Kuz-Ram爆破塊度預(yù)報模型在Jatigede大壩堆石料爆破開采中的研究與應(yīng)用

楊 尹， 蔡 云， 尹 斌

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 工程概述

Jatigede 大壩為粘土心墻堆石壩，位于南緯6°52′00″與東經(jīng) 107°48′00″的印尼西爪哇省Sumedang縣Cimanuk河上，距首都雅加達220 km， 距西爪哇省首府萬隆市85 km。大壩壩高110 m，總填筑量約570萬m3，其中3A型堆石料(最大粒徑400 mm)120萬m3,3B型堆石料(最大粒徑800 mm)250萬m3。工程開發(fā)的首要任務(wù)是為下游約9萬hm2農(nóng)田提供灌溉用水；其次為供應(yīng)Indramayu、Cirebon和Cirebon Kodya 三個地區(qū)的城鎮(zhèn)工業(yè)與生活用水及發(fā)電。Jatigede 水庫的控制流域面積為1 460 km2，水 庫 總 庫 容 為

10.62億m3，電站裝機容量為110 MW，多年平均發(fā)電量約4.5 億kW·h。

Jatigede大壩施工的特點是大壩填筑量大，總填筑量約570萬m3；石料來自距大壩約7 km的Julang山采石場，施工運輸距離為23 km；施工強度高，月高峰填筑強度超過40萬m3，典型剖面見圖1。

圖1 Jatigede大壩典型剖面圖

2 堆石料設(shè)計要求

堆石料的開采必須滿足設(shè)計的級配、粒徑要求。堆石料控制爆破技術(shù)系通過開采爆破試驗確定滿足設(shè)計要求的爆破參數(shù)，從而直接通過鉆孔爆破開采出滿足設(shè)計級配要求的堆石料。

Jatigede大壩的堆石料來自大壩左岸上游約6.5 km的Julang山采石場爆破開采的安山巖，風(fēng)化程度為新鮮～微風(fēng)化。

Jatigede大壩堆石料級配控制參數(shù)為：

3A堆石區(qū)：最大粒徑400 mm，粒徑小于5 mm的含量為2.5%～24%，壓實干密度為2.2 g/cm3(表1)；

3B堆石區(qū)：最大粒徑為800 mm，粒徑小于5 mm的含量為0%～15%，壓實干密度為2.15 g/cm3(表2)。

表1 Jatigede 大壩工程Gunung Julang安山巖過渡料3A料設(shè)計級配表

表2 Jatigede 大壩工程Gunung Julang安山巖過渡料3B料設(shè)計級配表

3 塊度分布模型的發(fā)展

自上世紀60年代以來,世界各國學(xué)者在爆破巖體塊度控制方面做了大量的研究工作，提出了十余種研究爆破塊度分布的數(shù)學(xué)模型。概括起來大致有四類：即能量理論模型、應(yīng)力波理論模型、塊度分布函數(shù)模型以及新近發(fā)展起來的損傷力學(xué)模型。各種數(shù)學(xué)模型均有一定的適用條件和局限性,在理論性和實用性上各有長短。

Kuz-Ram模型是庫茲涅佐夫(Kuznetsov)和羅森拉姆(Rosin-Rammler)模型的結(jié)合。前者研究的是爆破的平均塊度,后者研究的是塊度的分布特征。該模型是用篩下累計為50%的篩孔尺寸為平均塊度X50和塊度分布的均勻性指標n來預(yù)測爆破塊度,它賦予塊度分布曲線粗粒部分十分良好的相關(guān)性,其基本數(shù)學(xué)表達式為:

X50=Aq-0.8Q1/6(115/E)19/30

(1)

(2)

(3)

式中A為巖石堅固系數(shù)(A=7，為中硬；A=10,為節(jié)理發(fā)育，A=13,為節(jié)理不發(fā)育 )；q為炸藥單耗，kg/m3；Q為單孔裝藥量,kg；E為炸藥相對威力(銨油炸藥為100)；X50為爆破塊度平均粒徑，cm；X0為特征塊度，累計率為63.21%時的尺寸；x為石粒粒徑；R為小于某粒徑材料質(zhì)量百分比；n為不均勻系數(shù)；e為鉆孔精度標準差，一般取鉆孔深度5%；W為最小抵抗線；m為間距系數(shù)(孔距/抵抗線)；d為炮孔直徑；L為不計超鉆部分的裝藥長度。

