蘇阿皮蒂項目輝綠巖開采爆破粒徑控制方法研究與應(yīng)用

許涇川，趙銘薈，朱躍華，齊曉亮

(中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 700024)

蘇阿皮蒂水利樞紐工程水庫總庫容74.89億m3，裝機容量450 MW，工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大(1)型，大壩為1級，發(fā)電廠房為2級。攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高120 m，壩頂高程215.5 m，壩軸線總長1 164 m?；炷量偭考s360萬m3，其中碾壓混凝土約300萬m3，常態(tài)混凝土約60萬m3。混凝土所需砂石骨料均來自母巖為輝綠巖的石料場。

1 石料場開采規(guī)劃

1.1 石料場概況

蘇阿皮蒂水利樞紐工程混凝土所用砂石骨料選用左岸下游石料場，位于壩址下游河流轉(zhuǎn)彎處的兩條沖溝之間。地貌上為低山丘陵區(qū)，自然坡度14°～20°，料場分布高程120～216 m。石料場儲量較豐富，無地下水出露，施工場地開闊，距壩址區(qū)直線距離約2.4 km，從壩址到石料場有土路相連，交通運輸方便。

石料場揭露分別為腐殖土、鐵帽層、粘土質(zhì)礫或含礫粘土、粉質(zhì)粘土或粘土、古生代輝綠巖、砂巖。

1.2 石料巖性

輝綠巖巖體微風化或新鮮，青灰色，輝綠結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分以輝石，長石為主，致密堅硬，具體輝綠巖實測密度及抗壓強度見表1。

表1 輝綠巖巖石物理力學指標表

1.3 石料開采規(guī)劃

本工程共需生產(chǎn)粗、細成品骨料937萬t，計算開采毛料約431萬m3(自然方)，根據(jù)料場勘探鉆孔資料確定SMK155 m為輝綠巖與砂巖的分界面，以此作為終采高程，開采最大高度為60 m，無用料剝離厚度為15～20 m，對應(yīng)無用層剝離量約370萬m3，剝采比0.86。毛料開采自上而下分層進行，分層高度按10～12 m控制，爆破孔梯段高度均為12～14 m。

2 石料開采初期情況

在石料場覆蓋層及無用料剝離完成后，進入石料開采初期階段。鉆爆方案為鉆孔設(shè)備采用D50高風壓鉆機，鉆頭直徑105 mm，擴孔系數(shù)1.1，孔徑115 mm，臺階高度10 m，考慮炮孔利用率，超深鉆孔2 m，孔深12 m，單耗藥量0.75 kg/m3，間距3 m，排距3 m，封堵3 m，耦合間隔2 m裝藥，藥卷為90 mm乳化炸藥，有效裝藥長度7 m，毫秒雷管分段起爆，最大單響藥量500 kg。實施后發(fā)現(xiàn)以下問題：①鉆孔效率低，鉆孔效率為45～60 m/臺班；②爆破規(guī)模小、頻率高，設(shè)備頻繁撤離工作區(qū)，設(shè)備有效工作時間少，毛料供應(yīng)無法滿足骨料加工需求；③爆破粒徑超標率約35%，且炸藥單耗大；④爆破沖擊破壞明顯，周邊巖體節(jié)理、裂隙和水平層面張開，對下一循環(huán)爆破影響較大。

3 優(yōu)化鉆爆設(shè)計

3.1 優(yōu)化鉆爆設(shè)計的思路

針對初期開采出現(xiàn)的問題，解決思路如下: ①調(diào)整鉆孔設(shè)備；②通過優(yōu)化爆破網(wǎng)絡(luò)，在控制最大單響藥量的條件下，擴大單次爆破規(guī)模，降低粒徑超標率，提高合格石料的供應(yīng)能力；③采用小直徑爆破孔，耦合連續(xù)裝藥；④從火工材料、鉆孔方向、炮孔間排距、微差起爆、單耗藥量等方面進行鉆爆參數(shù)優(yōu)化，提高開采效率；⑤周邊爆破孔采取緩沖爆破方式，以減免對周邊巖體的破壞。

