水利水電工程爆破施工技術

謝運剛

摘 要：在水利水電工程施工中，爆破施工是常見的施工技術，本文主要是結合工程實際，對某水利水電工程采用“螺旋掏槽”結合“分層裝藥”的爆破技術方案和要求進行了分析，以便在硬韌巖石豎巷爆破中取得較好的爆破效果。

關鍵詞：水利水電工程 爆破技術 分層裝藥 施工

1.前言

某水利水電工程位于河北省境內，在施工中發現巖石多為含石英較多的硬質砂巖，韌性大。按傳統的爆破方法施工難度較大，爆破效率低且破碎巖石拋擲距離遠，增大了施工成本和安全隱患。鑒于此，結合爆破原理和豎直巷道掘進現場爆破經驗，提出“螺旋掏槽”結合“分層裝藥”的爆破技術。

2.理論分析及技術方案的提出

爆破原理分析。爆破的原理大致可以分為兩個階段。第一個階段為所裝的炸藥在圍巖中產生應力波，產生環向和縱向的裂縫，導致巖石出現破碎。第二個階段是爆炸的過程中，會產生強大的氣流，從而形成空腔，最后導致巖石出現破碎，同時因為氣流的作用而向外拋擲。由此可以認為，巖石爆破的過程中，爆炸的能力主要是分布在巖石變形能量和爆炸氣體產生的拋擲能。計算表明，爆炸過程中能量消耗分布為：爆生氣體膨脹消耗的能量為50%—60%，沖擊波能量消耗為10%—20%，無用能約為20%—30%。根據能量守恒定理和上述原理，應提高爆生氣體和沖擊波能量的消耗，同時應減少爆生氣體對破碎巖的作用提高爆破效率。

空眼及掏槽的作用。由于在豎巷掘進中，只有一個自由面，四周受到夾制，要把巖石爆下來比較困難，為此，炮眼布置時，首先要考慮如何創造第二個自由面。在螺旋掏槽中空眼的作用就是創造第二個自由面，當裝藥眼起爆后，將產生強大的爆破力，導致巖石結構被破壞，從而出現破碎，接著依靠產生的巨大的氣流能量將巖石從槽內拋出，從而使得槽內被清空。這就明顯看出，空眼的作用，一方面是對爆炸應力和爆破方向起集中導向作用；另一方面使受壓巖石有必要的碎脹補償空間。因此，空眼在掏槽中起著極為重要的作用。相對整個工作面來說，掏槽使工作面形成第二個自由面，為其他炮眼的爆破創造有利條件，掏槽的好壞對提高破巖效率、循環進尺都起著決定性的作用。螺旋掏槽是圍繞空眼逐步擴大的掏槽，能形成較大的掏槽面積，其優勢更加明顯。

分層裝藥的作用。分層裝藥能使藥量在空間上錯開布置，增大炸藥的作用范圍，減少拋擲的距離；分層的結構形式，能使淺的一層有更多的“空眼”，對深的一層來說，在淺的一層爆破后，對深的一層就有一定的破壞作用，這樣有助于深的一層的爆破，提高爆破能的利用率。綜上，分層裝藥的爆破類型能很好的提高爆破效率。

人工挖孔掘進施工表明，在同等炮眼數量和裝藥量的前提下。掏槽方式顯得尤為重要。直眼掏槽優于斜眼掏槽，直眼掏槽方式的爆破效率高。且直眼掏槽不受斷面的限制。對于硬韌的巖石爆破，直眼掏槽中的螺旋掏槽更顯示出優越性。根據掏槽時空眼的原理和增大炸藥爆力作用范圍的思路提出分層爆破的形式。下面淺談“螺旋掏槽”結合“分層裝藥爆破形式”的爆破技術的運用。

