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微差挤压爆破在堆石坝过渡料开采中的应用

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第28卷第3期 爆破 V0I.28 NO.3 Sep.2011 2011年9月 BLASTING DOI:10.3963/j.issn.1001-487X.201 1.03.012 微差挤压爆破在堆石坝过渡料开采中的应用 汪辉 ,张延林 ,王小和 (1.葛洲坝工程局有限公司,宜昌443002;2.葛洲坝集团试验检测有限公司,宜昌443oo2) 摘要:利用中大孔径的深孔微差挤压爆破技术,在水布垭面板堆万坝过渡料填筑工程中进行开采爆破试 验,取得了适合本工程条件的爆破参数;施工中进一步优化爆破设计,获得大规模爆破开采过渡料的施工经 验,保证了堆石坝填筑施工质量和技术要求。 关键词:微差挤压爆破;块度;规模开采 中图分类号:TD235.31 文献标识码:A 文章编号:1001—487X(2011)03~0043—03 Application of Millisecond Compression Blasting for Transition Material Mining ior Rock Fifll Dam WANG Hui ,ZHANG Yah—lin ,WANG Xiao (1.Gezhouba Xinjiang Engineering Co Ltd,Yichang 443002,China; 2.Gezhouba Testing Co Ltd,Yiehang 443002,China) Abstract:The deep hole millisecond compression blasting with medium borehole diameter was tested in transi— tion material mining blasting for rock 6U dam at Shuibuya project.And the suitable blast parameters was obstained for this project.In the construction,the blast design was optimized more and got the construction experience of large scale transition material mining blasting.which ensure the construction quality and requirement of rock脚l dam. Key words: millisecond compression blasting;fragmentation;scale mining 堆石坝过渡料开采通常有多种方案可供选择。 可采取常规松动爆破,从常规爆渣中用小型挖装设 备仔细挑选爆渣中的小颗粒及细颗粒;或是在挑选 的细小颗粒的石料后,对因常规钻爆中的P5含量 (<5 mm)不足30%部分,采取人工破碎的P5含量 有开采方量大,施工强度和质量要求高等特点。而堆 石坝料中以过渡料最难通过一次爆破直接上坝,因此 我们在水布垭面板堆石坝料过渡料开采过程中通过 进行多次爆破试验及方案的比较。最终选定采用中 大孑L径深孔梯段微差挤压爆破技术对堆石坝过渡料 一级配颗粒补充;亦可采用密集形系数进行特殊控制 爆破以求获得最佳的爆破效果后,略加挑选直接开 采过渡料。 水布垭水电站是目前同类型最高的面板堆石坝, 最大坝高233 m。坝体共7个填筑区,填筑量 1 563.74万1TI ,其中过渡料(IliA)有67.55万m 。具 次爆破直接上坝,同时通过优化开采爆破方案、爆 破参数和施工措施,取得了较好的效果¨剖。 