某料场安全高效爆破施工技术研究与应用

王树祥

(葛洲坝易普力四川爆破工程有限公司, 四川 康定市 626001)

0 引 言

长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内,是以单一发电为主的大型水库电站,为大渡河干流水电梯级开发的第10级电站,工程区地处大渡河上游金汤河口以下约4～7 km河段上。大坝1679 m高程以下上游干砌块石护坡石料全部由响水沟石料场供应。响水沟石料场位于响水沟沟口,距坝址约3.5 km。地形形态为一山包,三面临空,分布高程1545～1885 m,地形坡度40°～50°,总储量为2148.9万m3,工程施工存在以下难点：

(1)保证大量的上坝料供应：开采强度高,月平均开采强度将达25.5万 m3/月,高峰强度约56万m3/月。

(2)石料粒径控制严格,需要根据料源相关技术要求进行级配料开采。

(3)地形险峻,料场存在高边坡,高边坡安全管理难度大。

(4)料场紧邻公路,爆破施工安全管理难度大。

从石料场安全、经济的台阶参数选择,合理选择配置钻孔设备,不断优化爆破参数、装药结构和爆破网络,根据料源要求进行个性化设计,使得爆破效果、料石产量满足筑坝需求,同时合理的边坡稳定控制爆破设计是确保石场永久边坡长期稳定的关键。

1 关键施工方法

根据爆破成本构成,建立石料场爆破成本模型：

式中,Ct为单位方量岩石爆破成本;Cd为钻孔成本;Ce为炸药成本;Cm为起爆器材成本;C0为人工和辅助材料成本。

根据爆破设计优化原理看出,单位方量爆破的钻孔进尺,起爆器材消耗数量会随台阶高度增加而减少,并且利于人工成本的控制。现场节理裂隙发育不充分,岩石比较均匀稳定,结合施工设备现状,以台阶设计高度15 m进行石料开采,受制于石料场开采边界条件,前期石料需求量大,施工强度较高,为保证开采连续均衡协调地进行,多个工作平台同时作业,保证设备资源合理配置,采用自上而下分台阶的顺序进行开采。

石料质地坚硬,松动爆破开采满足采装设备施工需求。常规石料爆破采用深孔台阶爆破技术,充分发挥深孔台阶爆破技术的优越性,满足料场开采质量安全和进度要求,为保证边坡稳定和美观,边坡采用预裂爆破技术;大块石料、级配石料采用控制爆破技术,周边环境复杂地段采用控制爆破技术,以满足料场开采不同部位、不同条件下的施工要求。

根据料场开采规模、施工特点选配高风压潜孔钻机CM351中型钻孔设备,可满足料场大方量开采钻孔施工能力要求。为控制爆破震动和确保开采料质量,爆破网络采用微差爆破技术、逐孔起爆技术。

2 深孔梯段爆破设计

装药结构主要采用连续耦合装药,岩性变化较大的特殊地段和特殊环境下可采用分段装药结构。岩层爆破起爆雷管为高精度雷管时,起爆药包置于装药的底部,采用反向起爆。石料场开采的建筑材料类型主要有堆石料、过渡料、坝坡护坡块石料等。按合同及砂石系统技术要求,堆石料最大粒径小于100 cm,过渡料最大粒径小于30 cm。爆破设计参数如表1所示。

为降低爆破震动,改善爆破效果,提高铲装效率,岩石爆破起爆网络主要采用高精度导爆管雷管“逐孔爆破”技术。“逐孔爆破”技术的主要特点是各个炮孔都能按照爆破设计的延期时间顺序起爆,为每个炮孔创造更多的自由面,爆破应力波反射充分,同时充分利用炸药能量的叠加,使岩石发生多次碰撞,最大程度地改善矿岩的破碎效果。高精度雷管由于其延时精度高,配合不同间隔时间的地表延期雷管,能方便地实现大规模的逐孔延时顺序起爆,由于“逐孔爆破”能够最大限度地把总装药量在时间和空间上分开。孔内雷管采用400～500 ms,孔外孔间采用65,42 ms延时雷管,排间采用100,65 ms延时雷管。

在爆破震动要求不是很严格的部位,可采用非电导爆管微差起爆网络,根据实际情况,可采用排间、波浪式、V型、梯形、对角线、等微差起爆顺序,可采用非电导爆管接力网络。

3 预裂爆破设计

因料场分台阶开采,存在永久高边坡安全管理问题,为了保证边坡平整、稳定和美观,确保开采安全顺利进行,预裂爆破被普遍认为是解决边坡稳定性的有效措施,石料场永久边坡采用预裂爆破技术。

预裂爆破是沿设计边坡境界开挖面,钻凿一排间距较小的密集炮孔,每孔装入少量炸药,在开采区主炮孔爆破之前先起爆,从而使岩体沿预裂孔联线形成一定宽度的裂缝,以此来隔离或降低主炮孔爆破产生的应力波和地震波对边坡的作用。同时由于预裂孔不耦合装药,预裂孔爆破对边坡的影响程度和范围大大减小,可以形成一个光滑平整的开挖边界面,大大减少爆破次生裂隙和边坡危石,从而提高边坡的稳定性。光面爆破装药结构如图1所示。

表1 梯段爆破参数

图1 预裂爆破装药结构图(孔深15.7 m)

钻孔施工时,钻机必须按“对位准、方向正、角度精”三要点安装钻机,以控制钻孔精度。炮孔装药前应对全部炮孔进行查验,吹净孔内残渣和积水,排不干积水的炮孔,爆破器材应有防水措施。严格按设计参数做好药包加工,将药卷与导爆索绑在一起再绑在竹片上,形成药串。多人将加工好的药包轻轻抬起,慢慢地放入孔内,使有竹片的一侧靠近保留区的一侧,装药到位后,用编织袋、纸团等松软物质盖在药柱上,然后用沙、岩粉等松散材料逐层堵塞捣实。严格按设计要求网络进行连接和检查,导爆索网络连接形式可采用搭接、扭结、水手结、T型结等形式。预裂爆破规模较大时,可以采用分段起爆。

4 坝坡护坡块石料爆破

根据料场石料供应要求,需要一定量的干砌块石料和干砌石护坡石料,采石场石料的饱和抗压强度应大于60 MPa,粒径为400～800 mm。为满足块石质量要求,需采取特殊爆破控制措施,确保块石质量满足工程需求。

(1)缩减孔排距,孔排距比正常爆破缩减1/3。

(2)采用不耦合装药、分段装药结构,以降低作用于炮孔壁的爆轰压力,减小岩石爆破粉碎圈。现场采用Ф140 mm钻机钻孔,Ф70 mm药卷装药,并采用空气间隔分段装药。

(3)减小爆破排数,数量控制在1～2排,在条件允许下可采用排间起爆。

(4)适当缩减炸药单耗,将炸药单耗缩减至0.30～0.40 kg/m3。

5 结 论

采用高台阶梯段爆破施工技术,对爆破孔网参数灵活设计,爆破开采的各类石料的数量、质量可满足电站大坝工程建设所需的石料。采用预裂控制爆破技术,有效减小石料场的爆破震动,形成永久边坡,利于场区边坡稳定。临近公路爆破时采取控制爆破措施,对公路进行交通管制,爆破后及时清理坡面危石和路面,有序推进现场工作。