深孔梯段控制爆破技術(shù)在阿爾塔什大壩級(jí)配爆破料開(kāi)采中的應(yīng)用

劉勇軍 張正勇 石永剛

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程是葉爾羌河干流山區(qū)下游河段的控制性水利樞紐工程，是國(guó)家172項(xiàng)重大農(nóng)業(yè)節(jié)水工程之一。其擋水壩為混凝土面板砂礫石堆石壩，壩頂高程1825.8m，最大壩高164.8m，壩頂寬12m，壩長(zhǎng)795m，大壩設(shè)計(jì)填筑量達(dá)2494萬(wàn)m3，其中堆石料1033萬(wàn)m3。上游主堆石區(qū)采用砂礫石料，壩坡坡度1∶1.7。下游采用爆破開(kāi)采的堆石料以及邊坡、洞渣等石方開(kāi)挖利用料，壩坡坡度1∶1.6。堆石料自P1、P2石料場(chǎng)爆破開(kāi)采，堆石料設(shè)計(jì)級(jí)配要求為:最大粒徑dmax≤600mm，小于5mm含量<20%，小于0.075mm含量<5%，設(shè)計(jì)孔隙率n≤19%，不均勻系數(shù)Cu>25，連續(xù)級(jí)配；排水料設(shè)計(jì)級(jí)配除小于0.075mm含量<4%外，其他與堆石料要求相同。設(shè)計(jì)干重度γd=22.0kN/m3。

P1料場(chǎng)作為大壩爆破料最大的主供料場(chǎng)，位于壩址上游庫(kù)區(qū)左岸，距壩址1.7～2.5km，受4號(hào)沖溝和下游小沖溝的切割，料場(chǎng)地形呈NNW向的基巖山梁，長(zhǎng)400～600m，寬300～450m，山頂高程2166m，相對(duì)高差466m，坡面大部分基巖裸露，自然邊坡40°～60°。料場(chǎng)中部發(fā)育一沖溝，延伸長(zhǎng)520m，底寬15～20m，切深30～70m，溝底覆蓋崩坡積物，含孤石，該沖溝平時(shí)干枯，暴雨時(shí)有洪水通過(guò)。料場(chǎng)出露的巖性為石炭系上統(tǒng)塔哈奇組下段(C3t1)灰?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r，弱風(fēng)化巖體巖石干密度2.69～2.79g/cm3，飽和抗壓強(qiáng)度42.4～69.2MPa，軟化系數(shù)0.60～0.71，屬中硬—堅(jiān)硬巖。巖體單層厚0.2～0.5m，巖層產(chǎn)狀330°～350°SW∠71°；料場(chǎng)區(qū)無(wú)大斷層分布，但巖體裂隙發(fā)育，完整性差。

2 開(kāi)采重點(diǎn)和難點(diǎn)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，P1爆破料場(chǎng)級(jí)配料開(kāi)采存在如下重點(diǎn)和難點(diǎn)：

a.料場(chǎng)開(kāi)采最大高程為1940m，最低開(kāi)采高程為1679m，垂直高差261m，且山體巖層完整性差，邊坡安全為重點(diǎn)施工考慮因素。

b.大壩填筑強(qiáng)度較高，對(duì)爆破開(kāi)采需求提出了較高的要求。由上至下，開(kāi)采面面積逐步擴(kuò)大，但結(jié)合壩體填筑進(jìn)度，對(duì)應(yīng)開(kāi)采強(qiáng)度，滿足高強(qiáng)度開(kāi)采的臺(tái)階高度將達(dá)到15m，與一般水利水電工程爆破開(kāi)挖10m臺(tái)階相差較大。

c.開(kāi)采區(qū)內(nèi)受沖溝影響，促進(jìn)了該部位巖體裂隙發(fā)育，致使山體地質(zhì)情況并不相同，為保證爆破開(kāi)采能夠滿足設(shè)計(jì)級(jí)配要求，對(duì)爆破設(shè)計(jì)有較高要求。

