貓兒溝水庫(kù)砂巖料場(chǎng)開(kāi)采爆破試驗(yàn)研究

廖斌LIAO Bin

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第一工程有限公司，宜昌443002）

1 工程概況

貓兒溝水庫(kù)位于四川省廣安市華鎣市慶華鎮(zhèn)境內(nèi)的華鎣河右岸一級(jí)支流貓兒溝上，水庫(kù)樞紐主要由攔河大壩、溢洪道、放空隧洞及取水隧洞組成。攔河大壩采用鋼筋砼面板堆石壩，壩軸線全長(zhǎng)270.00m，壩頂高程304.00m，防浪墻高出壩頂1.20m，河床趾板建基高程255.00m，最大壩高49.00m，壩頂寬度6.00m。正常蓄水位302.00m，設(shè)計(jì)洪水位302.66m，校核洪水位302.96m。上游壩坡1:1.5；下游壩坡1:1.7，共設(shè)三級(jí)馬道，馬道高程分別是292.00m、280.00m 和267.00m，馬道寬度均為3.00m。

貓兒溝水庫(kù)攔河大壩填筑砂巖材料取自賀家梯子巖砂巖料場(chǎng)。賀家梯子巖石碴料場(chǎng)總儲(chǔ)量為173.34×104m3。其中擬開(kāi)采的有用料①層和③層砂巖儲(chǔ)量為38.80×104m3；其中有用料①層用于主堆料，有用料③層用于次堆料。

2 砂巖堆石料設(shè)計(jì)技術(shù)要求

壩體自上游至下游依次為上游石渣蓋重區(qū)（1B）、粉土鋪蓋區(qū)（1A）、混凝土防滲面板、特殊墊層區(qū)（趾板下游端頭接觸部位2B）、墊層區(qū)（2A）、次堆石區(qū)（3A）、砂巖主堆石（3B）、堆石區(qū)（由砂巖料主堆石區(qū)（3C）、砂巖料下游堆石區(qū)（3D）和開(kāi)挖利用料下游堆石區(qū)（3E）三部分組成）及框格梁植草護(hù)坡。根據(jù)上述大壩壩體填筑料源規(guī)劃，本次爆破試驗(yàn)對(duì)象主要為砂巖主堆料及次堆料。主堆料及次堆料顆粒設(shè)計(jì)級(jí)配分別見(jiàn)表1，各砂巖填筑料設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

3 爆破試驗(yàn)機(jī)具及材料

3.1 爆破試驗(yàn)鉆孔機(jī)具

表2 壩體砂巖填筑料技術(shù)指標(biāo)表

爆破試驗(yàn)使用的鉆孔機(jī)械見(jiàn)表3。

3.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)的主要爆破火工器材見(jiàn)表4。

4 爆破試驗(yàn)及成果分析

4.1 試驗(yàn)方案確定

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，結(jié)合以往類(lèi)似巖層爆破經(jīng)驗(yàn)，擬采取孤石解爆試驗(yàn)方案。

4.2 砂巖料場(chǎng)主堆石料爆破試驗(yàn)設(shè)計(jì)

4.2.1 爆破材料及設(shè)備

炸藥：主要采用Φ32.00mm、Φ25.00mm2#巖石乳化炸藥；

傳爆器材：導(dǎo)爆索；

起爆器材：非電雷管和電雷管；

鉆孔機(jī)械：YT-28 型氣腿鉆和CM-351 高風(fēng)壓鉆機(jī)。

4.2.2 孤石解爆爆破參數(shù)

地層40m3以下石方爆破為孤石解爆范疇，按照以下爆破參數(shù)施工[1]。

①最小抵抗線W：

W=（20.00～40.00）d，d-藥卷直徑，采用32.00mm，W=（20.00 ～40.00）×32.00mm=640.00 ～1280.00mm，現(xiàn) 取W=0.70～1.20m。

②炮孔間距a：

a=mW，m-炮孔鄰近系數(shù)，取1.40；

a=（0.70～1.20）×1.4=0.98～1.68m，取1.00～1.50m。

③炮孔排距b：

表1 堆石料顆粒設(shè)計(jì)級(jí)配表

表3 爆破試驗(yàn)鉆孔機(jī)械選型

表4 爆破試驗(yàn)材料計(jì)劃表

b=0.866a，b=0.866×（1.00 ～1.50）=0.866 ～1.30m，取0.90～1.20m。

④裝藥量Q：

Q=qaWH，q-巖石爆破單位耗藥量，0.25～0.55kg/m3，取0.30～0.50；H-孔深，取1.00～2.50m，Q=0.21～2.25kg。

⑤裝藥結(jié)構(gòu)及堵塞長(zhǎng)度：

根據(jù)單位耗藥量、炮孔排間距和孤石大小綜合考慮。采用Φ32mm 藥卷，連續(xù)裝藥，不分層裝藥，由雷管激發(fā)。堵塞長(zhǎng)度根據(jù)孤石具體情況進(jìn)行控制。

