阿尔塔什大坝堆石料开采爆破试验研究

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

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、发电等综合利用需要。

P1爆破料场位于上坝址上游左岸，距上坝址约1.7～2.5km，该石料场储量丰富，储量大于3600万m3，用于大坝的堆石料和排水料。计划开采高程范围1914～1704m,计划开采量约300万m3。

2 试验实施概况

2.1 试验目的

大坝坝体由多种料组成，各种料对级配的要求不同，而石料级配是保证坝体沉降量、坝体压缩模量、变形模量符合设计要求的关键因素。为了探索不会对周边环境和料场边坡稳定造成破坏的开采合格料爆破参数，需要在主料场进行爆破试验，爆破试验的目的如下：

a.确定合理的爆破参数，确保采用该爆破参数可以采出合格坝料；爆破参数主要包括梯段高度、底盘抵抗线、孔距、排距、炸药单耗等。

b.确定合理的起爆网路。

c.确定合理的装药结构。

d.使爆破飞石控制在合理的安全距离内。

2.2 试验内容

a.各种钻爆参数试验和起爆网络试验。

b.爆破飞石的影响及控制。

c.颗粒筛分试验与分析，绘制级配曲线等。

3 爆破实验方案

3.1 地质条件

料场山顶局部分布厚度3～15m的碎石土层及强风化层，岩石岩性主要为中下石炭统的中厚层灰岩和白云质灰岩，弱风化岩体岩石干密度2.69～2.79g/cm3，饱和抗压强度42.4～69.2MPa，软化系数0.60～0.71，属中硬-坚硬岩。岩体单层厚0.2～0.5m，岩层产状330°～350°SW∠71°；料场区无大断层分布，但岩体裂隙发育，完整性差。本次爆破试验分三个区域进行，均在1860m高程，第一次爆破区域岩石坚硬，第二、三次区域岩石中硬[1]。

3.2 炸药选类

本次爆破试验炸药采用的是2号φ80岩石乳化炸药和膨化硝铵炸药。乳化炸药药卷较软，装入炮孔后易裂开，造成底部集中装药，形成耦合装药，很难实现不耦合装药。膨化硝铵炸药使用方便，由于是粉末状，装药结构为耦合装药；在有风的天气，容易扬尘，装药不太方便，有雨的天气不能使用。

3.3 钻孔设备

本次爆破试验及后续石料爆破开采的钻孔设备均采用河北宣化CM351型风动钻机，配备阿尔曼750空压机，这种配备日均钻孔进尺基本能满足施工要求。

3.4 孔网布置

通过爆破试验可以知道，梅花形布孔和矩形布孔均可用于本料场，但矩形布孔一定要采用“V”形起爆网路。孔网参数为孔间距a=4～5m，排间距b=3～4m；单孔负担面积为15～16m2(孔径115mm)。

3.5 台阶高度及超深

本次爆破试验的实际台阶高度为13～15m,试验结果表明，较高的台阶高度对爆破效果和延米爆破量都产生了较好的影响。但是，台阶高度受钻孔设备、孔排距、炸药及起爆器材的限制，条件允许时可以采用较高的台阶高度，本料场的台阶高度参照规划设计为15m。超深一般为抵抗线的0.15～0.35倍，抵抗线为3～4m，超深为0.45～1.4m。本料场由于台阶高度较高，实际超深取1.5m。

3.6 装药结构

试验采用了连续装药和间隔装药两种方式。

试验结果表明，耦合装药方式效果明显优于不耦合装药方式，同样的单耗，耦合装药方式产生的特征粒径大，均匀系数小，与设计包络曲线更符合。为此，本料场开采采用耦合装药结构。

第一次爆破采用了间隔装药，但由于膨化炸药没有购买到位，因此全部采用了乳化炸药；乳化炸药药卷软，装到底部后全部裂开，形成耦合装药，使孔内炸药重心降低；为保证孔口堵塞长度，中间间隔长度达到了2～3m(设计为0.8～1.0m)，使得爆堆中部出现了很多1m以上的大块。但是间隔装药对于满足石料级配要求和单耗降低还是有一定作用的，在使用膨化硝铵炸药的时候，应该可以采用，但需要后续进一步试验证明。

