微差爆破技術在石炭系基巖開挖中的應用

周 輝 王學兵 彭愛全

(中國核工業華興建設有限公司)

巖石爆破后粒徑分布是大型石方開采工程極為關心的問題。國內外不少學者在這方面進行研究，如塊度分布函數、爆堆攝影、灰色理論、分形幾何理論、塊度模型等[1-2]。微差爆破技術應用于露天礦山爆破開采,在提高巖石破碎效率,降低爆破振動影響等方面具有關鍵性的作用[3-4]，通過選擇微差時間間隔，實現優化破巖塊度、削弱爆破有害效應的目的。本文在現場作業簡單成熟的工藝基礎上，通過調整具體的爆破設計參數、優化起爆網絡，實現爆后物料的級配，同時控制爆破的有害效應。

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程是葉爾羌河干流山區下游河段的控制性水利樞紐工程，是葉爾羌河干流梯級規劃中“兩庫十四級”的第十一個梯級，在保證向塔里木河生態供水和灌溉的前提下，滿足防洪、發電等綜合利用功能。

阿爾塔什水利樞紐工程高邊坡巖體主要由海相沉積的中厚層石炭系灰巖和白云質灰巖組成，單層厚5～30 cm,最厚處為60 cm左右，料場地形呈NNW向基巖山梁，長400～600 m，寬300～450 m，山頂高程為2 075 m，坡面基巖裸露，自然邊坡為40°～60°，巖層產狀330°～350°SW∠71°，無大斷層分布。該工程自西向東跨越2個大構造單元,即米亞斷裂以西的西昆侖褶皺帶和米亞斷裂以東的塔里木地臺南西構造。東側距阿爾塔什斷裂1.0～2.1 km,西距米亞斷裂12 km,樞紐區50 a超越概率10%基巖水平向峰值加速度為179 .9 gal,相應地震基本烈度為Ⅷ。阿爾塔什水利樞紐高邊坡石炭系基巖巖體特征見表1。

2 爆破設計

2.1 深孔臺階爆破參數優化

深孔臺階爆破的基本要素如圖1所示，其中，H為臺階高度，l為孔深，Wd為底盤抵抗線，B為臺階面上從鉆孔中心至坡頂線的安全距離，l1為裝藥長度，l2為堵塞長度，h為超深，a為孔間距，b為排間距,α為臺階坡面角[5-7]。

臺階高度H=15 m；根據現場周邊環境、巖石性質及機械設備現狀，選擇鉆孔直徑D=115 mm。

底盤抵抗線為

Wd=(20～50)D.

(1)

計算得出Wd=2.3～5.75 m。

超鉆深度為

h=(0.15～0.35)W.

(2)

計算得出h=0.345～2.01 m，實際取值1.5 m。

鉆垂直孔,鉆孔深度為

l=H+h.

(3)

計算得出l=16.5 m。炮孔填塞長度l2=4.0～5.5 m。

炮孔間距為

a=(25～50)D。

(4)

計算得出a=2.875～5.75 m。

炮孔排距為

表1 阿爾塔什水利樞紐高邊坡石炭系基巖巖體特征

圖1 深孔爆破臺階要素b=(0.6～1.0)W .

(5)

計算得出b=1.725～5.75 m。

依實際爆破效果經驗，炸藥單耗q取0.3～0.5 kg/m3。

采用矩形布孔，逐排減少炮孔數量，炮孔布置見圖2。具體參數見表2所示。

項目臺階高度H/m孔徑D/mm鉆孔傾角/(°)超深h/m鉆孔最大孔深L/m底盤抵抗線Wd/m孔距a/m排距b/m設計炸藥單耗q/(kg/ m3)最大單孔裝藥量Q/kg堵塞長度/m優化前15115901.516.54.0540.4120>4.5優化前15115901.516.54.24.74.10.4115>4.5

2.2 裝藥結構

采用連續裝藥結構，每個孔裝2發同段別導爆管雷管，起爆藥包分別置于距離炮孔底部、裝藥段上部0.5～1.5 m處，詳見圖3。

圖3 連續裝藥結構示意

2.3 起爆網絡

起爆網絡分為3個區域，每個區域炮孔分別安裝MS9、MS11、MS13段導爆管雷管；孔外排間采用MS5段導爆管雷管延期，形成逐區塊起爆網絡；采用雙發電雷管引爆。起爆網絡見圖4。

3 爆破效果

現場石料級配要求為最大粒徑dmax≤600 mm,小于5 mm含量少于20%，小于0.075 mm含量少于5%，不均勻系數Cu>25，級配連續，孔隙率n不大于19%，干容重γd=22.0 kN/m3。爆破后物料進行顆粒篩分試驗及大壩碾壓挖坑試驗，爆破效果見圖5。實測爆破料粒徑分布見圖6。爆后石料級配包絡曲線大部分在設計的上、下包絡線范圍內，石料各粒徑的顆粒含量滿足設計要求；通過計算各篩分料的不均勻系數和曲率系數，得出爆破料級配良好，且碾壓試驗參數能很好地滿足爆破料設計要求和施工要求，達到了預期的目標。

圖4 起爆網絡

圖5 爆破效果

圖6 爆破料粒徑實測分布圖▲—爆破料上包絡線；◆—爆破料下包絡線；■—實測篩分線

本次爆破一次鉆孔60個，合計鉆孔900 m,計劃一次爆破方量約15 000 m3,共使用工業炸藥5 883 kg，其中，乳化炸藥4 875 kg，膨化硝銨炸藥1 008 kg；實際裝運方量約13 370 m3,實際單耗為0.44 kg/m3。本次松動爆破的爆堆巖石塊度小、大塊率低，挖裝效率滿足現場施工需求，有效控制了飛石大小及距離，同時減弱爆破振動速度，保證邊坡穩定。相比優化前的弱松動爆破，單耗相差不大，但是減少了大塊的產生，粒徑分布均勻，相應地降低了二次破碎的直接費用、人工費以及工期延誤的費用，取得了較好的經濟效果。

4 結 論

針對石炭系基巖爆破開挖施工，孔內采用MS9、MS11、MS13段位非電雷管，孔外采用MS5段非電雷管延時起爆網絡實現微差時間優化，調整一次鉆孔數量，并優化裝藥結構、堵塞長度、孔距、排距等參數。爆破后，炸藥單耗與優化前基本一致，使爆破物料的粒徑分布區間符合施工需求，大大減少爆破后二次破碎量，控制爆破成本，實現最大經濟效益目標，對類似條件爆破設計具有一定的參考價值。