水利工程超深豎井正掘法施工爆破參數(shù)的優(yōu)化

袁 赟， 張 維

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

水利工程超深豎井正掘法施工爆破參數(shù)的優(yōu)化

袁 赟， 張 維

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

新疆某工程KS9勘探試驗洞豎井設(shè)計井深687 m，開挖直徑D=7.2 m。由于豎井圍巖以花崗巖為主，巖石堅硬，鉆爆施工采用液壓傘鉆施工。施工前期，由于進(jìn)尺效果差，施工中一直錯誤地采取增大單耗以期達(dá)到提高進(jìn)尺的目的，由此造成炸藥單耗居高不下，施工成本增加。在根據(jù)實際爆破效果逐步調(diào)整爆破參數(shù)后，基本達(dá)到了穩(wěn)定進(jìn)尺、降低單耗的目的。

超深豎井；堅硬巖體；爆破；參數(shù)優(yōu)化

1 工程概述

新疆某工程KS9勘探試驗洞S2豎井設(shè)計深度為687 m，開挖凈直徑為7.2 m。豎井施工主要采用正掘法施工，YSJZ4.8四臂液壓鉆造孔，鉆機(jī)成孔孔徑為55 mm，裝2#巖石φ45乳化炸藥，非電雷管起爆，石方爆破后利用布置于井口的兩套型號分別為2JKZ-3.6/12.96及JKZ-3.2×3的主副提升系統(tǒng)裝5 m3吊罐出渣，井內(nèi)布置D=7 m雙層吊盤作為豎井施工期間的工作平臺使用，吊盤利用布置于井口四面的11臺穩(wěn)車系統(tǒng)作為吊盤起落裝置。

由于該工程豎井施工總工期約為12個月，進(jìn)場后因前期準(zhǔn)備工作緣故，豎井石方開挖直至7月方正式開始，豎井實際施工總工期僅為9.5個月，因此，如何調(diào)整布孔參數(shù)及裝藥結(jié)構(gòu)、進(jìn)而提高爆孔利用率對開挖工期至為關(guān)鍵。

2 工程地質(zhì)情況

新疆某工程KS9勘探試驗洞豎井圍巖為新鮮巖體，巖性為肉紅色花崗巖，中粗粒斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶主要為鉀長石，基質(zhì)為石英、斜長石、角閃石等隱晶質(zhì)物質(zhì)。豎井超前地質(zhì)勘探巖芯整體較完整，多呈長柱狀，柱長一般為15～30 cm，最長可達(dá)60～80 cm，新鮮圍巖節(jié)理裂隙不發(fā)育，節(jié)理面多平直、粗糙，無充填，局部裂面上可見鐵銹色氧化物附著。巖芯表面光滑、光亮，巖石堅硬、致密、新鮮。豎井整體圍巖穩(wěn)定，巖石干密度為2.74 g/cm3，飽和密度為2.75 g/cm3，飽和抗壓強(qiáng)度為130 MPa，干抗壓強(qiáng)度為173 MPa，該工程超前地質(zhì)勘探孔資料如圖1所示。

圖1 S2豎井柱狀圖

基本性能參數(shù)單位參數(shù)值鉆臂數(shù)量個4炮眼圈徑mm1400～8200收攏后外形尺寸(外接圓直徑×高度)mm2250×8300動臂左右擺動角度°左右各60鉆架重量kg8200泵站重量kg3000(不含油)鉆孔直徑mm55鉆孔深度mm4500適應(yīng)釬具B32釬桿,φ55釬頭類型特征沖擊回轉(zhuǎn)式?jīng)_擊機(jī)構(gòu)沖擊能J150沖擊頻率Hz65工作壓力MPa13-15工作流量L/min≤65回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)最大轉(zhuǎn)矩N·m320額定轉(zhuǎn)速r/min180工作壓力MPa≤14工作流量L/min≤30沖洗水壓力MPa1.5沖洗水流量L/min30壓縮空氣壓力MPa0.4-1壓縮空氣流量m3/min2.5類型特征導(dǎo)軌式推進(jìn)方式油缸-鋼絲繩推進(jìn)行程mm5100推進(jìn)力N7000電動機(jī)額定功率kW90×2額定電壓V660/380額定轉(zhuǎn)速r/min1480主泵類型變量柱塞泵工作壓力MPa18

