布侖口—公格爾水電站發電引水隧洞高地溫洞段爆破技術研究

陳 蕾，袁 媛

(新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000)

1 工程概況

布侖口—公格爾水電站位于新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿克陶縣境內的蓋孜河流域中游河段，電站總裝機容量110 MW，發電引水隧洞總長約18 km，2′#、3#和4#施工支洞在2008年6月的掘進過程中，分別發現高地溫的問題，其中2′#和3#施工支洞的溫度比4#施工支洞高。

發電引水隧洞發現高地溫洞段的圍巖巖性為云母石英片巖夾有石墨片巖，該洞段有一條大致平行發電引水隧洞的F2斷層，有石墨片巖沿F2斷層走向呈窄條帶狀分布，條帶寬5～10 m，由于石墨的高導熱性，使地殼深部熱源熱量沿F2不斷被傳導至地表淺層，形成局部高地溫現象。初步分析認為發電引水隧洞主洞樁號K2+680 m～K6+779 m段為高地溫洞段，該段開挖斷面為圓形，開挖直徑為4.6～5.0 m，洞底高程 3 258.6 m ～3 238.1 m。

高地溫洞段施工利用河流夏季水溫12℃、冬季2℃的低溫河水有利條件，采用以通風為主，輔助低溫冷水綜合降溫技術(采用直接用水泵將河水輸送至設在掘進工作面的空氣冷卻器)，使開挖掘進面環境溫度降到28℃以下，滿足了地下工程施工對環境溫度的要求，但是圍巖內部的溫度依然很高，影響了爆破材料在炮孔內的結構性能，致使爆破材料感度提高，可能導致在溫度超過爆炸材料的臨界溫度時爆炸事故的發生或者使拒爆率提高，給爆破安全工作帶來嚴重威脅。高溫條件下的爆破工作，已成為影響該水電站引水隧洞能否安全掘進和如期完成的重要因素。

2 掘進作業面溫度測試

2′#和3#施工支洞內的溫度相對較高，選擇這兩個施工支洞進行掘進作業面的溫度測試。2′#施工支洞內溫度測量使用的水銀溫度計，洞環境溫度為38～67℃、炮孔底部溫度為58～82℃。在3#施工支洞掘進工作面分別選取上、下、左、右和中間的炮眼進行溫度測試，炮孔深度約為2.2 m，間距30 cm，溫度測量儀器采用熱電偶，炮眼孔底溫度測試結果為82～91℃。

3 爆破器材耐溫性能室內試驗

試驗主要目的是檢測發電引水隧洞高溫掘進作業中使用常規爆破器材的安全性和可靠性、以及爆破器材可達到的最大耐溫性能參數。

用于試驗的爆破器材:瞬發電雷管、煤礦許用電雷管、s/2延期電雷管、ms延期電雷管、塑料導爆管、導爆管雷管、2#巖石乳化炸藥。

試驗方法:用恒溫箱創造高溫環境，分別將炸藥、雷管、塑料導爆管等試驗樣品置于恒溫箱中加熱到一定溫度，保溫一段時間后，取出樣品，觀察外觀，并測試樣品性能參數。為保護恒溫箱，將雷管、炸藥等爆破器材裝入用鋼管自制的防爆筒內，然后再放入恒溫箱加熱。

爆破器材耐溫性能試驗結果:爆破器材的耐溫性能遠高于爆破安全規程規定的使用條件。就試驗的樣品而言，在敞開的空間中，120℃的高溫環境下，樣品不會發生自燃或自爆現象。試驗用的8#瞬發電雷管、s/2延期電雷管和ms延期電雷管在100℃時，性能變化很小，可正常使用;導爆管雷管的耐溫性能受導爆管和卡口塞的影響，使用溫度不宜超過80℃，若能提高導爆管和卡口塞的耐溫性能，其耐溫性能尚可提高。2#巖石乳化炸藥在90℃的環境下外觀和性能均未發生改變，100℃時外觀開始改變，但性能變化不大。

4 現場試驗

4.1 炮眼降溫試驗

選取3#支洞掘進工作面上炮眼孔底溫度最高(91℃)的炮眼，用水進行降溫試驗。降溫時將水管伸入炮眼底，以確保整個炮眼降溫。注水降溫的時間為2 min左右，降溫后馬上將熱電偶伸入炮眼底部測量孔底溫度，然后將熱電偶保持在炮眼底部，測量溫度上升情況。從測量結果可看出，用水對炮眼進行降溫，雖然可將炮眼的溫度降下來，但很短的時間內(約10 min)溫度就會復原。由于作業面共有45個炮孔，全部裝藥時間約為45 min，因此，單孔降溫措施對炮孔降溫效果不佳，宜采取多孔同步降溫措施。注水降溫后孔底溫度變化見表1。

表1 注水降溫后的炮孔溫度隨時間變化測量結果

4.2 孔內炸藥溫升試驗

將熱電偶埋入1筒炸藥的中間，送入溫度最高的炮眼孔底，其溫度變化情況可看出，炸藥中間的溫度要低于巖石的溫度，這是因為炸藥的包裝紙具有一定的隔熱作用。炮孔底部炸藥內部溫度變化見表2。

