控制爆破是根據(jù)工程要求或爆破的具體條件,通過(guò)精心設(shè)計(jì)、施工、防護(hù)等技術(shù)措施,嚴(yán)格控制爆炸能釋放過(guò)程和介質(zhì)破壞過(guò)程,既達(dá)到預(yù)期的爆破效果,又要將爆破范圍、破壞程度等控制在規(guī)定范圍之內(nèi)的一種爆破方法?刂票剖潜乒こ贪l(fā)展的新內(nèi)容,因?yàn)槠洳粌H爆破效果好、安全,而且在某種情況下對(duì)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、加快工程進(jìn)度、降低成本和保證工程質(zhì)量都較普通爆破好,所以控制爆破技術(shù)現(xiàn)在已在水電、交通、城市建筑物拆除等領(lǐng)域中得到較廣泛的應(yīng)用。

  本文將就控制爆破技術(shù)在水電行業(yè)石方開(kāi)挖中的成功應(yīng)用進(jìn)行闡述。

  1、工程概述

  桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺(tái)山區(qū)中部,天臺(tái)縣境內(nèi)。該電站輸水系統(tǒng)工程地質(zhì)情況為:在進(jìn)/出水口主要分布侏羅系上統(tǒng)高塢組流紋質(zhì)晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r,屬I(mǎi)I—III類(lèi)圍巖;輸水洞線主要分布燕山晚期第三次侵入花崗巖,屬于基本穩(wěn)定的II類(lèi)圍巖。進(jìn)出水口熔結(jié)凝灰?guī)r與花崗巖為侵入不整和接觸,膠結(jié)良好,無(wú)接觸破碎現(xiàn)象。巖體弱~微風(fēng)化,斷層不發(fā)育,節(jié)理發(fā)育,少數(shù)閉合。

  巖石力學(xué)參數(shù):弱微風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r抗壓強(qiáng)度R干=90~100Mpa,R濕=50~80Mpa,彈性模量E50=(4-4.5)*104 Mpa;弱微風(fēng)化花崗巖抗壓強(qiáng)度R干=85~120Mpa,R濕=75~85Mpa,彈性模量E50=(4.9-5.4)*104 Mpa。

  本工程采用2號(hào)巖石乳化炸藥,其性能特點(diǎn)見(jiàn)下表

藥卷密度(g/cm3)
殉爆距離(cm)
猛度(mm)
爆速(m/s)
作功能力(m1)
0.95~1.30
有效期內(nèi)≤0.5
≥12
≥3.2*104
≥260
產(chǎn)品特點(diǎn):具有良好的抗水性。

  2、微差擠壓爆破

  微差擠壓爆破主要應(yīng)用于進(jìn)/出水口邊坡梯段爆破中,為了確定較合理的爆破參數(shù),在施工過(guò)程中結(jié)合開(kāi)挖進(jìn)行了大量的生產(chǎn)性試驗(yàn)工作。

  2.1爆破藥量參數(shù)的確定

  邊坡梯段爆破開(kāi)挖高程在▽395.0~▽433.0之間,分三層開(kāi)挖,即▽433.0~▽420.5、▽418.0~▽406.7、▽404.2~▽395.0。鉆孔機(jī)具采用阿特拉斯PC460潛孔鉆,鉆孔直徑D=110㎜,炮孔交錯(cuò)布置呈梅花型。

  抵抗線長(zhǎng)度采用公式W=HαηD/150(m)確定,式中:H為梯段高程(m);α為硬度系數(shù),一般在0.46~0.56之間,取α=0.5;η為高度影響系數(shù);D為炮孔直徑(㎜)。

  炮孔間距a=0.65~0.8W(m),取=0.7W。

  炮孔排距b=(0.6~1.0)W(m),因所有鉆孔均為傾斜孔,故取b=0.8W。

  單孔裝藥量(按松動(dòng)藥包計(jì)算;臨空面按兩個(gè)考慮,系數(shù)為0.83)按Q=0.83*0.33KHaW(Kg)計(jì)算取值,式中K為單位巖石炸藥用量(1.4~1.6)Kg/m3。

  堵塞長(zhǎng)度按L=(20~30)D(m),取L=25D。

  2.2裝藥結(jié)構(gòu)

  各爆破孔采用空氣柱連續(xù)裝藥形式,起爆藥包放在孔底,上部用炮泥堵塞,堵塞泥土中避免夾有小塊石,以防止飛石的產(chǎn)生。

  2.3起爆網(wǎng)絡(luò)

