阿爾塔什大壩堆石料開采爆破試驗(yàn)研究

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程是葉爾羌河干流山區(qū)下游河段的控制性水利樞紐工程，是葉爾羌河干流梯級(jí)規(guī)劃中“兩庫十四級(jí)”的第十一個(gè)梯級(jí)，在保證向塔里木河生態(tài)供水和灌溉的前提下，滿足防洪、發(fā)電等綜合利用需要。

P1爆破料場位于上壩址上游左岸，距上壩址約1.7～2.5km，該石料場儲(chǔ)量豐富，儲(chǔ)量大于3600萬m3，用于大壩的堆石料和排水料。計(jì)劃開采高程范圍1914～1704m,計(jì)劃開采量約300萬m3。

2 試驗(yàn)實(shí)施概況

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

大壩壩體由多種料組成，各種料對(duì)級(jí)配的要求不同，而石料級(jí)配是保證壩體沉降量、壩體壓縮模量、變形模量符合設(shè)計(jì)要求的關(guān)鍵因素。為了探索不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境和料場邊坡穩(wěn)定造成破壞的開采合格料爆破參數(shù)，需要在主料場進(jìn)行爆破試驗(yàn)，爆破試驗(yàn)的目的如下：

a.確定合理的爆破參數(shù)，確保采用該爆破參數(shù)可以采出合格壩料；爆破參數(shù)主要包括梯段高度、底盤抵抗線、孔距、排距、炸藥單耗等。

b.確定合理的起爆網(wǎng)路。

c.確定合理的裝藥結(jié)構(gòu)。

d.使爆破飛石控制在合理的安全距離內(nèi)。

2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

a.各種鉆爆參數(shù)試驗(yàn)和起爆網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)。

b.爆破飛石的影響及控制。

c.顆粒篩分試驗(yàn)與分析，繪制級(jí)配曲線等。

3 爆破實(shí)驗(yàn)方案

3.1 地質(zhì)條件

料場山頂局部分布厚度3～15m的碎石土層及強(qiáng)風(fēng)化層，巖石巖性主要為中下石炭統(tǒng)的中厚層灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r，弱風(fēng)化巖體巖石干密度2.69～2.79g/cm3，飽和抗壓強(qiáng)度42.4～69.2MPa，軟化系數(shù)0.60～0.71，屬中硬-堅(jiān)硬巖。巖體單層厚0.2～0.5m，巖層產(chǎn)狀330°～350°SW∠71°；料場區(qū)無大斷層分布，但巖體裂隙發(fā)育，完整性差。本次爆破試驗(yàn)分三個(gè)區(qū)域進(jìn)行，均在1860m高程，第一次爆破區(qū)域巖石堅(jiān)硬，第二、三次區(qū)域巖石中硬[1]。

3.2 炸藥選類

本次爆破試驗(yàn)炸藥采用的是2號(hào)φ80巖石乳化炸藥和膨化硝銨炸藥。乳化炸藥藥卷較軟，裝入炮孔后易裂開，造成底部集中裝藥，形成耦合裝藥，很難實(shí)現(xiàn)不耦合裝藥。膨化硝銨炸藥使用方便，由于是粉末狀，裝藥結(jié)構(gòu)為耦合裝藥；在有風(fēng)的天氣，容易揚(yáng)塵，裝藥不太方便，有雨的天氣不能使用。

3.3 鉆孔設(shè)備

本次爆破試驗(yàn)及后續(xù)石料爆破開采的鉆孔設(shè)備均采用河北宣化CM351型風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)，配備阿爾曼750空壓機(jī)，這種配備日均鉆孔進(jìn)尺基本能滿足施工要求。

3.4 孔網(wǎng)布置

通過爆破試驗(yàn)可以知道，梅花形布孔和矩形布孔均可用于本料場，但矩形布孔一定要采用“V”形起爆網(wǎng)路。孔網(wǎng)參數(shù)為孔間距a=4～5m，排間距b=3～4m；單孔負(fù)擔(dān)面積為15～16m2(孔徑115mm)。

3.5 臺(tái)階高度及超深

本次爆破試驗(yàn)的實(shí)際臺(tái)階高度為13～15m,試驗(yàn)結(jié)果表明，較高的臺(tái)階高度對(duì)爆破效果和延米爆破量都產(chǎn)生了較好的影響。但是，臺(tái)階高度受鉆孔設(shè)備、孔排距、炸藥及起爆器材的限制，條件允許時(shí)可以采用較高的臺(tái)階高度，本料場的臺(tái)階高度參照規(guī)劃設(shè)計(jì)為15m。超深一般為抵抗線的0.15～0.35倍，抵抗線為3～4m，超深為0.45～1.4m。本料場由于臺(tái)階高度較高，實(shí)際超深取1.5m。

3.6 裝藥結(jié)構(gòu)

試驗(yàn)采用了連續(xù)裝藥和間隔裝藥兩種方式。

試驗(yàn)結(jié)果表明，耦合裝藥方式效果明顯優(yōu)于不耦合裝藥方式，同樣的單耗，耦合裝藥方式產(chǎn)生的特征粒徑大，均勻系數(shù)小，與設(shè)計(jì)包絡(luò)曲線更符合。為此，本料場開采采用耦合裝藥結(jié)構(gòu)。