3.2 鉆爆參數(shù)優(yōu)化

3.2.1 鉆孔優(yōu)化

輝綠巖巖性堅硬，最大抗壓強度達215 MPa。為實現(xiàn)石料場規(guī)?；_采，滿足毛料供應(yīng)強度，首先從爆破鉆孔上進行優(yōu)化：

采用大孔距、小排距布孔，以提高巖體爆破擠壓破碎能量，使巖體相互擠壓，形成二次破碎作用，擴大爆破漏斗角，形成爆破自由弧面，改善巖體受拉伸破壞條件。結(jié)合多次爆破試驗結(jié)果，確定爆破孔間距為3.5 m，排距為2.5 m。

因巖層層面近似水平狀的緩傾角，便于鉆孔控制，采用垂直鉆孔，鉆進速度快，控制難度小，爆破能量沿水平層面損失小，爆破能量利用率高，石料開采效果好。

根據(jù)不同鉆孔直徑爆破試驗結(jié)果，石料開采選用小直徑爆破孔，采用阿特拉斯T35液壓鉆造孔，鉆頭直徑89 mm，擴孔系數(shù)1.05，成孔直徑93 mm，鉆孔效率達到120～140 m/臺班，提高了鉆孔效率。

3.2.2 火工材料研究

石料場開采初期，火工材料采用國產(chǎn)，經(jīng)海運至幾內(nèi)亞，再陸運至工地現(xiàn)場。國內(nèi)采購的乳化炸藥保質(zhì)期12個月，采購+運輸時間最短為6個月，運至現(xiàn)場后有效期不足6個月，且海運船期不確定，加之幾內(nèi)亞氣候炎熱，炸藥出現(xiàn)過期現(xiàn)象。

經(jīng)市場調(diào)查，幾內(nèi)亞市場上有西班牙和法國火工材料銷售，但其價格是國產(chǎn)材料的3倍以上，分析認為從當?shù)夭少彸杀具^高。經(jīng)對西班牙MXAXM生產(chǎn)廠家調(diào)查，價格與國產(chǎn)材料基本相同，但炸藥的保質(zhì)期為24個月，且生產(chǎn)+運輸時間為3個月，這可以有效降低采購頻次，決定采購。西班牙采購的火工材料有卷裝水膠炸藥、袋裝硝銨炸藥、非電毫秒雷管、毫秒電雷管及導爆索(見圖1～圖4)。

圖1 水膠炸藥

圖2 非電毫秒雷管

圖3 導爆索

圖4 起爆電雷管

3.2.3 裝藥

根據(jù)爆破試驗成果，炸藥單耗調(diào)整為0.61 kg/m3，孔深14 m時，單孔藥量72 kg。采用藥卷直徑70 mm的水膠炸藥，藥卷長度50 cm，藥卷重量2.4 kg/節(jié)?？椎? m范圍耦合裝藥，裝10節(jié)水膠炸藥，裝藥時劃開HDPE——外包裝膜，延米裝藥8 kg；上部9 m，連續(xù)裝20節(jié)包裝完整的水膠炸藥，孔口封堵長度2 m。

在旱季開采施工中，采用硝銨炸藥，炸藥單耗0.53 kg/m3，孔深14 m時，單孔藥量65 kg，單孔孔底裝2節(jié)水膠炸藥，再全孔耦合裝藥2袋半硝銨炸藥，單袋重25 kg，孔口封堵長度1.5 m。水膠炸藥起引爆作用。

3.2.4 爆破網(wǎng)絡(luò)

爆破網(wǎng)絡(luò)采用微差爆破，前排孔爆破時產(chǎn)生的短裂隙有利于后排孔爆破時對孔間巖石的擠壓破碎，可提高破碎質(zhì)量。孔內(nèi)炸藥用導爆索至孔底起爆，保證孔內(nèi)炸藥完全起爆。爆破網(wǎng)絡(luò)采用微差非電毫秒雷管，以保證最大單響藥量不超過500 kg，同排間爆破孔用增加微差非電毫秒雷管延時間隔，控制最大單響藥量，一次起爆孔數(shù)不超過7個。

