张峰水库堆石料开采爆破技术浅析

1张峰水库堆石料开采爆破技术浅析赵中宇(山西省水利建筑工程局，太原030006)摘要：张峰水库大坝为粘土斜心墙堆石坝，需开采堆石料约200万m3，堆石料级配要求严格。我们采用宽孔距深孔爆破新技术，获得了满意的爆破效果，其爆破技术具有一定的推广应用价值。关键词：堆石料宽孔距深孔爆破1、概述张峰水库是国家重点水利建设工程，位于山西省沁水县郑庄镇河北村西约300m的沁河上，坝址区河谷呈宽“U”字型，坝顶高程763.8m，坝顶长649.5m，设计的水库大坝为粘土斜堆石心墙堆石坝，坝高72m，需填筑石料200万m3。料场位于坝址右岸龙王沟内，开采高度最高约80m，其中有用层储量300万m3以上，能满足大坝填筑需要。龙王沟料场岩石为三迭系下统刘家沟组棕、褐黄色中细粒长石沙岩，钙质铁质胶结长石沙岩，浅褐红色砾岩及紫红色粉砂岩为主。局部夹层厚0.35～1.45m为废料，总含量小于5%，顶部覆盖层及风化层厚度1～5m为无用层，爆破开采前已预先剥离。2、龙王沟采石场堆石料开采爆破基本方法堆石料开采方量大，不宜采用浅孔爆破施工。石料开采基本爆破方法有深孔台阶爆破法、峒室爆破法等。2.1深孔台阶爆破法龙王沟料场顶部覆盖土层已预先清除，钻机平台基本形成，结合出露岩石的地形地质条件、周围环境适宜采用深孔爆破法开采堆石料。深孔爆破对降低大块率、控制各种料石级配有较好的效果，有利于直采上坝。国内已建成的堆2石坝已经过多次试验取得了丰富经验。如黄河小浪底水利枢纽工程、贵州天生桥、云南柴石滩等水库面板堆石坝就是利用深孔台阶爆破取得明显效果。2.2硐室爆破法硐室爆破与其它爆破相比，具有速度快、成本低、机具简单、受地形地质条件限制少等优点。但硐室爆破大块率相对较高，且级配效果相对较差，同时对周围建筑振动影响较大，容易对保留边坡造成危害。根据大坝堆石料级配的技术要求，石料开采最大粒径不大于80cm，5mm以下粒径细料不大于25%。故张峰水库龙王沟石料场决定采用深孔台阶爆破技术进行施工。3、爆破参数的选择3.1爆破参数爆破参数直接影响爆破效果，因此应根据石料场的地形地质条件、爆破技术要求、所配备的机具、钻孔人员的水平等因素综合考虑科学合理选择。爆破参数见下表。爆破参数钻孔直径D(mm)台阶高度H（m）底板抵抗线W1（m）孔距a(m)排距b(m)超钻h(m)堵塞长度L2(m)单耗q(kg/m3)100252.05.52.02.52.00.45115253.06.02.52.52.00.53.2药量计算采用公式：第一排炮孔单孔装药量：Q=qaw1H第二排炮孔及以后各排孔单孔装药量：一齐起爆：Q=kqabH3毫秒延时爆破：Q=qabH式中：Q—单孔装药量（kg）；w1—底板抵抗线（m）；a—孔距（m）；b—排距（m）；H—台阶高度（m）；K—岩石夹制作用增大药量系数K=1.15～1.204、堆石料高台阶深孔爆破关键技术研究4.1高台阶深孔爆破钻孔误差的控制高台阶是指台阶高度大于25m的深孔爆破，钻孔误差随着台阶高度增高而增大。钻孔误差直接改变炮孔底部的孔网参数，影响爆破效果，易产生大块和残留根坎。因此控制钻孔误差是高台阶深孔爆破关键技术之一。4.1.1钻孔误差危害1改变设计孔网参数大小表面孔位虽然位置没有变化，但孔底将发生较大变化，见图1。图1.钻孔误差对孔底孔网参数影响图4从图1可以看出：同一排炮孔之间出现以下三种情况①．a1=a-2mH(1#～2#孔之间)②.a2=a+2mH(2#～3#孔之间)③.a3=a±1mH(3#～4#孔之间)式中a为设计孔距，m为钻孔误差率。当a=4m.台阶高度H=25m，钻孔误差m=1:0.05时代入上式：a1=a-2mH=4-2×0.05×25=1.5ma2=a+2mH=4+2×0.05×25=6.5ma3=a±1mH=4±0.05×25=(2.75m/5.25m)当钻孔误差出现在前后排之间时就会影响底板抵抗线和排距大小。2、对爆破效果影响①影响爆破效果,使爆破后产生根坎，产生更多大块。②影响爆破安全，当底板抵抗线过小时，将会产生飞石的危害。4.1.2、钻孔误差产生的原因5造成钻孔误差原因很多，其主要的影响因素是地形地质条件，钻孔操作技术水平，人员素质等，其中地质因素影响最大。