長河壩水電站壩料混裝炸藥開采技術研究

陳 曦，王 寧

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066)

1 工程概況

長河壩水電站大壩為礫石土心墻堆石壩，最大壩高240 m[1]。大壩填筑量約3 300萬m3，壩體填筑量大，石料開采量大。填筑石料主供料場為響水溝石料場和江咀石料場。其中，江咀料場位于大壩下游磨子溝內，總體沿磨子溝左側坡面布置，單面臨空，在特殊的少數民族地區，開采區對面山坡有居民，受料場開采影響較大。為滿足壩體填筑料供應需求及減少爆破開采對周圍居民的影響，需采取合適的爆破開采技術。

經分析及前期應用，傳統的成品炸藥在長河壩水電站應用中主要存在如下問題：

(1)安全風險大。成品炸藥感度高[2]，在儲存、運輸和使用過程中，稍有不慎就容易導致爆炸事故，造成人員傷亡或財產損失。若流失到犯罪分子手中，將會給人民的生命財產造成極大的威脅，在甘孜藏區還會造成極壞的政治影響[3]。

(2)延誤爆破施工進度。大壩填筑進入高峰期后，日均炸藥用量很大，由于交通不便經常堵車和工地炸藥庫核定儲存空間有限，會導致因炸藥到不了位而延誤爆破施工進度。

(3)影響爆破質量。當爆破料場內部的巖石時，由于巖石越來越致密堅硬，巖石的波阻抗會增大，為了保證爆破效果，所用炸藥的波阻抗要相應加大，即炸藥的爆速和裝藥密度要增大，但成品炸藥受生產線流水作業的限制，其爆速和裝藥密度基本無法改變，相對于致密堅硬巖石波阻抗偏小，導致爆破后石料中細顆粒含量少[4]。另外，成品炸藥在裝藥過程中經常會卡藥，造成炸藥裝不到位，實際裝藥量小于設計裝藥量，導致爆破后產生較多的大塊和根底。成品炸藥一般為不耦合裝藥，炸藥的爆炸能量散失的較多，深孔爆破容易產生根底。成品炸藥生產出來之后，經過長期存放與長途顛簸后，炸藥性能會有所下降，從而影響爆破質量。從2012年12月份起，隨著響水溝料場爆破的深入，成品炸藥存在的上述問題就開始出現。

(4)大壩填筑進入高峰期后，日均炸藥用量很大，若仍然用人工裝成品炸藥，不僅爆破作業人員體力消耗大、易疲勞，而且搬運炸藥和裝藥花費的時間也會很長，導致爆破作業時間延長。人員疲勞就容易產生安全隱患甚至安全事故。

根據文獻[5- 6]，相比于傳統的成品炸藥，現場混裝炸藥具有安全、高效、可靠、環保的優點。因此，為減少火工用品帶來的負面影響，并基于上述優點，針對長河壩水電站工程研究采用混裝炸藥開采技術。本文主要研究如何確定合理的混裝炸藥參數及如何高效完成裝藥。

2 爆破試驗

根據規劃，混裝炸藥若能夠成功引進，將主要用于江咀石料場的堆石爆破作業。因此，現場混裝炸藥爆破試驗在江咀料場進行。混裝炸藥所用的乳膠基質由康定地面站生產后，采用專用運膠車保溫運輸至在長河壩工地的貯膠站，再泵送至貯膠罐內貯存。在使用時，由貯膠罐放至混裝車內，再運至爆破現場進行炸藥混制和裝藥爆破。為獲得合適的混裝炸藥參數，現場進行了2批次爆破試驗。由于混裝炸藥適合用機械裝藥，因此試驗中采用混裝炸藥車代替人工進行裝藥。

2.1 第1批次爆破試驗

第1批次的爆破試驗共兩場，首場爆破量5 000 m3，總裝藥量2 952 kg，臺階高度15 m，鉆孔超深2 m，鉆孔角度90°，鉆孔直徑115 mm，孔距5 m，排距4 m，堵塞長度4.5 m，線裝藥密度15 kg/m，單孔藥量180 kg，連續、耦合裝藥，實際單耗0.59 kg/m3。第二場爆破量12 500 m3，總裝藥量7 316 kg，臺階高度15 m，鉆孔超深2 m，鉆孔角度90°，鉆孔直徑115 mm，孔距5 m，排距4 m，堵塞長度4 m，線裝藥密度14 kg/m，單孔藥量180 kg，連續、耦合裝藥，實際單耗0.60 kg/m3。跟蹤現場爆破后得出結論如下：