  起爆順序選用排間順序微差起爆,起爆網(wǎng)絡(luò)采用簇并聯(lián)聯(lián)接方式、導(dǎo)爆管起爆的孔內(nèi)延期方法。

  根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)合理的微差間距時(shí)間為20ms~50ms之間,依據(jù)此數(shù)據(jù)單孔采用1~8段國(guó)產(chǎn)非電毫秒延期雷管,裝藥時(shí)根據(jù)各炮孔的起爆順序和延期時(shí)間確定相應(yīng)炮孔內(nèi)所要使用的非電延期雷管段別,然后按網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)要求分別裝入相應(yīng)的各個(gè)炮孔內(nèi)。

  2.4保護(hù)層厚度

  為了避免使水平建基面巖體產(chǎn)生大量爆破裂隙,以及使節(jié)理裂隙面、層面等弱面明顯惡化,并損壞巖體的完整性,采用預(yù)留保護(hù)層開(kāi)挖的方法,保護(hù)層厚度采用工程類(lèi)比法確定,取△/dc=30,式中△為保護(hù)層厚度,dc為梯段炮孔底部的裝藥直徑(采用φ90㎜藥卷),實(shí)際施工中取保護(hù)層厚度為2.5m。

  2.5爆破參數(shù)表

類(lèi)別
參數(shù)I
參數(shù)II
參數(shù)III
梯段高程
▽433.0~▽420.5
▽418.0~▽406.7
▽404.2~▽395.0
鉆孔直徑(㎜)
φ110
φ110
φ110
鉆孔角度(o)
63.4
63.4
26.7
鉆孔深度(m)
14.0
12.6
20.5
孔距(m)
2.8
2.6
2.5
排距(m)
3.1
3.0
3.0
抵抗線(m)
4.0
3.7
3.6
單孔裝藥量(Kg/m3)
57.5
44.7
31.7
堵塞長(zhǎng)度(m)
2.5
2.5
2.5
單耗(Kg/m3)
0.56
0.55
0.49

  3、預(yù)裂爆破

  預(yù)裂爆破主要應(yīng)用于進(jìn)/出水口邊坡明挖爆破作業(yè)。

  預(yù)裂孔與主爆孔布置在同一爆破網(wǎng)絡(luò)中,預(yù)裂爆破孔先主爆孔110ms起爆。

  預(yù)裂孔采用阿特拉斯PC460潛孔鉆,孔徑D=110㎜,孔距a=8~10D,施工中取a=100cm。預(yù)裂孔與最后一排爆破孔的距離取主爆孔排距的一半,施工中采取160cm。

  裝藥結(jié)構(gòu)采用間隔裝藥,導(dǎo)爆索引爆,參照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)不偶合系數(shù)一般為D/dc=2~4(式中dc為藥卷直徑),本工程采用φ32*150g藥卷,實(shí)際不偶合系數(shù)為D/dc=110/32=3.4。

  線裝藥密度按Qx=9.38r0.38R0.53(g/m)計(jì)算取值,式中r為鉆孔半徑,單位mm,適用于r=(23~85)mm;R為巖石極限抗壓強(qiáng)度,單位MPa,適用于10.0~150MPa。

  為了克服炮孔底部巖石的夾制力,保證裂縫貫通到底,在預(yù)裂孔底部1/2a(a為孔間距)長(zhǎng)度范圍內(nèi)的裝藥密度取2倍Qx線裝藥密度,施工過(guò)程中在該范圍內(nèi)用φ32藥卷。

  堵塞長(zhǎng)度控制在0.8~1.0m之間,并用粗砂堵塞(不必?fù)v實(shí))。

  預(yù)裂爆破參數(shù)詳見(jiàn)下表

類(lèi)別
參數(shù)I
參數(shù)II
參數(shù)III
高程范圍(m)
▽433.0~▽420.5
▽418.0~▽406.7
▽404.2~▽395.0
預(yù)裂工程量(m2)
870
1476
1542
孔徑(㎜)
φ110
φ110
φ110
孔距(㎝)
100
100
100
鉆孔角度(o)
63.4
63.4
26.7
孔深(m)
15.7
15.4
20.5
藥卷直徑(mm)
32
32
32
不偶合系數(shù)
3.4
3.4
3.4
堵塞長(zhǎng)度(m)
0.8~1.0
0.8~1.0
1.0
線裝藥密度(g/m)
540
515
450
殘孔率(%)
88.7
93.3
86.7