3 造孔設(shè)備

該工程采用YSJZ4.8液壓傘鉆鑿眼，5 m長釬桿配直徑55 mm柱齒合金鉆頭，鉆爆孔深最大為4.5 m。

YSJZ型液壓傘鉆與普通氣動傘鉆相比具有以下優(yōu)勢：

(1)液壓鑿巖機(jī)沖擊功率大，對于同類巖石比普通氣動傘鉆鑿孔速度提高2～3倍，對于巖石硬度系數(shù)f=10以上的硬巖效果更明顯，鉆具具有釬桿粗，剛度好，成孔質(zhì)量好，爆破效率高等特點。

(2)鑿眼時采用水力排屑、液壓傳動沖擊，減少了粉塵，降低了噪聲，改善了工作環(huán)境。

液壓傘鉆平時吊掛在地面，鑿眼前由主提升機(jī)下放到工作面后利用其支撐臂站立在鑿眼工作面，即完成傘鉆安裝過程。

打眼施工時，操作活動臂、調(diào)整工作臂將液壓鉆機(jī)釬桿釬頭對準(zhǔn)炮眼設(shè)計孔位和方向后人工操作相應(yīng)控制閥進(jìn)行鑿眼作業(yè)。

鑿眼完畢，收攏活動臂、工作臂，利用抓巖機(jī)穩(wěn)車吊掛鉤頭吊掛傘鉆，同時收攏支撐臂，最后用主提升機(jī)將傘鉆提升到井口，再利用電動葫蘆移出到檢修位置進(jìn)行檢修維護(hù)待用，完成井上、下傘鉆奪鉤過程。

YSLZ4.8傘鉆的主要技術(shù)參數(shù)、性能見表1。

4 爆破參數(shù)的優(yōu)化

爆破參數(shù)優(yōu)化前，豎井單循環(huán)最大進(jìn)尺為3.5 m，最短進(jìn)尺為2.2 m，單循平均進(jìn)尺為2.5 m，炮孔有效利用率僅為58%，爆破炸藥單耗達(dá)到4.5 kg/m3以上。且從爆破后石渣看，其石渣粒徑大部分小于40 cm，石渣較碎。根據(jù)對爆破后實際效果進(jìn)行分析得知：豎井鉆爆施工進(jìn)尺不理想的原因主要為爆破掏槽效果差。因此，該工程爆破參數(shù)調(diào)整主要以調(diào)整掏槽為主。

4.1 爆破孔的布置

在原爆破參數(shù)基礎(chǔ)上，將原爆破設(shè)計6圈孔調(diào)整為5圈孔。另外，為保證掏槽效果，在掏槽孔內(nèi)增加設(shè)置了1階掏槽孔(圖2)，其布孔參數(shù)如下：

圖2 爆破孔布置圖

(1)一階掏槽：一階掏槽孔深2.5 m，布置半徑為35 cm，布置4個掏槽孔，孔距42 cm，炮孔直徑為55 mm；

(2)掏槽孔：掏槽孔布置以豎井圓心為中心，布置半徑為70 cm，共布置8個掏槽孔，孔位布置環(huán)向間距55 cm，炮孔直徑55 mm，掏槽孔深4.5 m；

(3)主爆孔：主爆孔以豎井圓心為中心，共布置3排，布置半徑分別為1.5 m、2.3 m、3.1 m，三排布置炮孔個數(shù)分別為12、19、25，孔位布置環(huán)向距離分別為72 cm、76 cm、81 cm，炮孔直徑為55 mm，炮孔深度為4 m；

(4)周邊孔：周邊孔以豎井圓心為中心，布置半徑為3.68 m(設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸)，共布置42個孔，孔位環(huán)向間距為55 cm，炮孔直徑為48 mm，炮孔深度為4 m。