(1)兩場爆破試驗中，爆破時間較晚且爆破時伴有小雨，故未能布置振動測試儀器。

(2)兩場爆破試驗過程中，石料場多巖隙裂縫，地質條件不佳，個別孔混裝炸藥裝藥滲漏現象明顯。爆破后孔口堵塞段大塊明顯較多，顆分試驗顯示爆破料整體偏粗，不能滿足正常堆石料上壩填筑技術要求，且兩場爆破的級配大致相同，圖1為顆粒級配曲線。

(3)爆堆堆積高度降低不多，拋擲較少，爆破后沖明顯，拉裂破壞范圍較大。

圖1 第1批次爆破級配曲線

通過分析發現，第1批次的爆破主要存在以下問題：

(1)部分區域爆破效果不理想，經分析主要原因可能為前排底盤抵抗線過大，爆破排數較少(兩排)，沒有明顯的擠壓效果。

(2)試爆區裝藥過程存在漏藥現象，成孔位置存在較大裂隙、料場部分臨邊區域下側存在原用于金礦勘探的探洞。

(3)試爆區爆破后表層大塊石較多，經分析主要原因可能為原設計頂部堵塞長度過大，此外，炸藥發泡較慢及巖石裂隙造成炸藥滲漏也導致實際孔頂堵塞長度小于設計堵塞長度。

針對前2場爆破試驗中混裝炸藥表現出來的主要問題，經分析，初步擬定以下解決方案：

(1)調整混裝炸藥配方，增加混裝炸藥稠度，在控制范圍內削弱其流動性，從而減少狹小裂縫藥體滲漏現象。

(2)減少裝藥孔頂部堵塞長度，初步擬定為由4.5 m調整為3 m。

(3)全程跟蹤鉆孔，對出現金礦小巷道的孔進行記錄，對炸藥滲漏孔采用分段裝藥方式，防止炸藥滲漏，巖石條件嚴重破碎及受礦洞影響的孔采取塑膜裝藥。

(4)減少最后一排孔的單孔裝藥量，即對最后一排孔分兩段進行空氣間隔裝藥，間隔距離1 m。

2.2 第2批次爆破試驗

在第2批次爆破試驗進行前，針對第1批次爆破試驗出現的藥體滲漏現象，在混裝炸藥地面站處，進行配合比調整及配方優化試驗。整個優化主要從兩個方面增加炸藥稠度：①將乳膠基質的水油相比例從初期選定的93.5∶6.5調整為94∶6，如表1所示；②更換油相配方中乳化劑廠家，選用更高標準的乳化劑產品，從而提高乳化效果。

表1 水相、油相配方

第2批次的試驗共3場，單場爆破量12 000～14 000 m3。本批次中各場次的裝藥結構根據鉆孔情況進行，經現場跟蹤，第一場爆破仍采用連續耦合裝藥方式，后兩場爆破末排采用空氣間隔裝藥，共分兩段，空氣間隔1 m，巖石破碎段視情況采用間隔裝藥或套袋裝藥方式進行，以減少混裝炸藥滲漏現象。除裝藥結構外其他試驗主要參數如表2所示。

表2 爆破參數

表3 振動數據

本批次爆破根據前期試驗出現的情況進行調整采取防滲漏措施，各場次爆破顆粒級配曲線如圖 2～4所示。

圖2 第一場爆破試驗顆粒級配曲線

圖3 第二場爆破試驗顆粒級配曲線

圖4 第三場爆破試驗顆粒級配曲線

可以看出，3場次的顆粒級配曲線在上下包線之間，基本滿足堆石料級配及開挖要求。但是20～80 mm粒徑的巖塊略偏少，由于爆破對巖石的破壞，20～80 mm粒徑的巖石產生在爆破作用的壓縮圈、破裂圈內，而壓縮圈、破裂圈的范圍與藥包半徑有關。之前成品炸藥爆破能夠滿足堆石料級配，且與混裝炸藥爆破孔徑一致，所以導致20～80 mm粒徑的巖石含量波動主要是由于受到巖層裂隙影響。

為驗證所確定的混裝炸藥參數及爆破參數的合理性，避免因振動過大，對周圍居民產生影響，第2批各場次爆破試驗均采用振動測試儀器進行了爆破振動監測。在距離爆破邊緣120 m處，放置振動測試儀，具體振動測試數據如表3所示。

根據規程[7]，一般民房爆破振動的允許振速V為2 cm/s，采用公式計算允許安全距離R為78.02 m，施工爆破現場78.02 m范圍內無民房。所以混裝參數及爆破參數滿足規程要求。

爆破效果分析如下：

(1)爆破塊度。經過對滲漏孔進行塑膜裝藥處理后，大塊較少，基本滿足堆石料級配要求。通過多場次試驗后，發現造成大塊原因主要為堵塞過長及巖石裂隙、金礦洞子造成炸藥滲漏。