  4、光面爆破

  輸水系統(tǒng)洞室開(kāi)挖采用光面爆破技術(shù)以控制開(kāi)挖輪廓線。造孔機(jī)具采用YT24手風(fēng)鉆,孔徑D=42mm。

  4.1確定光面爆破參數(shù)

  光面爆破參數(shù)首先使用經(jīng)驗(yàn)公式或工程類(lèi)比法確定初值,再結(jié)合生產(chǎn)性試驗(yàn)加以調(diào)整。

  周邊孔間距a值是直接影響光面爆破效果的重要參數(shù)之一,依據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值周邊孔間距50~60cm。

  周邊孔最小抵抗線W值取周邊孔與相鄰輔助孔之間的間距(即光面層厚度),從理論上分析,周邊孔最小抵抗線W值至少應(yīng)等于或大于a值,因?yàn)楝F(xiàn)在生產(chǎn)的雷管本身起爆時(shí)間有誤差。實(shí)際上在相鄰兩個(gè)裝藥孔內(nèi)裝入同段的雷管,也不可能真正做到同時(shí)起爆,總會(huì)有些誤差,這樣兩孔間的貫通裂縫就要靠先起爆的那個(gè)炮孔來(lái)完成,它們彼此之間互為空孔,所以W值要大于a值。本工程周邊孔最小抵抗線W值一般在60~70㎝之間。

  周邊孔密集系數(shù)K值的確定。分析周邊孔密集系數(shù)K值是為了在確定最小抵抗線W值時(shí),要保證相鄰兩孔之間形成貫通裂縫,并有利于最小抵抗線方向巖石的破壞。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的施工經(jīng)驗(yàn)K值宜為0.75~0.95之間,實(shí)際施工為K=a/W=0.79~0.92.

  周邊孔線裝藥密度(按兩個(gè)臨空面考慮,系數(shù)為0.83)按QX=0.83qaW(g/m)計(jì)算取值,式中q為松動(dòng)爆破單位耗藥量,依據(jù)巖石力學(xué)特性取q=650g/m3。

  4.2周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)

  4.2.1不偶合裝藥

  周邊孔采用不偶合裝藥可以顯著的消除圍巖的炮震裂隙,有效的保護(hù)圍巖的穩(wěn)定。

  光面爆破采用的不偶合系數(shù)(即D/dc值)通常在1.5~2.0之間,本工程采用藥卷直徑dc=25mm,實(shí)際不偶合系數(shù)為D/dc=42/25=1.68。

  4.2.2空氣柱間隔裝藥

  施工時(shí)借用竹片將藥卷分段、間隔均勻的固定在周邊孔內(nèi),并利用導(dǎo)爆索起爆。為克服巖體的夾制作用,在孔底裝一節(jié)φ32*150g的粗藥卷。

  4.3周邊孔起爆技術(shù)

  無(wú)論采用全斷面開(kāi)挖法,還是采用導(dǎo)洞開(kāi)挖法,周邊孔均是在崩落孔爆破后才起爆的,這一措施是通過(guò)應(yīng)用不同段別的非電半秒延期雷管來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了盡量實(shí)現(xiàn)周邊孔同時(shí)起爆,采用同段別電毫秒延期雷管搭配導(dǎo)爆索的方法,即:在周邊孔內(nèi)既裝入相同段別的非電毫秒延期雷管,又裝入導(dǎo)爆索。

  4.4光面爆破參數(shù)見(jiàn)下表

類(lèi)別
孔徑(mm)
孔距(cm)
藥卷直徑(cm)
最小抵抗(cm)
周邊孔密集系數(shù)(cm)
不偶合系數(shù)
線裝藥密度(g/m)
參數(shù)
42
50—60
25
60—70
0.92—0.79
1.68
190

  5、體會(huì)

  5.1由于在桐柏抽水蓄能電站中成功的應(yīng)用了控制爆破技術(shù),使得工程在進(jìn)度、質(zhì)量、安全、經(jīng)濟(jì)等各方面均取得較理想的效果。

  5.2爆破設(shè)計(jì)參數(shù)的選定在施工中具有絕對(duì)的指導(dǎo)意義,體現(xiàn)了科技在生產(chǎn)中的重要作用。

  5.3孔內(nèi)裝藥量應(yīng)根據(jù)孔深、巖性(依據(jù)單位時(shí)間內(nèi)鉆桿進(jìn)尺評(píng)估巖石硬度的差異)、前一次爆破效果等情況對(duì)爆破參數(shù)做適當(dāng)調(diào)整,使之在實(shí)踐中優(yōu)化、改進(jìn)。