4.2 裝藥連線方式

(1)一階掏槽：一階掏槽采用集中裝藥，裝藥自孔底開始，裝4節(jié)φ45 2#巖石乳化炸藥，單孔裝藥長度1.6 m，爆破孔封堵長度0.9 m，采用1段非電毫秒雷管起爆，單孔裝藥2.8 kg；

(2)掏槽孔：掏槽孔采用集中裝藥，裝藥自孔底開始，裝6節(jié)φ45 2#巖石乳化炸藥，單孔裝藥長度為2.4 m，爆破孔封堵長度為2.1 m，采用1段非電毫秒雷管起爆，單孔裝藥4.2 kg；

(3)第一排主爆孔：主爆孔采用集中裝藥，裝6節(jié)φ45 2#巖石乳化炸藥，單孔裝藥長度2.4 m，爆破孔封堵長度1.6 m，采用3段非電毫秒雷管起爆，單孔裝藥4.2 kg；

(4)第二排主爆孔：主爆孔采用集中裝藥，裝5節(jié)φ45 2#巖石乳化炸藥，單孔裝藥長度2 m，爆破孔封堵長度2 m，采用5段非電毫秒雷管起爆，單孔裝藥3.5 kg；

(5)第三排主爆孔：主爆孔采用集中裝藥，裝5節(jié)φ45 2#巖石乳化炸藥，單孔裝藥長度2 m，爆破孔封堵長度2 m，采用7段非電毫秒雷管起爆，單孔裝藥3.5 kg；

(6)周邊孔：周邊孔采用集中裝藥，裝6節(jié)φ32 2#巖石乳化炸藥，單孔裝藥長度1.8 m，爆破孔封堵長度2.2 m，采用9段非電毫秒雷管起爆，單孔裝藥1.8 kg。

4.3 爆破效果

經(jīng)過多次現(xiàn)場試驗，最終確定表2中所列爆破參數(shù)為最優(yōu)，在豎井鉆孔深度為4 m的情況下，單循環(huán)有效進(jìn)尺基本維持在3.5 m左右，爆破孔利用率達(dá)到87.5%，炸藥單耗由原最初的4.5 kg/m3以上下降至2.2 kg/m3，爆破參數(shù)優(yōu)化基本達(dá)到預(yù)期目的。

4.4 優(yōu)化后的爆破參數(shù)

優(yōu)化后的爆破參數(shù)見表2。

表2 優(yōu)化后的爆破參數(shù)表

5 計劃實施的改進(jìn)措施

(1)在對實際爆破效果進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，為達(dá)到節(jié)約成本的目的，下階段將嘗試對孔網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，主要針對崩落孔，計劃將孔距放大到1 m左右。

(2)后期對周邊孔的孔距也將適當(dāng)放大，計劃將周邊孔距放大到60 cm左右。但此種情況下其抵抗線必須保證在65～70 cm左右；當(dāng)調(diào)整周邊孔布孔參數(shù)時，內(nèi)圈三圈崩落孔也應(yīng)做適當(dāng)調(diào)整，其思路是第一圈崩落孔作為輔助掏槽孔，將其抵抗線(圈距)調(diào)整為75～70 cm，后面兩圈崩落孔采用80 cm的抵抗線。

(3)在采取更大的鉆孔孔深時，對4個掏槽孔的鉆孔質(zhì)量(孔深、孔向)一定要嚴(yán)格控制，要求槽孔深度必須超過崩落孔深度。

6 結(jié) 語

筆者通過新疆某工程KS9豎井現(xiàn)場爆破參數(shù)優(yōu)化，在水利工程超深豎井堅硬巖體鉆爆施工過程中，逐步總結(jié)出適合該工程實際情況的爆破參數(shù)，炸藥單耗由4.5 kg/m3降低至2.2 kg/m3，豎井施工火工產(chǎn)品成本節(jié)約50%，且在施工過程中鉆爆孔總數(shù)也由最初的150個孔降低至現(xiàn)階段的110個孔，施工成本及效率得到明顯提高。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017-01-10

TV7;TV554;TV52

B

1001-2184(2017)02-0097-03

袁 赟(1985-)，男，湖北宜昌人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

張 維(1989-)，男，四川閬中人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.