表2 炮孔底部炸藥內部溫度隨時間變化測量結果

6 高溫洞段爆破安全技術措施

根據前面的實驗結果，按作業面溫度分為3個區域，即孔內溫度為60～80℃的自爆安全區、孔內溫度為80～120℃的自爆警戒區和孔底溫度高于120℃的自爆危險區;針對不同的區域提出相應的爆破安全技術措施。

6.1 自爆安全區的爆破安全技術措施

1)爆前應加強通風，并采取噴霧灑水、清洗炮孔等降溫措施;

2)爆破前必須測定工作面與孔內溫度，測溫方法可選用:熱電偶和電位差計測溫或數字溫度儀測溫，測溫器材應經常標定。測溫時，必須測得孔溫的穩定值和最高值，以保證側溫結果的可靠性。

3)可以采用乳化炸藥、2#巖石膨化硝銨炸藥，但必須應用瀝青牛皮紙將炸藥包裝完好，并不應與孔壁接觸，從向孔內裝藥至起爆的相隔時間≤1 h;

4)填塞炮泥，應待全部炮孔裝藥完畢后，以最短的時間填塞炮孔，且炮泥不含硫化礦物;

5)應采用孔口起爆方式;

6)出現盲炮就由爆破工程技術人員處理，其它人員應全部撤離。

6.2 自爆警戒區的爆破安全技術措施

1)爆前應加強通風，并采取噴霧灑水等降溫措施;可采用往工作面噴射冰水降溫或采用 HPSCC—50型礦用高壓組合式空冷器進行強制通風降溫;

2)裝藥前應采取多孔同步淋水降溫措施，淋水降溫時間≥30 min;

3)爆破前必須測定工作面與孔內溫度，測溫方法可選用:熱電偶和電位差計測溫或數字溫度儀測溫，測溫器材應經常標定。測溫時，必須測得孔溫的穩定值和最高值，以保證測溫結果的可靠性。如出現異常，應中止爆破作業，并報爆破工程技術人員。

4)裝藥前爆破作業面附近的非爆破工作人員應全部撤離;

5)不應使用硝銨炸藥、銨油炸藥、銨松蠟和銨瀝蠟炸藥，應使用2#巖石乳化炸藥，并用石棉織物或其他絕熱材料嚴密包裝炸藥;

6)孔內不準裝雷管，可采用防熱處理的黑索金導爆索起爆;

7)裝藥時，應按從低溫孔到高溫孔，從易裝孔到難裝孔的順序裝藥;

8)裝藥過程中加強安全監測

通常炸藥裝入炮孔底藥溫上升到孔溫為止，若超過孔溫意味著炸藥產生了明顯的熱分解，或者包裝破裂，有自燃、自爆危險。為及時掌握裝藥中炸藥的溫升情況，必須進行安全監測。其方法是將熱電偶置于炮孔的炸藥內，通過補償導線連接在安全地點的測溫儀器觀察，記錄裝藥過程中的炸藥溫度變化情況，監測炮孔中裝藥時，熱電偶放置在有隔離包裝的炸藥內，并保證包裝的密封性。

裝藥時，發現炮孔逸出棕色濃煙等異常現象時，應立即報告爆破指揮人員，迅速組織撤離。

9)填塞炮泥，應待全部炮孔裝藥完畢后，以最短的時間填塞炮孔，且炮泥不含硫化礦物;

10)從向孔內裝藥至起爆的時間≤1 h;

11)出現盲炮須由爆破工程技術人員處理，其它人員應全部撤離。

6.3 自爆危險區的爆破安全技術措施

1)爆前應加強通風，并采取噴霧灑水等降溫措施，可采用往工作面噴射冰水降溫或采用HPSCC—50型礦用高壓組合式空冷器進行強制通風降溫;

2)裝藥前應采取多孔同步淋水降溫措施，淋水降溫時間≥30 min;

3)爆破前必須測定工作面與孔內溫度，測溫方法可選用:熱電偶和電位差計測溫或)數字溫度儀測溫，測溫器材應經常標定。測溫時，必須測得孔溫的穩定值和最高值，以保證測溫結果的可靠性。如出現異常，應中止爆破作業，并報爆破工程技術人員;

4)裝藥前爆破作業面附近的非爆破工作人員應全部撤離;5)不應使用普通工業炸藥，必須使用耐高溫炸藥，并用石棉織物或其他絕熱材料嚴密包裝炸藥;

6)不應使用普通工業雷管，必須采用如DX—1W218系列的耐溫雷管;

7)裝藥時，應按從低溫孔到高溫孔，從易裝孔到難裝孔的順序裝藥;

8)裝藥過程中加強安全監測;

9)填塞炮泥，應待全部炮孔裝藥完畢后，以最短的時間填塞炮孔，且炮泥不含硫化礦物;

10)從向孔內裝藥至起爆的時間≤1 h;

11)出現盲炮須由爆破工程技術人員處理，其它人員應全部撤離。

7 結語

布侖口—公格爾水電站發電引水隧洞高地溫洞段爆破技術研究解決了本工程的施工難題，目前高地溫洞段的開挖正在順利進行。

［1］周菊蘭，鄭道明.地下工程施工中高地溫、高溫熱水治理技術研究［J］.四川水力發電，2011(05):81－84.