3.2.5 單次開采區(qū)優(yōu)化

良好的臨空面是保證爆破質(zhì)量的關(guān)鍵因素，單次爆破開采寬度合適，既可保證爆破質(zhì)量，又可為下一循環(huán)爆破創(chuàng)造良好的臨空面。根據(jù)爆破試驗選擇開采寬度在1.5～2倍的梯段高度，確定單次開采寬度為20～25 m。

3.2.6 增設(shè)緩沖孔保護后部巖體

開采初期爆破周邊孔未采取控制措施，致使后部巖體弱結(jié)構(gòu)面張開，在臨空面處易形成大塊。為保護下一循環(huán)臨空面的完整性，最后一排孔需要采取緩沖爆破控制措施。在開采區(qū)內(nèi)最后一排孔調(diào)整為排距2 m、孔間距1.5 m，采取不耦合連續(xù)裝藥，孔底2 m范圍加強2倍裝藥，藥卷直徑為32 mm水膠炸藥，不耦合系數(shù)2.25，單孔藥量為25 kg/孔。

在料場開挖輪廓線位置采用光面爆破，孔距1.2 m，底部加強裝藥，藥卷采用直徑32 mm水膠炸藥，間隔裝藥，線裝藥密度450 g/m。

4 骨料粗碎生產(chǎn)

本工程砂石骨料加工系統(tǒng)粗碎生產(chǎn)采用3臺C150顎式破碎機，經(jīng)石料場爆破優(yōu)化調(diào)整，具備規(guī)?；a(chǎn)能力，粒徑在50～400 mm的開采石料占比達到80%以上，采用45 t包頭自卸車運至粗碎料倉后，單車破碎時間由初期7 min/車降至3 min/車，粗碎生產(chǎn)能力得以顯著提高。

5 輝綠巖骨料開采粒徑控制效果

1)經(jīng)過爆破參數(shù)優(yōu)化，減小了鉆孔直徑，降低了鉆孔難度，增加了梯段爆破高度，節(jié)約鉆孔時間50%以上。

2)采用高梯段、大孔距、小排距爆破技術(shù)，增加了爆破石打石環(huán)節(jié)，降低了爆破粒徑的大塊率(粒徑≥80 cm)，根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計，大塊率從初期的40%降至3%～5%左右。

3)采用加深鉆孔，爆破后采層底面平整，無明顯殘留埂坎。增加緩沖孔，使后部巖體破壞得到有效控制，保留下個梯段臨空面處巖體基本完整。

4)使用帶連接塊的非電毫秒雷管，用連接塊連接爆破網(wǎng)絡(luò)，提高了爆破網(wǎng)路連接效率，進而提高了爆破作業(yè)效率。

5)旱季使用硝銨炸藥，降低了施工成本。

6)擴大了單次爆破規(guī)模，提高了月開采石料的供應(yīng)量。單次爆破規(guī)?？蛇_2～3萬m3/次，月石料供應(yīng)量達到21萬m3/月，且爆破粒徑控制較好，提高了粗碎生產(chǎn)能力，在2018年第四季度連續(xù)3個月石料供應(yīng)量突破25萬m3/月。

6 結(jié) 語

通過石料開采爆破粒徑控制實踐，對于硬度大、強度高的輝綠巖料場開采，采用小孔徑、耦合裝藥、大間距、小排距、梅花形布孔、微差起爆網(wǎng)絡(luò)等爆破技術(shù)，將爆破粒徑大塊率從40%降至3%～5%，既提高開采效率、降低開采成本，又提高砂石加工的粗碎生產(chǎn)能力。石料場經(jīng)過一年半開采，石料開采累計260萬m3，為主體混凝土施工提供了保障，且取得一定的經(jīng)濟效益，值得類似工程借鑒。