4.1.3、钻孔误差预防根据钻孔误差类型和误差产生原因，采取相应的技术措施，以减少钻孔误差，保证钻孔质量。〈1〉、钻机平台修建钻机平台是钻机作业的场地，平台好坏直接影响钻机作业安全及钻孔质量，顶层平台应有一定宽度，尽量做到横向平整，纵向平缓，保证钻机能在平台上自由的移动，满足钻机定位、定向、架设的要求，同时上层爆破后要为下层创造平整的作业平台。〈2〉、钻孔架设钻孔架设直接影响钻孔精度和钻孔质量，钻机架设三要素为：定位准、方向正、角度精。〈3〉、钻孔操作技术为提高钻孔质量，不断提高钻孔操作技术水平，它是预防钻孔误差的关键措施。钻孔作业的基本要求：①必须熟悉岩性，摸清不同岩层的凿岩规律。②掌握钻孔操作要领，孔口要完整，孔壁要光滑，保证顺利排渣。6③采用软岩慢打硬岩快打的基本操作方法。4.2堆石料开采爆破大块率和级配的控制技术堆石料能否实现直采上坝要求，关键是降低大块率和级配的控制，根据堆石料的要求大块控制在80cm以下，5mm以下粒径的数量不超过25%，其中最难满足的是大块控制。4.2.1.影响高台阶深孔爆破大块率的因素影响高台阶深孔爆破大块形成的因素很多，主要有以下几个方面：〈1〉、岩石的地质条件①岩石物理力学性能:主要指岩石抗压强度、抗拉强度、岩石的弹性模量及岩石可爆性。②岩石地质构造：即层理、节理、裂隙及断层等。③岩石风化程度，尤其是土夹石的影响最大。岩石地质因素对爆破破碎效果起着决定性影响，有的岩体可以通过多种技术手段加以控制，但土夹石基本属于不可控制的影响因素。〈2〉、炸药的影响当炸药在炮孔中爆破时，其释放能量大小，对岩石破碎效果不同，高威力、密度大的炸药对岩石的破碎效果相对较好。〈3〉、爆破参数的影响7爆破参数选择合理与否，不仅影响爆破破碎效果，而且会给施工带来很大困难，当底板抵抗线过大时，不仅易产生大块且易产生根坎，加之第一排临空面凹凸不平，底板抵抗线大小不一，更易造成大块产生。〈4〉、施工工艺影响施工工艺是指装药结构、起爆顺序、起爆方法、堵塞长度和堵塞质量的影响。其中影响最大的是堵塞长度较长，宜造成上部大块增多。当起爆方法为最前一排齐发且临空条件不好时,爆破易拉裂保留台阶顶部，出现较多的大块、落石或危石。4.2.2降低大块率的途径随着石方机械化施工不断发展和深孔爆破技术不断提高,降低大块率已成为一个急待解决的问题，并在实践中总结了不少方法。〈1〉改进爆破设计、选择合理的孔网参数合理的孔网参数对降低岩石大块率有很好的效果。合理孔网参数是指根据不同地形地质条件，确定最小抵抗线和孔排距。在块状或构造较好的岩石中选择小抵抗线，孔距不小于排距或采用宽孔距爆破能有效降低大块率。①采用宽孔距的孔网参数所谓宽孔距是指孔距大于排距，一般取：m=a/b=2～8。本工程爆破设计：m=5.5/2=2.75②采用毫秒微差爆破技术实现宽孔距爆破毫秒微差爆破是指先爆孔为后爆孔创造新的临空面，并产生应力迭加和岩石互相碰撞作用，改善岩石爆破效果，有效地降低大块率，同时形成理想的宽孔距爆破模式。实现宽孔距爆破的方法有以下途径：8Ⅰ.对角线起爆（见图2）图2.对角线模式a-原孔距（ｍ）b-原排距（ｍ）a’-实际炮孔孔距（ｍ）b’-实际爆破排距（ｍ）m=a’/b’m=a/bⅡ.v型起爆方法（见图3、图4）图3、v型微差起爆示意图9临空面aba`b`图4、v型微差宽孔距爆破示意图a-原孔距（ｍ）b-原排距（ｍ）a’－实际炮孔孔距（ｍ）b’－实际爆破排距（ｍ）m=a’/b’m=a/b〈2〉、选择与岩石相匹配的炸药达到较好的爆破效果。〈3〉、采取不同装药结构达到较好的爆破效果。例如不偶合或间隔装药结构。〈4〉、增加装药长度，减少堵塞长度能有效增加顶部岩石破碎效果，本工程爆破堵塞长度L2=20D=2.0(m)。5、爆破实例山西省张峰水库大坝共需开采堆石料方量约200万方，2006年5月25日在龙王沟石料场采用高台阶宽孔距深孔微差控制爆破技术进行了爆破。设计孔10深25m，孔距5.5m，排距2.0m，共钻孔348个，钻孔总延米8451m，总计装药31800kg，爆破方量约9.3万方。爆破后对现场观察，其表面大块相对较少，经试验满足堆石料直采上坝要求。我们采用宽孔距深孔爆破新技术，获得满意的爆破效果，其爆破技术具有一定的推广应用价值。作者简介：赵中宇1969.6出生毕业于中国地质大学山西水利建筑工程局第六工程处处长工程师