3.爆破施工技術

爆破參數的計算。根據實驗，在空眼數和空眼直徑一定時，要想獲得理想的掏槽效果，必須使空眼與裝藥眼的間距相匹配，如眼距過大，爆破易出現“沖炮”現象；眼距過小，又將造成巖石的過度粉碎、掏槽體積小、槽內巖碴被壓死拋不出，甚至還會將相鄰炮眼中的裝藥“擠實”而拒爆，或使相鄰炮眼過早殉爆而打亂起爆順序等不良效果。總之，在不同巖石中的合理眼距值須經反復試驗而確定。一般情況下，當裝藥眼和空眼直徑一樣時，裝藥眼和空眼的間距可參考下式確定：

L1=（1—1.8）d、L2=（2—3.5）d、L3=（3—4.5）d、L4=（4—5.5）d；

d—孔眼直徑（與裝眼直徑相同），mm；

L1、L2、L3、L4—眼距，mm。當巖石堅韌難爆時，取下限值；巖石易爆時，取上限值；

最小抵抗線w=（0.5—0.9）H；

炮孔間距a=（0.8—2.0）w；

排距b=（0.8—1.2）w；

淺孔深度H=1.2m；

深孔深度h=1.6m；

爆破藥量Q=0.33e.q.a.b.h（e值查表1，q=2.1—3.25kg/m3），每個炮孔爆破的裝藥量大致為炮孔深度的1/3—1/2左右。

炮眼布置。炮眼布置原則：①嚴格按螺旋掏槽形式布置掏槽眼；②嚴格按計算出的炮眼布置參數布置炮眼；③按梅花型布置炮眼；④輔助眼和周邊眼應按抵抗線大致相等的原則，均勻布置，并且眼底到自由面的距離（即計算抵抗線）不能大于炮眼裝藥所能克服的最大負載（可按表2選取）；⑤周邊眼因按爆破斷面輪廓線布置。炮眼布置圖見圖1、圖2、圖3。

采取相應的爆破措施。為了達到理想的爆破效果，在爆破上應采取以下措施：

（1）對于掏槽眼的用藥量不考慮裝藥長度與炮眼長度的比值，而是從眼底一直裝到眼口的適當位置（根據試驗確定位置），以確保眼中各點的巖石都能得到同樣的粉碎效果。其余炮眼的裝藥量可按照上述裝藥量公式計算。

（2）采用反向起爆方法。即裝藥時，起爆藥包反裝于眼底，不填底藥，藥包的聚能穴正對傳爆方向，雷管聚能穴朝向眼口。此法能提高炮眼利用率；減小巖石的破碎塊度；降低炸藥消耗量；處理瞎炮也較安全，可以掏出炮泥重新放人起爆藥包起爆。但，應注意孔內有水時，需加強防水措施。

（3）螺旋掏槽眼爆破后，往往槽子中存留壓實的巖碴，影響輔助眼的爆破效果，為了將巖碴易于拋出眼外，通常將空眼加深300mm左右，在眼底裝上200g炸藥并充填l00mm長炮泥，緊接于掏槽眼之后反向起爆，即可將巖碴拋出槽外。

（4）用毫秒電雷管起爆，全斷面共用六段毫秒電雷管，掏槽眼起爆順序為l、2、3、4。輔助眼為5、周邊眼為6。

爆破效果。在相同的爆破器材損耗的情況下，用傳統的爆破技術，每次掘進深度為65cm左右，拋擲距離約為30m。用螺旋掏槽結合分層裝藥這一爆破技術，每次掘進深度可達85cm，拋擲距離控制在10m左右。

4.結語

“螺旋掏槽”結合“分層裝藥”的爆破技術，是一種集兩者優勢的爆破技術，其不但有“螺旋掏槽”避免帶炮、擠死炮眼、連續制造自由面和掏槽面積大等優勢，而且“分層裝藥”能讓自由面相對增加，提高爆破效率，并且施工過程較簡單，可行性高。在水利水電工程施工中以最少的投入達到最大的收益，以提高垂直巷道的施工進度和綜合經濟效益，具有很高的現實意義。采用這一技術后，使得爆破效率提高30%左右，且破碎巖石的拋擲距離得到了很好的控制。

參考文獻：

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