1工程特点和技术要求 1.1工程特点 本工程过渡料(111A)爆破开采的特点主要为: (1)开采料场较分散,山高陡坡、爆破区域溶 收稿日期:201l一04—07 作者简介:汪辉(1975一),男,硕士,一级建造师,从事水利水电、 建筑工程方面的施工管理和招投标工作,(E—mail) 654556315@qq.coin。 沟、溶槽及节理裂隙发育,充填物较多,不利于大规 模爆破。 (2)mA爆破料要求P5含量百分比比较高,用 爆破 2011年9月 常规的爆破方法很难满足设计包络曲线,且地质条 件复杂,爆破难度大。 型起爆:斜排起爆、直线起爆3种方式。 (3)取得合格坝料同时,还应提高爆破开采规 模与效率,满足上坝回填施工强度。 1.2地质条件与技术要求 过渡料(Ilia)的料场基本指定为桥沟、公山包 料场,为中厚层及巨厚层茅口组灰岩,岩层中以走向 走向NNW倾NE及NNE倾sE的高倾角裂隙发育, 大部分被方解石充填,长度小于3 m,平均线密度 3条/m,平均面密度1.55条/m ,在裂隙密集地段其 ⅢA料爆破宜为5 000~7 000 m。中等规模,规 模太小,ⅢA料的比例相对下降。每次爆破孔数不 宜超过60孑L。 (2)装药结构、单耗 在ⅢA料的开采爆破试验中,采用耦合与不耦 合装药、连续与间隔装药的方式。从爆破试验对比 来看,耦合装药方式的爆破效果明显优于不耦合装 药方式;在同一单耗情况下,耦合装药方式产生的特 征粒径小,均匀系数小。 面密度为3.5~4.2条/m 。岩块强度变化在 27.5~163 MPa,平均强度83.1 MPa。 同时试验分析得出,公山包料场(混装车乳化 炸药)开采微差挤压爆破的单耗为0.90 kg/m ;桥 水布垭面板堆石坝坝过渡料(ⅢA)需要满足以下 沟料场(散装铵梯油炸药)微差挤压爆破开采的单 耗为0.78~0.85 kg/m 。 技术要求:干密度为2.20 g/em ,孔隙率为18.8%,级 配要求为100~300 l/lln,占20%一25%;10~100 mlq-i,占 12%~20%;5~10 n1rI1,占15%一20%;1~5 l'/l/n, (3)孔网布置 微差挤压爆破开采施工中,采用矩形布孔和梅 花形布孔2种布孔方式,实际试验密集系数(孔距/ 排距)为1.01~1.96。从试验结果分析,布孔方式 对爆破效果的影响不大。 l5%一20%;0.1~1 n'lm,占5%;<0.1/I'/1TI,不大于5%。 2开采方案的爆破试验研究 2.1开采方案选择 过渡料(ⅢA)主要来源于右岸桥沟、左岸公山 微差挤压爆破采用的抵抗线为2.5—3.5 m。主 要根据梯段面前沿的堆渣厚度来确定最小抵抗线,最 小抵抗线不宜小于2.5 rn。合理的前排抵抗线一般 包料场开采料及左岸溢洪道引水渠开挖利用料,极 少部分来自各类洞挖料。 过渡料(1lIA)应用前,有多种方案可供选择,比 如常规松动爆破开采;掺混人工料开采;控制爆破钻 爆开采。其中控制爆破钻爆开采又可以采用中等孔 与装药直径成正比,一般取值约为20~30倍装药直 径,以保证爆破的安全和合理的渣料级配曲线。 (4)梯段高度、超钻和堵塞 在实施的微差挤压爆破钻爆开采中,实际爆破梯 径深孔密集形钻孔爆破;中大孔径深孔微差梯段钻 段高度为6.7~17.7 Ill。溢洪道和桥沟料场开采的理 想梯段高度为l2~15 13"1左右,公山包料场开采的理 爆爆破;中大孔径深孑L梯段微差挤压爆破。在经过 多项试验比较后拟选定采用中大孔径深孔梯段微差 挤压爆破。 2.2开采爆破试验 想高度为l5~20 m,超钻按抵抗线的0.15—0.35倍 控制,一般为0.5~0.8 ffl。 炮孑L采用黄泥或钻孔渣料封堵,堵塞长度约为 药卷直径的25~3O倍。在安全的条件下,堵塞长度 宜尽量减小。 (1)爆破方式、规模 中大孔径深孔梯段爆破全部采用毫秒微差爆 破,包括排间和孔问2种方式。起爆顺序采用“V” 主要爆破试验参数见表1。 表1爆破试验参数表 第28卷第3期 汪辉,张延林,王小和微差挤压爆破在堆石坝过渡料开采中的也用45 在多次的爆破试验中,钻爆的梯段高度选取 右,预留石渣后,加大了抵抗线的反作用力,因此,爆 15~20 m较为理想。