4 現(xiàn)場試驗對模型的檢驗和修正

庫茲(Kuz)-拉姆(Ram)模型中的參數(shù)除了A(巖石堅固系數(shù))和n(不均勻系數(shù))以外的參數(shù)都可以通過爆破參數(shù)獲得。在實踐過程中，只需要通過少量的爆破試驗對A值和n值進行修正，即可以較為準確地解析出其在該爆破參數(shù)下的級配曲線;同時，當采石場地質(zhì)條件發(fā)生變化時，只需要少量開采料進行篩分試驗，修訂開采料的A值和n值，即可以快速地預(yù)報爆破料的級配曲線。通過引入修正系數(shù)Kx和Kn對平局塊度X50和不均勻系數(shù)n進行修正，從而得到修正后的庫茲(Kuz)-拉姆(Ram)模型：

X50=KxAq-0.8Q1/6(115/E)19/30

(4)

(5)

4.1 爆破試驗

在Jatigede大壩堆石料爆破試驗過程中，首先進行了兩組3B料爆破試驗，獲得了爆破料篩余量累積曲線。

4.2 Kx修正系數(shù)

通過對所計算的爆破平均粒徑和爆破試驗的篩分結(jié)果的平均粒徑進行對比(篩分結(jié)果見圖2)，可以得到Kx值并對塊度模型進行修正。

4.3 Kn修正系數(shù)

當R=50%時，X=X50，將值帶入式2，可以得到X0和X50的關(guān)系式(式6)。

(6)

圖2 爆破料余量累積曲線圖

表3 3A料爆破試驗參數(shù)表

表4 Rosin-Rammler解析的3A料粒徑表

圖3 3A料預(yù)報結(jié)果與實際篩分結(jié)果表

通過將篩分累積曲線中的X0和X50帶入式(6)和可以計算得到的爆破料的實際n值，將設(shè)計值和計算值進行對比，可以得到Kn值從而對塊度模型進行修正。

采用Kx=0.5和Kn=0.73對式6進行修正，得到修正后的模型公式7、8。

X50=0.5Aq-0.8Q1/6(115/E)19/30

(7)

(8)

5 塊度預(yù)報成果的應(yīng)用

獲得修正模型后，修正的模型被用于3A料的爆破試驗，由式7、8解析出分布曲線。

經(jīng)過爆破試驗的修正后，庫茲(Kuz)-拉姆(Ram)模型解析的塊度R-R分布曲線與爆破篩分累積曲線非常接近，見圖3；3A和3B填筑料爆破試驗參數(shù)見表5、6。

表5 試驗參數(shù)和模型參數(shù)對比表

表6 試驗參數(shù)和模型參數(shù)對比表

6 結(jié) 語

庫茲涅佐夫(Kuznetsov)- 羅森拉姆(Rosin-Rammler)模型的數(shù)學(xué)計算相對比較簡單，其計算成果可以繪制成塊度分布曲線。通過爆破試驗，對模型中的A值(巖石堅固系數(shù))和n值(塊度均勻性指標)的修正，可以使公式適應(yīng)不同的巖石和爆破參數(shù)。通過修正后的公式，可以利用爆破參數(shù)(如最小抵抗線W，孔距a，排距b，炸藥單耗q，炮孔直徑d等)較為準確地對爆破塊度進行量化分析，提供了一種較為成熟的、快速確定爆破料級配曲線的方法。通過塊度模型的應(yīng)用，可以提高爆破試驗的效率，同時，當?shù)刭|(zhì)條件發(fā)生變化時，該模型可以用于快速調(diào)整爆破參數(shù)。

參考文獻：

[1] 張正宇，等.現(xiàn)代水利水電工程爆破[M].北京：中國水利水電出版社，2003.