某料場(chǎng)安全高效爆破施工技術(shù)研究與應(yīng)用

王樹祥

(葛洲壩易普力四川爆破工程有限公司, 四川 康定市 626001)

0 引 言

長(zhǎng)河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi),是以單一發(fā)電為主的大型水庫電站,為大渡河干流水電梯級(jí)開發(fā)的第10級(jí)電站,工程區(qū)地處大渡河上游金湯河口以下約4～7 km河段上。大壩1679 m高程以下上游干砌塊石護(hù)坡石料全部由響水溝石料場(chǎng)供應(yīng)。響水溝石料場(chǎng)位于響水溝溝口,距壩址約3.5 km。地形形態(tài)為一山包,三面臨空,分布高程1545～1885 m,地形坡度40°～50°,總儲(chǔ)量為2148.9萬m3,工程施工存在以下難點(diǎn)：

(1)保證大量的上壩料供應(yīng)：開采強(qiáng)度高,月平均開采強(qiáng)度將達(dá)25.5萬 m3/月,高峰強(qiáng)度約56萬m3/月。

(2)石料粒徑控制嚴(yán)格,需要根據(jù)料源相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行級(jí)配料開采。

(3)地形險(xiǎn)峻,料場(chǎng)存在高邊坡,高邊坡安全管理難度大。

(4)料場(chǎng)緊鄰公路,爆破施工安全管理難度大。

從石料場(chǎng)安全、經(jīng)濟(jì)的臺(tái)階參數(shù)選擇,合理選擇配置鉆孔設(shè)備,不斷優(yōu)化爆破參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)和爆破網(wǎng)絡(luò),根據(jù)料源要求進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì),使得爆破效果、料石產(chǎn)量滿足筑壩需求,同時(shí)合理的邊坡穩(wěn)定控制爆破設(shè)計(jì)是確保石場(chǎng)永久邊坡長(zhǎng)期穩(wěn)定的關(guān)鍵。

1 關(guān)鍵施工方法

根據(jù)爆破成本構(gòu)成,建立石料場(chǎng)爆破成本模型：

式中,Ct為單位方量巖石爆破成本;Cd為鉆孔成本;Ce為炸藥成本;Cm為起爆器材成本;C0為人工和輔助材料成本。

根據(jù)爆破設(shè)計(jì)優(yōu)化原理看出,單位方量爆破的鉆孔進(jìn)尺,起爆器材消耗數(shù)量會(huì)隨臺(tái)階高度增加而減少,并且利于人工成本的控制?，F(xiàn)場(chǎng)節(jié)理裂隙發(fā)育不充分,巖石比較均勻穩(wěn)定,結(jié)合施工設(shè)備現(xiàn)狀,以臺(tái)階設(shè)計(jì)高度15 m進(jìn)行石料開采,受制于石料場(chǎng)開采邊界條件,前期石料需求量大,施工強(qiáng)度較高,為保證開采連續(xù)均衡協(xié)調(diào)地進(jìn)行,多個(gè)工作平臺(tái)同時(shí)作業(yè),保證設(shè)備資源合理配置,采用自上而下分臺(tái)階的順序進(jìn)行開采。

石料質(zhì)地堅(jiān)硬,松動(dòng)爆破開采滿足采裝設(shè)備施工需求。常規(guī)石料爆破采用深孔臺(tái)階爆破技術(shù),充分發(fā)揮深孔臺(tái)階爆破技術(shù)的優(yōu)越性,滿足料場(chǎng)開采質(zhì)量安全和進(jìn)度要求,為保證邊坡穩(wěn)定和美觀,邊坡采用預(yù)裂爆破技術(shù);大塊石料、級(jí)配石料采用控制爆破技術(shù),周邊環(huán)境復(fù)雜地段采用控制爆破技術(shù),以滿足料場(chǎng)開采不同部位、不同條件下的施工要求。

根據(jù)料場(chǎng)開采規(guī)模、施工特點(diǎn)選配高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)CM351中型鉆孔設(shè)備,可滿足料場(chǎng)大方量開采鉆孔施工能力要求。為控制爆破震動(dòng)和確保開采料質(zhì)量,爆破網(wǎng)絡(luò)采用微差爆破技術(shù)、逐孔起爆技術(shù)。

2 深孔梯段爆破設(shè)計(jì)

裝藥結(jié)構(gòu)主要采用連續(xù)耦合裝藥,巖性變化較大的特殊地段和特殊環(huán)境下可采用分段裝藥結(jié)構(gòu)。巖層爆破起爆雷管為高精度雷管時(shí),起爆藥包置于裝藥的底部,采用反向起爆。石料場(chǎng)開采的建筑材料類型主要有堆石料、過渡料、壩坡護(hù)坡塊石料等。按合同及砂石系統(tǒng)技術(shù)要求,堆石料最大粒徑小于100 cm,過渡料最大粒徑小于30 cm。爆破設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