梯段高度过高,对挖装设备的安 全不利,梯段高度过低,爆后挑选合格石料的比例就 低,且钻爆密集系数需要增加,也加大了运行成本,拟 定钻孔直径为105~115 ITffn较为理想,既有效的加大 破装药单耗就需要增加,在常规松动爆破装药单耗 的前提下,增加10%一15%装药量。 微差挤压爆破除在掌子面的前沿堆积一定厚度 的石渣外,爆破网络的联结也很重要,较为理想的钻 孔排数为4~5排,孔间微差时间为50~75 ms,如果 了爆破压缩圈,又不对料场附近的建筑物因爆破遭到 振动破坏与影响。为了解决表层(主要为梯段第1排 钻孔)的大块含量,我们在梯段的前沿预留(或堆渣) 一采用高精度毫秒非电雷管,其最小微差为1.0 ms (4-0.1 ms),那么微差挤压的效果会更理想。充分 利用孔问合理的微差时段,使受爆破的岩体相互撞 击挤压,岩体充分破碎,能普遍获取最小石料粒径的 开采效果。 部分爆渣,作为进行微差挤压爆破的介质体,前沿 的预留渣体厚度直接关系到前排抵抗线的布置,预留 爆渣的厚度大则前排钻孔抵抗线就可减少。 微差挤压爆破(予堆渣厚度)公式计算: 爆破块度的含量可按康杜尔公式计算: B= ×叼l+×叼X f、 1+ 1I pl X C1, : W1(1)() = [1一(q/q。)r]X 100% (3) 式中: 、 分别表示爆堆、岩体中不合格块度的含 量,%;q/q。分别表示实际、定额炸药单位;r为爆破 式中:日为预堆渣厚度,m;W1为岩石底盘抵抗线,m; 叼为岩石碎胀性,叼:J9 ~p ;p 、P 为岩体、爆堆岩石 重量,g/cnl。;C。、C 为岩体、爆堆岩石纵波速度,m/s。 B:W1×叼[,/2K ̄q ̄E x e一】1 (2) ‘ 。L J 能量分配系数。计算如下: r=m(X )Ⅳ”。[1+d] (1+L/ )sin a/3(4) 式中: 为岩体中超过不合格大块度尺寸; 为爆 破炮孔排数;d为炮孔直径,mm;H为台阶高度,m; L为堵塞长度,m;a为炮孔与水平夹角。 式中:K为用于破碎和抛移岩石的爆破能量利用率, K=0.04~0.2;q为炸药单耗,kg/m ;E为岩石弹性 则不合格块度V=0.3一V 。 模量,X0.1 MPa;e为炸药比能,t/kg; 为岩石抗压 强度,X0.1 MPa。 通过上式的计算,直径小于300 mm的合格料 占80%以上,直径大于1 000 mm的废料不足3%。 2.3爆破试验成果分析 爆破试验颗粒成果分析统计见表2。 根据微差挤压爆破堆渣厚度的计算,前沿爆渣 的底部宽度为6~8 m,前排钻孔抵抗线为3 m左 表2颗分成果统计表 通过颗分和碾压试验表明,ⅢA料爆破级配中 提高,只能处于设计包络线的下线,其根本原因是设 p5含量虽然未达到设计要求,但是微差挤压爆破与 常规爆破法和微差爆破法相比,P5含量有了很大的 提高,尤其是5 mm以下的颗粒含量,由原来不足 10%提高到了l5%~19%,并满足设计要求的干容 计包络线的制定是按掺合料给予的。 设计要求P5含量为20%~30%,而常规爆破 的相应值在5%左右,梯段爆破的相应值在 8%~l0%左右,微差挤压爆破的相应值可提高到 13%~15%,经碾压后的P5值含量取样已接近设计 包络线。因此进行中大孔径深孔微差挤压爆破开采 的ⅢA料上坝回填是可行的。 (下转第49页) 重和渗透系数,故认为爆破试验参数是可行的。 2.4爆破效果分析 公山包料场在第3次爆破试验单耗加大至 0.9~0.95 kg/m ,桥沟料场第3次试验单耗加大至 0.78~0.85 kg/m ,爆破情况良好,细颗粒含量大幅 第28卷第3期 张洁升,符小海,泮红星底部空气柱缓冲装药结构在底板找平爆破中的应用研究 [J].露天采矿技术,2009(2):42—43. [2] 陶49 岩不受爆轰冲击波的损伤,使建基面岩石完整、平 整,又使建基面以上部分岩石充分破碎。 (3)因在实际施工中,爆破区域为不规则、不平 俊.底部空气柱爆破技术在海南铁矿的应用[J]. 