(2)爆堆形態。爆堆堆積高度下降明顯(約2 m)，拋擲距離滿足挖裝要求，利于挖裝的安全施工。

(3)爆破安全。無盲炮，人身、財產、建(構)物安全。

(4)爆破后沖。后沖減少，拉裂破壞范圍變小。

3 混裝炸藥的應用

經現場爆破試驗，堆石料的開采采用第2批次的爆破參數，爆破結果表明，效果良好，極大地降低了爆破成本，經濟效益顯著，同時，對于安全文明施工及環、水保方面有著良好的表現，具有較大的社會效益。

3.1 經濟效益

(1)采用混裝炸藥車裝藥，1個混裝車操作工配合2個爆破工，每分鐘裝藥效率可高達450 kg，相當于10～15人的裝藥能力，節約50%的人工投入，減少40%的裝藥時間，從而節省了爆破作業時間，大大降低了作業人員的勞動強度。混裝炸藥減少了包裝、儲存、長距離運輸、流通等工序，可大幅降低炸藥供應成本，大大提高了民用爆炸物品生產、儲存、運輸和使用等各環節的安全性，保障工程安全與環保。

(2)混裝乳化炸藥具有體積威力大、爆速高、完全耦合裝藥等特點，其孔網參數比傳統的孔網參數大，鉆孔延1 m爆破方量比傳統爆破大1.2倍以上，1 m3鉆孔量節省16%，鉆孔工作效率提升39%，有效降低鉆孔成本。混裝炸藥爆破單價比成品炸藥節約約3 元/m3。

3.2 社會效益

(1)更安全。在儲存、運輸過程中都是半成品，只有到現場混裝炸藥車將車上半成品混拌裝入炮孔內敏化之后才成為真正意義上的炸藥，炮孔內敏化后的混裝炸藥不具有雷管感度與摩擦沖擊感度。而且，由于采用生產與裝藥爆破一體化的施工模式，現場用多少就生產多少，剩余的半成品可返回地面站內儲存，真正實現了柔性化生產，不存在炸藥流失等安全隱患，且所需涉爆人員的數量少，所以混裝炸藥的安全性非常高。

(2)更可靠。混裝炸藥的爆速和裝藥密度可以根據現場巖性進行調整，能夠很好的與被爆巖石的波阻抗進行匹配，確保爆破效果。混裝炸藥的流動性與流散性較高，在裝藥過程中不會卡藥，能保證實際裝藥量滿足設計要求。混裝炸藥為耦合裝藥，能減少炸藥爆炸能量的散失，降低巖石爆破后的根底率和大塊率。混裝炸藥在現場生產后可直接爆破，炸藥的質量可靠性高。

(3)更環保。成品炸藥在裝藥過程中人工直接接觸炸藥，不利于職業健康，同時裝藥后現場會殘留大量炸藥包裝物，不利于環保與文明施工。而混裝炸藥則不存在以上問題，所以也更有利于職業健康與環保。

4 結 論

(1)通過2批次的混裝爆破試驗，確定了合理的混裝炸藥爆破參數，試驗結果表明，采用該爆破參數爆破出來的堆石料基本滿足級配要求。通過對爆破振動速度進行及飛石的監測，結果表明不會對周圍居民造成影響，滿足規程要求。

(2)采用混裝炸藥車裝藥，迎合了混裝炸藥適用于機械化作業的特點，提高了裝藥速度和爆破作業效率，節省了人工投入。

(3)實踐證明，混裝炸藥具有明顯的經濟效益，比成品炸藥節約約3元/m3，同時也具有明顯的社會效益，在安全性、可靠性、環保性方面成效顯著。

(4)研究所確定的現場混裝炸藥爆破作業方式滿足了大壩填筑對料場石料爆破質量和進度的要求。因此，所研究的現場混裝炸藥技術在水利工程石料場開采爆破施工中具有極大地借鑒意義。

[1] 熊雄. 長河壩水電站工程建設管理綜述[J]. 水力發電, 2016, 42(10): 1- 4．

[2] 胡慶賢. 炸藥感度評價方法的探討[J]. 含能材料, 2000(3): 127- 129．

[3] 吳高見. 高土石壩施工關鍵技術研究[J]. 水利水電施工, 2013(4): 1- 7．

[4] 李夕兵, 古德生, 賴海輝, 等. 巖石與炸藥波阻抗匹配的能量研究[J]. 中南礦冶學院學報, 1992(1): 18- 23．

[5] 周偉光, 孫倫奎. 現場混裝乳化炸藥技術的應用新進展[J]. 廣東化工, 2017, 44(1): 60, 90．

[6] 葉圖強, 鄭旭炳, 汪旭光, 等. 裝藥車制乳化炸藥的試驗研究[J]. 含能材料, 2008(3): 262- 266．

[7] GB 6722—2003 爆破安全規程[S]．