⑥起爆方案：

多個(gè)孤石可以同批串聯(lián)起爆，爆破順序按自下而上的方式進(jìn)行[2]。

4.2.3 大體積危巖體處理爆破參數(shù)

地層40.00m3以上石方爆破為大體積巖體爆破范疇，部分巖體爆破方量較大在400.00～500.00m3左右，采取分層預(yù)裂爆破，分層厚度4.00m，按照以下爆破參數(shù)施工。

4.2.3.1 預(yù)裂孔參數(shù)

①炮孔間距a：

據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：a=（7.00～12.00）D；式中：D-鉆孔孔徑，取50.00mm；

a=5.000×（7.00～12.00）=350.00～600.00mm；選用a=50.00cm。

②不偶合系數(shù)：

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：Dd=D/d；D/d=1.30～5.00

D-鉆孔直徑，50.00mm（成孔）；d-藥卷直徑，選用藥卷直徑為Φ25.00mm；

Dd=50/25=2。

③線裝藥密度Qx：

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：

Qx=0.19aσ0.5 式中：

a-孔間距0.30～0.50m；σ-巖石極限抗壓強(qiáng)度，kgf/cm2，本工程初選600.00kgf/cm2。

Qx=0.188×45×24.49=207.2g/m；選用200g/m，底部加強(qiáng)裝藥2～3 倍。

4.2.3.2 主爆孔參數(shù)

裝藥量Q=gabH，g-巖石爆破單位耗藥量，0.25 ～0.55kg/m3，取0.30～0.50；a-主爆孔間距，取1.20m；b-主爆孔排距，取值1.20m；H-臺(tái)階高度，取3.00m；經(jīng)計(jì)算，Q=1.30～3.00kg。單孔裝藥量取值1.20～3.00kg。

4.2.3.3 裝藥結(jié)構(gòu)

預(yù)裂爆破裝藥結(jié)構(gòu)分三方面：孔口堵塞長(zhǎng)度和堵塞方法；線裝藥密度的實(shí)現(xiàn)；底孔加強(qiáng)裝藥。

①預(yù)裂孔采用間隔裝藥，藥卷直徑Φ25 或者Φ32.00mm，炸藥采用乳化炸藥。邊坡線裝藥密度150.00～350.00g/m，孔口用炮泥封堵藥包，堵塞長(zhǎng)度為1.00～1.20m，部分堵塞長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際情況相應(yīng)調(diào)整。

②采用綁竹片，空氣間隔裝藥，同時(shí)注意堵塞時(shí)過(guò)緊對(duì)間隔裝藥的影響。

③預(yù)裂爆破孔底加強(qiáng)裝藥，靠孔口填塞段減弱裝藥。

4.2.3.4 起爆方案

光面爆破孔、預(yù)裂爆破孔提前、滯后前排主爆孔100.00～200.00ms 起爆。預(yù)裂爆破單段起爆藥量不大于50.00kg。

4.3 砂巖料場(chǎng)次堆石料爆破試驗(yàn)設(shè)計(jì)

砂巖料場(chǎng)次堆料爆破試驗(yàn)關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)流程與主堆料一致，因過(guò)次堆石料選擇開(kāi)采③層有用料較主堆石料開(kāi)采①層有用料，開(kāi)采巖石硬度相對(duì)較軟，為此次堆石料選取較大間排距，同時(shí)適當(dāng)減少單位炸藥耗量。

5 爆破試驗(yàn)及成果分析

現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)完成以后，由試驗(yàn)室進(jìn)行爆破料的篩分試驗(yàn)，結(jié)合篩分結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)各有效爆破試驗(yàn)場(chǎng)次的爆破效果進(jìn)行分析如下。

表5 砂巖料場(chǎng)主堆石料3 次爆破試驗(yàn)爆破參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

圖1 第一次爆破顆粒級(jí)配曲線圖

5.1 砂巖料場(chǎng)主堆石料爆破試驗(yàn)