河北冶金,2003(1):35—36. 整场地,必须严格控制钻孔底标高,确保装药底部高 程在同一水平,即建基水平面上。 [3] 傅菊根,李玉荣.底部空气柱装药掏槽爆破试验及机 理研究[J].淮南矿业学院学报,2001,21(1):16一l9. [4] 李世明,贾建军,刘玉华.气体间隔装药技术在边坡控 (4)针对不同性质的岩石,底部空气柱缓冲层 的高度应适当调整,以取得不受损伤的平整基岩面 和最好的爆破效果。 ≮ 制爆破中的研究[J].金属矿山,2004(1O):14—16. [5] 顾毅成,史雅语,金骥良工程爆破安全[M].合肥:中 国科学技术大学出版社,2009:407. 参考文献(References) 1] 李云峰.空气柱爆破技术在霍林河南露天矿的应用 [6] 张正宇,张文煊.现代水利水电工程爆破[M].北京: 中国水利水电出版社,2003:163. (上接第45页) rL rL f —i rL r ]JWANG Y D.Application of deep hole differential com— ]J] J 1j] 1J 1j3 结语 在实施过程中,一些新技术、新工艺得到广泛应 用,如中大孔径深孔微差挤压爆破技术、高精度、微时 段导爆爆破技术、孔底反向起爆技术、堵塞段孔口部 位破碎药包技术、堵塞工艺控制、混装炸药技术等,对 pression exploitation in KESEM spillway excavation[J]. Jiangxi Hydraulic Sciencie&Technology,2005,3 1(3): 132—134.(in Chinese) 邢光武,郑炳旭.多种规格石料开采爆破工法[J].爆 破,2010,27(3):37—39. XING G W,ZHENG B X.Exploiting and blasting method 爆破参数的优化起到了积极的推动作用,并在经济上 取得了显著成效,使钻爆这项重要工序满足了水布垭 高坝填筑的技术要求、质量要求和强度要求。 通过水布垭面板坝过渡料爆破开和采现场生产 性试验以及施工过程中的参数优化调整,为获取粒 径与级配符合设计要求及成本较低的过渡料创造了 有利条件,并取得在溶沟、溶槽以及岩体节理裂隙发 ofmultiple dimension stone[J].Blasting,2010,27(2): 37—39.(in Chinese) 李保林,刘治峰,郭永为,等.溢洪道开挖爆破块度级 配控制研究[J].工程爆破,2004,lO(1):42—43. LI B L,LIU Z F,GUO Y W et a1.Study on control offrag— mentaition gradattion in excavationof a spillway by bias— ting[J].Engineering Blasting,2004,10(1):42—43.(in Chinese) 育、充填物较多等复杂地质条件下获取爆破过渡料 的合理钻爆参数和合理钻爆施工方法,使钻爆施工 工序更加合理,更加高效,更加经济。 参考文献(References) [1] 段宗银,施发伍,张良贵.爆破块度分布与控制的模拟 试验研究[J].爆破,2010,27(2):45—48. 1]DUAN z Y,SHI F W,ZHANG L G.Simulation test on 王英,罗运诚,王群.规格石开采爆破试验[J].爆 破,2010,27(3):34-35. WANG Y,LUO Y C,WANG Q.Blasting test of dimension stone exploitation[J]。Blasting,2010,27(3):34-35.(in Chinese) 王伟,李小春.不耦合装药下爆炸应力波传播规律 的试验研究[J].岩土力学,2010,31(6):1724.1726. 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