第一次爆破采用了間隔裝藥，但由于膨化炸藥沒有購買到位，因此全部采用了乳化炸藥；乳化炸藥藥卷軟，裝到底部后全部裂開，形成耦合裝藥，使孔內(nèi)炸藥重心降低；為保證孔口堵塞長度，中間間隔長度達(dá)到了2～3m(設(shè)計(jì)為0.8～1.0m)，使得爆堆中部出現(xiàn)了很多1m以上的大塊。但是間隔裝藥對(duì)于滿足石料級(jí)配要求和單耗降低還是有一定作用的，在使用膨化硝銨炸藥的時(shí)候，應(yīng)該可以采用，但需要后續(xù)進(jìn)一步試驗(yàn)證明。

通過試驗(yàn)，連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)可以滿足石料級(jí)配要求，但純粹用乳化炸藥會(huì)造成單孔裝藥量過大，因此采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)采用膨化硝銨炸藥或者采用膨化硝銨炸藥配一定比例的乳化炸藥的混合裝藥模式。

3.7 炮孔堵塞

一般采用黃泥或者鉆孔棄渣料進(jìn)行炮孔堵塞，本次試驗(yàn)采用鉆孔棄渣料進(jìn)行炮孔堵塞。封堵的質(zhì)量對(duì)爆破效果的影響較大，必須嚴(yán)格進(jìn)行堵塞，確保爆破質(zhì)量。

堵塞長度一般與炸藥的直徑、抵抗線有關(guān)，試驗(yàn)采用的堵塞長度為2.5～3.5m。試驗(yàn)表明采用2.5m以上的堵塞長度，控制爆破飛石沒有問題。但堵塞段依然出現(xiàn)了很多大塊，根本原因應(yīng)歸結(jié)于巖石結(jié)構(gòu)；本料場巖石為層狀結(jié)構(gòu)，巖層傾角大于70°，因此在堵塞段沒有炸藥能量破碎的情況下，巖石都沿層間和裂隙解體，形成大塊；大塊的尺寸取決于堵塞長度、巖層厚度和巖層裂隙大小。因此要通過技術(shù)手段解決本料場的大塊問題，還需要進(jìn)一步試驗(yàn)。

3.8 起爆器材與起爆網(wǎng)絡(luò)

本次爆破試驗(yàn)主要采用毫秒延期導(dǎo)爆管雷管，低段位配高段位，主要為MS3、MS5、MS11、MS13、MS15，地表腳線長6m，孔內(nèi)腳線長16m。起爆網(wǎng)路采用“V”形起爆網(wǎng)路和排間起爆網(wǎng)路，設(shè)計(jì)時(shí)注意控制單響藥量，以控制爆破震動(dòng)。起爆采用2發(fā)電雷管起爆整個(gè)網(wǎng)路。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

按照阿爾塔什水利樞紐工程大壩工程P1料場爆破試驗(yàn)大綱計(jì)劃，爆破試驗(yàn)從2015年10月20日開始，至11月4日結(jié)束，歷時(shí)15天，共試驗(yàn)3次。爆破試驗(yàn)共用炸藥5539kg,其中乳化炸藥2664kg，膨化硝銨炸藥2875kg。共試驗(yàn)3次，爆破山體方量約12000m3。每次試驗(yàn)的具體情況見表1。

表1 試驗(yàn)參數(shù)

4.1 炸藥單耗

由于排水料和堆石料的級(jí)配要求只是在5mm粒徑以下不同，在排水料試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，通過一定的技術(shù)手段控制爆破，應(yīng)能生產(chǎn)出合格的堆石料。通過本次爆破試驗(yàn)，結(jié)合料場的地質(zhì)情況，得出爆破料炸藥單耗量宜為0.43～0.50kg/m3，中硬巖部分取小值，堅(jiān)硬巖取大值。

4.2 爆破料的取樣篩分、顆粒分析及級(jí)配包絡(luò)圖

本次試驗(yàn)共分三次進(jìn)行，第一次試驗(yàn)取三組料做顆分試驗(yàn)，后兩次各取一組進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)情況見圖1～圖3。通過顆粒分析、繪制包絡(luò)圖可以得出如下結(jié)論：第一次試驗(yàn)結(jié)果不太理想，包絡(luò)線大部分超出了設(shè)計(jì)的上、下包絡(luò)線范圍；第二、三次爆破試驗(yàn)結(jié)果理想，各個(gè)粒徑的顆粒含量滿足設(shè)計(jì)要求。計(jì)算的各篩分料不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)表明爆破料級(jí)配良好，很好地滿足了排水料和堆石料的設(shè)計(jì)要求和施工要求。后續(xù)施工中應(yīng)嚴(yán)格按照爆破試驗(yàn)得出的爆破施工參數(shù)控制石料的開采，并間歇性地抽查爆破料的級(jí)配情況，在石料級(jí)配不能滿足施工和設(shè)計(jì)要求時(shí)，及時(shí)對(duì)爆破參數(shù)作出調(diào)整。

圖1 第一次爆破后顆粒級(jí)配曲線

圖2 第二次爆破后顆粒級(jí)配曲線

圖3 第三次爆破后顆粒級(jí)配曲線

5 結(jié) 論

乳化炸藥由于包裝的原因，不宜大量使用，后續(xù)施工以膨化硝銨炸藥為主，配以一定比例的乳化炸藥，爆破試驗(yàn)生產(chǎn)出的石料基本滿足排水料和堆石料的級(jí)配要求。裝藥結(jié)構(gòu)可以采用連續(xù)裝藥和間隔裝藥，以耦合裝藥效果最佳，起爆網(wǎng)路采用“V”形或排間起爆網(wǎng)路，在后續(xù)施工中控制好單響藥量，便于更好地控制爆破震動(dòng)。試驗(yàn)表明采用2.5m以上的堵塞長度可以有效控制爆破飛石。