3 設(shè)備選擇與配置

P1爆破料場(chǎng)開(kāi)采時(shí)間為2016年4月—2018年6月，月上壩平均強(qiáng)度為30.0萬(wàn)m3，填筑高峰期為2016年8月，填筑爆破料40萬(wàn)m3，對(duì)應(yīng)開(kāi)采山體38萬(wàn)m3，設(shè)備資源配置以此進(jìn)行確定，并須具有一定的保證措施。配置原則為：綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)地形與空間、效率與成本等因素，選擇設(shè)備型號(hào)；以開(kāi)采強(qiáng)度、分層、分區(qū)、道路運(yùn)輸能力等為依據(jù)，配置設(shè)備；同時(shí)，進(jìn)一步考慮設(shè)備的出勤率、有效利用率，需有一定的保障能力。具體的機(jī)械設(shè)備配置見(jiàn)表1。

表1 P1爆破料機(jī)械設(shè)備配置一覽

4 生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)

4.1 爆破試驗(yàn)參數(shù)

經(jīng)過(guò)前期施工道路修筑過(guò)程初探和對(duì)山體巖層地質(zhì)情況的了解，選擇在山體東南山麓進(jìn)行生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)，爆破試驗(yàn)從2015年10月20日開(kāi)始，至11月4日結(jié)束，歷時(shí)15天，共試驗(yàn)3次。爆破試驗(yàn)共用炸藥5539kg,其中乳化炸藥2664kg，膨化硝銨炸藥2875kg，爆破山體方量約12000m3。試驗(yàn)的具體情況見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)參數(shù)

4.2 爆破試驗(yàn)成果及分析

爆破試驗(yàn)的規(guī)模略小于施工的爆破規(guī)模，每次爆破方量約為4000m3，爆破后，在爆破堆取樣進(jìn)行篩分試驗(yàn)，篩網(wǎng)規(guī)格：600mm、400mm、300mm、200mm、100mm、60mm、40mm、20mm、10mm、5mm，取樣點(diǎn)上采取“平面分區(qū)、立面分層”，保證取樣的代表性。經(jīng)過(guò)對(duì)每次爆破試驗(yàn)后的爆破料進(jìn)行顆分試驗(yàn)得出：第一次爆破后小于5mm含量達(dá)到25%，不滿足設(shè)計(jì)要求；第二、三次所獲得的顆粒級(jí)配均滿足設(shè)計(jì)要求。三次篩分后顆粒大小分布曲線見(jiàn)圖1。

圖1 三次爆破試驗(yàn)成果顆粒大小分布曲線

分析爆破試驗(yàn)成果，初步總結(jié)出施工爆破參數(shù)，具體施工爆破參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 施工爆破參數(shù)

5 爆破設(shè)計(jì)

以臺(tái)階高度不變，結(jié)合山體不同區(qū)域的地質(zhì)變化，進(jìn)行爆破參數(shù)的調(diào)整，確保爆破料級(jí)配滿足設(shè)計(jì)要求。針對(duì)巖石堅(jiān)硬、完整性較差，巖石堅(jiān)硬、完整性差，巖石中硬、完整性差三種主要地質(zhì)情況，實(shí)施總結(jié)出三種普遍適用的爆破參數(shù)，鉆孔直徑均為115mm，主要的孔網(wǎng)參數(shù)(孔間、排距)為：4.1m×4.7m、3.5m×6m、3.8m×5.5m，均能達(dá)到爆破級(jí)配的要求，具體的爆破參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 各巖區(qū)級(jí)配料控制爆破參數(shù)(4.1m×4.7m)

初期爆破施工采用導(dǎo)爆管雷管，起爆網(wǎng)絡(luò)采用“V”形、排間起爆網(wǎng)路；后期，采用數(shù)碼電子雷管，起爆網(wǎng)絡(luò)采用孔間延時(shí)37ms、排間延時(shí)119ms的方式進(jìn)行逐孔起爆?？變?nèi)連續(xù)耦合裝藥，孔底反向起爆。具體以巖石堅(jiān)硬、完整性差的巖區(qū)3.5m×6m的孔網(wǎng)參數(shù)、數(shù)碼電子雷管組網(wǎng)的爆破施工進(jìn)行說(shuō)明，其起爆網(wǎng)絡(luò)、裝藥結(jié)構(gòu)、爆后效果見(jiàn)圖2～圖4。

圖2 數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)絡(luò) (孔間延時(shí)37ms,排間延時(shí)119ms)