砂巖料場(chǎng)主堆石料三次爆破試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表5。

5.1.1 第一次爆破試驗(yàn)

主堆石料第一次爆破試驗(yàn)篩分成果特征參數(shù)見(jiàn)表6。

表6 第一次爆破試驗(yàn)顆粒級(jí)配特征參數(shù)

主堆石料第一次爆破試驗(yàn)顆粒級(jí)配曲線見(jiàn)圖1。

主堆石料第一次爆破試驗(yàn)顆粒級(jí)配曲線圖顯示，1.00～300.00mm 粒徑段，粒徑曲線偏出設(shè)計(jì)上包線，表明小于該粒徑的含量較大，粒徑偏細(xì)，大塊石較少。

對(duì)后續(xù)爆破試驗(yàn)指導(dǎo)意見(jiàn)：選取巖層厚度較厚、爆破體寬度較大的場(chǎng)地作為爆破試驗(yàn)部位，可增大孔距或減少裝藥量，以增加粗顆粒含量。

5.1.2 第二次爆破試驗(yàn)

主堆石料第二次爆破試驗(yàn)，特征參數(shù)見(jiàn)表7。

表7 第二次爆破試驗(yàn)顆粒級(jí)配特征參數(shù)

主堆石料第二次爆破試驗(yàn)顆粒級(jí)配曲線圖顯示，粒徑曲線在設(shè)計(jì)上包線與下包絡(luò)線之間，表明小于該粒徑的級(jí)配均勻，滿足設(shè)計(jì)要求。

5.1.3 第三次爆破試驗(yàn)

料場(chǎng)主堆石料第三次爆破試驗(yàn)，特征參數(shù)見(jiàn)表8。

表8 第三次爆破試驗(yàn)顆粒級(jí)配特征參數(shù)

主堆石料第三次爆破試驗(yàn)顆粒級(jí)配曲線圖顯示，20.00mm～600.00mm 粒徑段，粒徑曲線偏出設(shè)計(jì)下包線，表明小于該粒徑的含量較小，粒徑偏粗，大塊石較多，細(xì)顆粒含量較少。

對(duì)后續(xù)爆破試驗(yàn)指導(dǎo)意見(jiàn)：可減小孔距或增加裝藥量，以提高細(xì)顆粒含量。

5.2 砂巖料場(chǎng)次堆石帶料爆破試驗(yàn)成果分析

次堆石帶料三次爆破試驗(yàn)爆破參數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表9，分析方法跟主堆石料爆破試驗(yàn)一致。

表9 次堆石帶料三次爆破試驗(yàn)爆破參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

6 結(jié)論

6.1 主堆石料爆破施工建議

從主堆石料三次次破試驗(yàn)情況看：

第一次爆破試驗(yàn)間排距1.00m×0.80m，爆破料大顆粒含量較少，細(xì)粒徑含量偏多，不能滿足設(shè)計(jì)要求；

第二次爆破試驗(yàn)間排距1.20m×1.00m，爆破料大顆粒顆粒增加，級(jí)配曲線在上下包絡(luò)線之間，級(jí)配均勻，能滿足設(shè)計(jì)要求；

第三次爆破試驗(yàn)間排距1.40m×1.20m，爆破料細(xì)顆粒明顯減小，大顆粒含量超標(biāo)，不能滿足設(shè)計(jì)要求。

綜上所述，建議采用第二次的爆破試驗(yàn)的參數(shù)用于主堆石料爆破施工。

6.2 次堆石帶料爆破施工建議

從次堆石帶料三次爆破試驗(yàn)情況看：第一次爆破試驗(yàn)間排距1.20m×1.00m，爆破料40～400mm 粒徑段含量較少，不能滿足設(shè)計(jì)包絡(luò)線；第二次爆破試驗(yàn)間排距1.40m×1.20m，爆破料級(jí)配均勻，級(jí)配曲線在上下包絡(luò)線之間，能滿足設(shè)計(jì)要求；第三次爆破試驗(yàn)間排距1.60m×1.40m，爆破料細(xì)顆粒明顯減小，大顆粒含量超標(biāo)，不能滿足設(shè)計(jì)要求。綜上所述，建議采用第二次的爆破試驗(yàn)的參數(shù)用于次堆石帶料爆破施工。最終推薦爆破試驗(yàn)參數(shù)如表10。

表10 料場(chǎng)爆破試驗(yàn)爆破參數(shù)推薦值