為降低爆破震動(dòng),改善爆破效果,提高鏟裝效率,巖石爆破起爆網(wǎng)絡(luò)主要采用高精度導(dǎo)爆管雷管“逐孔爆破”技術(shù)?！爸鹂妆啤奔夹g(shù)的主要特點(diǎn)是各個(gè)炮孔都能按照爆破設(shè)計(jì)的延期時(shí)間順序起爆,為每個(gè)炮孔創(chuàng)造更多的自由面,爆破應(yīng)力波反射充分,同時(shí)充分利用炸藥能量的疊加,使巖石發(fā)生多次碰撞,最大程度地改善礦巖的破碎效果。高精度雷管由于其延時(shí)精度高,配合不同間隔時(shí)間的地表延期雷管,能方便地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的逐孔延時(shí)順序起爆,由于“逐孔爆破”能夠最大限度地把總裝藥量在時(shí)間和空間上分開。孔內(nèi)雷管采用400～500 ms,孔外孔間采用65,42 ms延時(shí)雷管,排間采用100,65 ms延時(shí)雷管。

在爆破震動(dòng)要求不是很嚴(yán)格的部位,可采用非電導(dǎo)爆管微差起爆網(wǎng)絡(luò),根據(jù)實(shí)際情況,可采用排間、波浪式、V型、梯形、對(duì)角線、等微差起爆順序,可采用非電導(dǎo)爆管接力網(wǎng)絡(luò)。

3 預(yù)裂爆破設(shè)計(jì)

因料場(chǎng)分臺(tái)階開采,存在永久高邊坡安全管理問題,為了保證邊坡平整、穩(wěn)定和美觀,確保開采安全順利進(jìn)行,預(yù)裂爆破被普遍認(rèn)為是解決邊坡穩(wěn)定性的有效措施,石料場(chǎng)永久邊坡采用預(yù)裂爆破技術(shù)。

預(yù)裂爆破是沿設(shè)計(jì)邊坡境界開挖面,鉆鑿一排間距較小的密集炮孔,每孔裝入少量炸藥,在開采區(qū)主炮孔爆破之前先起爆,從而使巖體沿預(yù)裂孔聯(lián)線形成一定寬度的裂縫,以此來隔離或降低主炮孔爆破產(chǎn)生的應(yīng)力波和地震波對(duì)邊坡的作用。同時(shí)由于預(yù)裂孔不耦合裝藥,預(yù)裂孔爆破對(duì)邊坡的影響程度和范圍大大減小,可以形成一個(gè)光滑平整的開挖邊界面,大大減少爆破次生裂隙和邊坡危石,從而提高邊坡的穩(wěn)定性。光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示。

表1 梯段爆破參數(shù)

圖1 預(yù)裂爆破裝藥結(jié)構(gòu)圖(孔深15.7 m)

鉆孔施工時(shí),鉆機(jī)必須按“對(duì)位準(zhǔn)、方向正、角度精”三要點(diǎn)安裝鉆機(jī),以控制鉆孔精度。炮孔裝藥前應(yīng)對(duì)全部炮孔進(jìn)行查驗(yàn),吹凈孔內(nèi)殘?jiān)头e水,排不干積水的炮孔,爆破器材應(yīng)有防水措施。嚴(yán)格按設(shè)計(jì)參數(shù)做好藥包加工,將藥卷與導(dǎo)爆索綁在一起再綁在竹片上,形成藥串。多人將加工好的藥包輕輕抬起,慢慢地放入孔內(nèi),使有竹片的一側(cè)靠近保留區(qū)的一側(cè),裝藥到位后,用編織袋、紙團(tuán)等松軟物質(zhì)蓋在藥柱上,然后用沙、巖粉等松散材料逐層堵塞搗實(shí)。嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接和檢查,導(dǎo)爆索網(wǎng)絡(luò)連接形式可采用搭接、扭結(jié)、水手結(jié)、T型結(jié)等形式。預(yù)裂爆破規(guī)模較大時(shí),可以采用分段起爆。

4 壩坡護(hù)坡塊石料爆破

根據(jù)料場(chǎng)石料供應(yīng)要求,需要一定量的干砌塊石料和干砌石護(hù)坡石料,采石場(chǎng)石料的飽和抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于60 MPa,粒徑為400～800 mm。為滿足塊石質(zhì)量要求,需采取特殊爆破控制措施,確保塊石質(zhì)量滿足工程需求。

(1)縮減孔排距,孔排距比正常爆破縮減1/3。

(2)采用不耦合裝藥、分段裝藥結(jié)構(gòu),以降低作用于炮孔壁的爆轟壓力,減小巖石爆破粉碎圈?，F(xiàn)場(chǎng)采用Ф140 mm鉆機(jī)鉆孔,Ф70 mm藥卷裝藥,并采用空氣間隔分段裝藥。

(3)減小爆破排數(shù),數(shù)量控制在1～2排,在條件允許下可采用排間起爆。

(4)適當(dāng)縮減炸藥單耗,將炸藥單耗縮減至0.30～0.40 kg/m3。

5 結(jié) 論

采用高臺(tái)階梯段爆破施工技術(shù),對(duì)爆破孔網(wǎng)參數(shù)靈活設(shè)計(jì),爆破開采的各類石料的數(shù)量、質(zhì)量可滿足電站大壩工程建設(shè)所需的石料。采用預(yù)裂控制爆破技術(shù),有效減小石料場(chǎng)的爆破震動(dòng),形成永久邊坡,利于場(chǎng)區(qū)邊坡穩(wěn)定。臨近公路爆破時(shí)采取控制爆破措施,對(duì)公路進(jìn)行交通管制,爆破后及時(shí)清理坡面危石和路面,有序推進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)工作。