平整度小于±15cm；③鉆孔角度偏差應小于1°；④壁面應殘留有炮孔孔壁痕跡，且應小于原炮孔壁1/3~1/2；⑤殘留的半孔率，對于節理裂隙不發育的巖體應達到85%以上，對于節理裂隙較發育或發育的巖體，應達到50%~85%；對于節理裂隙極發育的巖體，應達到10%~50%。

3價值工程及方案優化

3.1價值工程

1）在施工前對抽象功能進行量化，通過價值工程理論將工程具體功能進行詳細分解，把功能進行量化，使得方案比選時綜合考慮作業各方面功能，進而實現作業的必要功能[2]。2）價值工程將作業價值、功能和成本作為一個整體同時來考慮。在保證必要功能同時，以最小人力、物力、財力得以實現。3）價值工程在進行功能分析同時，需將獲得功能途徑進行分析論證，進而可以改進技術，減少施工管理的盲目性。4）價值工程可以整合先進技術及先進理論，利用成本指數對新技術新理論進行評判。5）價值工程具有廣泛適用性，可推廣至任何施工行業，僅需根據行業不同對功能進行重新定義。6）預裂爆破作為一種生產性項目，有一定的可重復性和周期性，可對以往爆破實例進行分析進而推進下一步價值工程分析，進而不斷提高項目價值。

3.2總體部署構思及目標

1）根據預裂爆破施工特點及價值工程理論，按照以下步驟進行方案優化：①確定目標；②功能分析；③功能評價；④制定創新方案；⑤詳細評價；⑥確定最優方案；⑦方案實施與進一步方案分析。2）確定目標。按照價值理論確定目標分為工作對象的選擇和信息資料的搜集。

3.3功能分析

按照價值工程理論目標分析主要工作為：功能定義、功能整理、功能評價。1）功能定義。對于施工行業，工程的功能即為施工可行性，而施工可行性具體表現在施工進度、施工難易程度、施工質量、施工安全及是否符合節能環保要求等方面。2）功能整理。工程的功能之間一般都是相互配合、相互聯系，但都在實現整體功能上發揮著各自作用[3]。因此用系統的觀點將已定義的功能加以整理以實現功能的系統化，以明確功能系統，從而為功能評價和方案構思提供依據，功能系統圖如圖1。3）功能評價。功能評價主要是解決功能定量化的問題，以方便進行分析。主要方法有01評分法、04評分法、DARE法，以04評分法為例進行功能評價，各功能系數計算見表1。

3.4創新方案

利用頭腦風暴法，旨在于降低實現目標的成本。集思廣益最終得到以下幾個優選方案。1）優化方案1。采用120mm鉆孔，孔間距為1.0m，裝藥結構采用不耦合均勻裝藥，填塞長度為1.0m，線裝藥密度采用0.65kg/m。爆破孔兩側分別設置空孔導向，即采用炮孔間隔裝藥的方式。2）優化方案2。采用120mm鉆孔，孔間距為1.3m，裝藥結構采用不耦合均勻裝藥，填塞長度為1.0m，線裝藥密度采用0.57kg/m。預裂孔采用裝二隔一的方式進行裝藥。3）優化方案3。采用120mm鉆孔，孔間距為1.3m，裝藥結構采用不耦合分段裝藥，減少上部裝藥，底部加強，加大填塞高度至2m并降低線裝藥密度至0.45kg/m。各爆破孔互為導向孔不設置空孔導向。4）優化方案4。采用120mm鉆孔，孔間距為1.5m，裝藥結構采用不耦合分段裝藥，減少上部裝藥，底部加強，加大填塞高度至2m，線裝藥密度為0.5kg/m。各爆破孔互為導向孔不設置空孔導向。5）優化方案5。結合各優化方案2及優化方案3采用120mm鉆孔，孔間距為1.3m，裝藥結構采用不耦合分段裝藥，減少上部裝藥，底部加強，加大填塞高度至2m，并降低線裝藥密度至0.5kg/m。預裂孔采用裝二隔一的方式進行裝藥[4-7]。

3.5詳細評價

詳細評價按價值理論可分為以下幾步：①對方案的功能進行評分；②進行功能指數計算；③進行成本指數的計算；④價值指數的計算。1）功能系統評分。根據功能系統圖邀請相關技術專家對預裂爆破原方案及5個優化方案滿足功能程度進行打分，功能評分表（10分制）見表2。2）功能指數計算。功能指數計算主要是將功能評分表及各功能系數計算表相結合。通過將專家對各功能評分與評分權重相結合的方式計算各方案的功能得分，功能指數Fi=i方案功能得分÷所有備有備選方案功能得分之和。功能系數計算表見表3。3）成本指數計算。成本指數評價對象的成本占全部評價對象成本之和的比例[8]。第i各備選方案的成本指數Ci＝第i個方案成本÷所有方案成本和。根據以往工程實踐經驗及數據，分別對6個備選方案進行成本估算。原方案成本為1090元，優化方案1成本為1182元，優化方案2成本為965元，優化方案3成本為1047元，優化方案4成本為940元，優化方案5成本為923元。各方案成本指數如下：①原方案成本指數CY=0.177；②優化方案1成本指數C1=0.192；③優化方案2成本指數C2=0.157；④優化方案3成本指數C3=0.170；⑤優化方案4成本指數C4=0.153；⑥優化方案5成本指數C5=0.150。4）價值指數計算。功能指數代表實現功能大小，而成本指數反映為實現功能所花費成本大小。價值工程理論以功能指數與成本指數的比值反映了單位成本所實現的價值。價值指數Vi＝第i個方案的功能指數÷第i個方案的價值指數。原方案VY、優化方案1V1、優化方案2V2、優化方案3V3、優化方案4V4、優化方案5V5價值指數為0.82、0.77、1.10、0.92、1.16、1.33。將價值指數從高到低依次排序，V5＞V4＞V2＞V3＞VY＞V1。因此按照價值理論優化方案5為最優方案。

3.6方案實施與檢驗

方案5對該礦山進行了實施，較原方案改善了底部易出根底、坡面易出現掛幫及爆破口預裂面上部破碎的情況，優化了爆破效果。成本方面較原方案減少成本15%以上，取得了良好效果。

4結語

價值工程理論體系對功能定義及功能的定量化在實踐中有很好的借鑒價值。將價值理論運用到管理之中，不但可以減少施工的盲目性，加速施工技術創新，提高工程質量還可取得更高的經濟效益和社會效益。價值理論作為一門經濟管理技術其具有一定的實踐性，它需要在施工前對工程各環節充分掌握，因此對工程經驗及管理經驗要求較高，需要不斷實踐加以將其靈活應用。

作者:李喜明 李天 張志國 賈帥 李振民 單位:中勘冶金勘察設計研究院有限責任公司