圖3 裝藥結(jié)構(gòu)示意

根據(jù)爆破前后對(duì)比，本次爆破級(jí)配良好，巖石破碎程度大，爆堆松散，向臨空面方向呈40°堆積，有利于挖裝采運(yùn)，飛石較少，且未超過(guò)50m范圍，整體爆破效果良好。相對(duì)于導(dǎo)爆管雷管采用的“V”形起爆方式，逐孔起爆能夠?yàn)橄乱豢灼鸨峁└嗟膭?dòng)態(tài)自由面，增強(qiáng)巖石間碰撞，充分利用爆炸能量，進(jìn)一步改善了爆破效果。經(jīng)過(guò)顆粒篩分試驗(yàn)，爆破料顆粒級(jí)配良好，滿足設(shè)計(jì)要求，其顆粒大小分布曲線見(jiàn)圖5。

6 級(jí)配料生產(chǎn)的主要技術(shù)要點(diǎn)

a.采用耦合連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，使孔周邊巖石擠壓粉碎，能夠提高0.075mm以下顆粒含量，保證小顆粒的含量要求。

b.采用工程測(cè)量GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行爆破作業(yè)面的測(cè)繪，根據(jù)測(cè)繪地形數(shù)據(jù)進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)，再結(jié)合GPS手簿進(jìn)行布孔位置的測(cè)放，使布孔準(zhǔn)確。

c.料場(chǎng)開(kāi)采隨山體高程下降，開(kāi)采面越大，更有利于進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)。針對(duì)不同爆破作業(yè)區(qū)域，各參數(shù)可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整幅度基于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)多次爆破作業(yè)后的效果分析，由于料場(chǎng)開(kāi)采面積較大，允許局部出現(xiàn)爆破底面不平整，可進(jìn)一步在下一梯段爆破作業(yè)中進(jìn)行參數(shù)調(diào)整或局部進(jìn)行淺孔臺(tái)階爆破等措施進(jìn)行調(diào)整。

d.為保證開(kāi)采后預(yù)留邊坡的穩(wěn)定安全，開(kāi)挖坡比為1∶0.3，按開(kāi)采梯段分別設(shè)置寬度為2m、2m、5m的馬道，即每45m高邊坡留一個(gè)寬5m的馬道，并在馬道外側(cè)設(shè)置密閉式圍欄，阻擋各別落石。

e.預(yù)留邊坡位置采用預(yù)裂爆破，減少爆破作業(yè)對(duì)邊坡的破壞作用。其預(yù)裂爆破效果為：巖石堅(jiān)硬、完整性較差的半孔率不小于85%，占預(yù)留邊坡總面積約50%；巖石堅(jiān)硬、完整性差的半孔率不小于75%，占預(yù)留邊坡總面積約30%；巖石中硬、完整性差的半孔率不小于65%，占預(yù)留邊坡總面積約20%；總體邊坡穩(wěn)定。

f.加強(qiáng)邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)，在開(kāi)挖邊坡上按照30m×30m網(wǎng)格設(shè)置鋼筋頭作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每周進(jìn)行測(cè)點(diǎn)，掌握邊坡穩(wěn)定情況。

g.采用數(shù)碼電子雷管后，起爆方式為逐孔起爆，可為各爆孔提供更理想的臨空面，能夠有效利用爆破能量，保證料堆的松散程度，提高采裝效率。

7 結(jié) 語(yǔ)

P1料場(chǎng)在2016年3月—2018年6月原計(jì)劃開(kāi)采360萬(wàn)m3，實(shí)際完成堆石料開(kāi)采750萬(wàn)m3。通過(guò)爆破作業(yè)的各項(xiàng)參數(shù)總結(jié)優(yōu)化，將爆破單耗由初期0.4～0.45kg/m3，優(yōu)化到0.3～0.35kg/m3，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，在過(guò)程中進(jìn)行顆粒篩分試驗(yàn)，確保堆石料級(jí)配曲線在設(shè)計(jì)包絡(luò)線內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。并且采用了數(shù)碼電子雷管，進(jìn)一步提升了爆破作業(yè)的安全性能和爆破效果，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況調(diào)整爆破參數(shù)，達(dá)到了級(jí)配爆破料的合格開(kāi)采。