通过试验，连续装药结构可以满足石料级配要求，但纯粹用乳化炸药会造成单孔装药量过大，因此采用连续装药结构时，应采用膨化硝铵炸药或者采用膨化硝铵炸药配一定比例的乳化炸药的混合装药模式。

3.7 炮孔堵塞

一般采用黄泥或者钻孔弃渣料进行炮孔堵塞，本次试验采用钻孔弃渣料进行炮孔堵塞。封堵的质量对爆破效果的影响较大，必须严格进行堵塞，确保爆破质量。

堵塞长度一般与炸药的直径、抵抗线有关，试验采用的堵塞长度为2.5～3.5m。试验表明采用2.5m以上的堵塞长度，控制爆破飞石没有问题。但堵塞段依然出现了很多大块，根本原因应归结于岩石结构；本料场岩石为层状结构，岩层倾角大于70°，因此在堵塞段没有炸药能量破碎的情况下，岩石都沿层间和裂隙解体，形成大块；大块的尺寸取决于堵塞长度、岩层厚度和岩层裂隙大小。因此要通过技术手段解决本料场的大块问题，还需要进一步试验。

3.8 起爆器材与起爆网络

本次爆破试验主要采用毫秒延期导爆管雷管，低段位配高段位，主要为MS3、MS5、MS11、MS13、MS15，地表脚线长6m，孔内脚线长16m。起爆网路采用“V”形起爆网路和排间起爆网路，设计时注意控制单响药量，以控制爆破震动。起爆采用2发电雷管起爆整个网路。

4 试验结果分析

按照阿尔塔什水利枢纽工程大坝工程P1料场爆破试验大纲计划，爆破试验从2015年10月20日开始，至11月4日结束，历时15天，共试验3次。爆破试验共用炸药5539kg,其中乳化炸药2664kg，膨化硝铵炸药2875kg。共试验3次，爆破山体方量约12000m3。每次试验的具体情况见表1。

表1 试验参数

4.1 炸药单耗

由于排水料和堆石料的级配要求只是在5mm粒径以下不同，在排水料试验成功的基础上，通过一定的技术手段控制爆破，应能生产出合格的堆石料。通过本次爆破试验，结合料场的地质情况，得出爆破料炸药单耗量宜为0.43～0.50kg/m3，中硬岩部分取小值，坚硬岩取大值。

4.2 爆破料的取样筛分、颗粒分析及级配包络图

本次试验共分三次进行，第一次试验取三组料做颗分试验，后两次各取一组进行试验，试验情况见图1～图3。通过颗粒分析、绘制包络图可以得出如下结论：第一次试验结果不太理想，包络线大部分超出了设计的上、下包络线范围；第二、三次爆破试验结果理想，各个粒径的颗粒含量满足设计要求。计算的各筛分料不均匀系数和曲率系数表明爆破料级配良好，很好地满足了排水料和堆石料的设计要求和施工要求。后续施工中应严格按照爆破试验得出的爆破施工参数控制石料的开采，并间歇性地抽查爆破料的级配情况，在石料级配不能满足施工和设计要求时，及时对爆破参数作出调整。

图1 第一次爆破后颗粒级配曲线

图2 第二次爆破后颗粒级配曲线

图3 第三次爆破后颗粒级配曲线

5 结 论

乳化炸药由于包装的原因，不宜大量使用，后续施工以膨化硝铵炸药为主，配以一定比例的乳化炸药，爆破试验生产出的石料基本满足排水料和堆石料的级配要求。装药结构可以采用连续装药和间隔装药，以耦合装药效果最佳，起爆网路采用“V”形或排间起爆网路，在后续施工中控制好单响药量，便于更好地控制爆破震动。试验表明采用2.5m以上的堵塞长度可以有效控制爆破飞石。