微差爆破技术在石炭系基岩开挖中的应用

周 辉 王学兵 彭爱全

(中国核工业华兴建设有限公司)

岩石爆破后粒径分布是大型石方开采工程极为关心的问题。国内外不少学者在这方面进行研究，如块度分布函数、爆堆摄影、灰色理论、分形几何理论、块度模型等[1-2]。微差爆破技术应用于露天矿山爆破开采,在提高岩石破碎效率,降低爆破振动影响等方面具有关键性的作用[3-4]，通过选择微差时间间隔，实现优化破岩块度、削弱爆破有害效应的目的。本文在现场作业简单成熟的工艺基础上，通过调整具体的爆破设计参数、优化起爆网络，实现爆后物料的级配，同时控制爆破的有害效应。

1 工程概况

阿尔塔什水利枢纽工程是叶尔羌河干流山区下游河段的控制性水利枢纽工程，是叶尔羌河干流梯级规划中“两库十四级”的第十一个梯级，在保证向塔里木河生态供水和灌溉的前提下，满足防洪、发电等综合利用功能。

阿尔塔什水利枢纽工程高边坡岩体主要由海相沉积的中厚层石炭系灰岩和白云质灰岩组成，单层厚5～30 cm,最厚处为60 cm左右，料场地形呈NNW向基岩山梁，长400～600 m，宽300～450 m，山顶高程为2 075 m，坡面基岩裸露，自然边坡为40°～60°，岩层产状330°～350°SW∠71°，无大断层分布。该工程自西向东跨越2个大构造单元,即米亚断裂以西的西昆仑褶皱带和米亚断裂以东的塔里木地台南西构造。东侧距阿尔塔什断裂1.0～2.1 km,西距米亚断裂12 km,枢纽区50 a超越概率10%基岩水平向峰值加速度为179 .9 gal,相应地震基本烈度为Ⅷ。阿尔塔什水利枢纽高边坡石炭系基岩岩体特征见表1。

2 爆破设计

2.1 深孔台阶爆破参数优化

深孔台阶爆破的基本要素如图1所示，其中，H为台阶高度，l为孔深，Wd为底盘抵抗线，B为台阶面上从钻孔中心至坡顶线的安全距离，l1为装药长度，l2为堵塞长度，h为超深，a为孔间距，b为排间距,α为台阶坡面角[5-7]。

台阶高度H=15 m；根据现场周边环境、岩石性质及机械设备现状，选择钻孔直径D=115 mm。

底盘抵抗线为

Wd=(20～50)D.

(1)

计算得出Wd=2.3～5.75 m。

超钻深度为

h=(0.15～0.35)W.

(2)

计算得出h=0.345～2.01 m，实际取值1.5 m。

钻垂直孔,钻孔深度为

l=H+h.

(3)

计算得出l=16.5 m。炮孔填塞长度l2=4.0～5.5 m。

炮孔间距为

a=(25～50)D。

(4)

计算得出a=2.875～5.75 m。

炮孔排距为

表1 阿尔塔什水利枢纽高边坡石炭系基岩岩体特征

图1 深孔爆破台阶要素b=(0.6～1.0)W .

(5)

计算得出b=1.725～5.75 m。

依实际爆破效果经验，炸药单耗q取0.3～0.5 kg/m3。

采用矩形布孔，逐排减少炮孔数量，炮孔布置见图2。具体参数见表2所示。

项目台阶高度H/m孔径D/mm钻孔倾角/(°)超深h/m钻孔最大孔深L/m底盘抵抗线Wd/m孔距a/m排距b/m设计炸药单耗q/(kg/ m3)最大单孔装药量Q/kg堵塞长度/m优化前15115901.516.54.0540.4120>4.5优化前15115901.516.54.24.74.10.4115>4.5

2.2 装药结构

采用连续装药结构，每个孔装2发同段别导爆管雷管，起爆药包分别置于距离炮孔底部、装药段上部0.5～1.5 m处，详见图3。

图3 连续装药结构示意

2.3 起爆网络

起爆网络分为3个区域，每个区域炮孔分别安装MS9、MS11、MS13段导爆管雷管；孔外排间采用MS5段导爆管雷管延期，形成逐区块起爆网络；采用双发电雷管引爆。起爆网络见图4。

3 爆破效果

现场石料级配要求为最大粒径dmax≤600 mm,小于5 mm含量少于20%，小于0.075 mm含量少于5%，不均匀系数Cu>25，级配连续，孔隙率n不大于19%，干容重γd=22.0 kN/m3。爆破后物料进行颗粒筛分试验及大坝碾压挖坑试验，爆破效果见图5。实测爆破料粒径分布见图6。爆后石料级配包络曲线大部分在设计的上、下包络线范围内，石料各粒径的颗粒含量满足设计要求；通过计算各筛分料的不均匀系数和曲率系数，得出爆破料级配良好，且碾压试验参数能很好地满足爆破料设计要求和施工要求，达到了预期的目标。

图4 起爆网络

图5 爆破效果

图6 爆破料粒径实测分布图▲—爆破料上包络线；◆—爆破料下包络线；■—实测筛分线

本次爆破一次钻孔60个，合计钻孔900 m,计划一次爆破方量约15 000 m3,共使用工业炸药5 883 kg，其中，乳化炸药4 875 kg，膨化硝铵炸药1 008 kg；实际装运方量约13 370 m3,实际单耗为0.44 kg/m3。本次松动爆破的爆堆岩石块度小、大块率低，挖装效率满足现场施工需求，有效控制了飞石大小及距离，同时减弱爆破振动速度，保证边坡稳定。相比优化前的弱松动爆破，单耗相差不大，但是减少了大块的产生，粒径分布均匀，相应地降低了二次破碎的直接费用、人工费以及工期延误的费用，取得了较好的经济效果。

4 结 论

针对石炭系基岩爆破开挖施工，孔内采用MS9、MS11、MS13段位非电雷管，孔外采用MS5段非电雷管延时起爆网络实现微差时间优化，调整一次钻孔数量，并优化装药结构、堵塞长度、孔距、排距等参数。爆破后，炸药单耗与优化前基本一致，使爆破物料的粒径分布区间符合施工需求，大大减少爆破后二次破碎量，控制爆破成本，实现最大经济效益目标，对类似条件爆破设计具有一定的参考价值。