Kuz-Ram爆破塊度預報模型在Jatigede大壩堆石料爆破開采中的研究與應用

楊 尹， 蔡 云， 尹 斌

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 工程概述

Jatigede 大壩為粘土心墻堆石壩，位于南緯6°52′00″與東經 107°48′00″的印尼西爪哇省Sumedang縣Cimanuk河上，距首都雅加達220 km， 距西爪哇省首府萬隆市85 km。大壩壩高110 m，總填筑量約570萬m3，其中3A型堆石料(最大粒徑400 mm)120萬m3,3B型堆石料(最大粒徑800 mm)250萬m3。工程開發的首要任務是為下游約9萬hm2農田提供灌溉用水；其次為供應Indramayu、Cirebon和Cirebon Kodya 三個地區的城鎮工業與生活用水及發電。Jatigede 水庫的控制流域面積為1 460 km2，水 庫 總 庫 容 為

10.62億m3，電站裝機容量為110 MW，多年平均發電量約4.5 億kW·h。

Jatigede大壩施工的特點是大壩填筑量大，總填筑量約570萬m3；石料來自距大壩約7 km的Julang山采石場，施工運輸距離為23 km；施工強度高，月高峰填筑強度超過40萬m3，典型剖面見圖1。

圖1 Jatigede大壩典型剖面圖

2 堆石料設計要求

堆石料的開采必須滿足設計的級配、粒徑要求。堆石料控制爆破技術系通過開采爆破試驗確定滿足設計要求的爆破參數，從而直接通過鉆孔爆破開采出滿足設計級配要求的堆石料。

Jatigede大壩的堆石料來自大壩左岸上游約6.5 km的Julang山采石場爆破開采的安山巖，風化程度為新鮮～微風化。

Jatigede大壩堆石料級配控制參數為：

3A堆石區：最大粒徑400 mm，粒徑小于5 mm的含量為2.5%～24%，壓實干密度為2.2 g/cm3(表1)；

3B堆石區：最大粒徑為800 mm，粒徑小于5 mm的含量為0%～15%，壓實干密度為2.15 g/cm3(表2)。

表1 Jatigede 大壩工程Gunung Julang安山巖過渡料3A料設計級配表

表2 Jatigede 大壩工程Gunung Julang安山巖過渡料3B料設計級配表

3 塊度分布模型的發展

自上世紀60年代以來,世界各國學者在爆破巖體塊度控制方面做了大量的研究工作，提出了十余種研究爆破塊度分布的數學模型。概括起來大致有四類：即能量理論模型、應力波理論模型、塊度分布函數模型以及新近發展起來的損傷力學模型。各種數學模型均有一定的適用條件和局限性,在理論性和實用性上各有長短。

Kuz-Ram模型是庫茲涅佐夫(Kuznetsov)和羅森拉姆(Rosin-Rammler)模型的結合。前者研究的是爆破的平均塊度,后者研究的是塊度的分布特征。該模型是用篩下累計為50%的篩孔尺寸為平均塊度X50和塊度分布的均勻性指標n來預測爆破塊度,它賦予塊度分布曲線粗粒部分十分良好的相關性,其基本數學表達式為:

X50=Aq-0.8Q1/6(115/E)19/30

(1)

(2)

(3)

式中A為巖石堅固系數(A=7，為中硬；A=10,為節理發育，A=13,為節理不發育 )；q為炸藥單耗，kg/m3；Q為單孔裝藥量,kg；E為炸藥相對威力(銨油炸藥為100)；X50為爆破塊度平均粒徑，cm；X0為特征塊度，累計率為63.21%時的尺寸；x為石粒粒徑；R為小于某粒徑材料質量百分比；n為不均勻系數；e為鉆孔精度標準差，一般取鉆孔深度5%；W為最小抵抗線；m為間距系數(孔距/抵抗線)；d為炮孔直徑；L為不計超鉆部分的裝藥長度。

4 現場試驗對模型的檢驗和修正

庫茲(Kuz)-拉姆(Ram)模型中的參數除了A(巖石堅固系數)和n(不均勻系數)以外的參數都可以通過爆破參數獲得。在實踐過程中，只需要通過少量的爆破試驗對A值和n值進行修正，即可以較為準確地解析出其在該爆破參數下的級配曲線;同時，當采石場地質條件發生變化時，只需要少量開采料進行篩分試驗，修訂開采料的A值和n值，即可以快速地預報爆破料的級配曲線。通過引入修正系數Kx和Kn對平局塊度X50和不均勻系數n進行修正，從而得到修正后的庫茲(Kuz)-拉姆(Ram)模型：

X50=KxAq-0.8Q1/6(115/E)19/30

(4)

(5)

4.1 爆破試驗

在Jatigede大壩堆石料爆破試驗過程中，首先進行了兩組3B料爆破試驗，獲得了爆破料篩余量累積曲線。

4.2 Kx修正系數

通過對所計算的爆破平均粒徑和爆破試驗的篩分結果的平均粒徑進行對比(篩分結果見圖2)，可以得到Kx值并對塊度模型進行修正。

4.3 Kn修正系數

當R=50%時，X=X50，將值帶入式2，可以得到X0和X50的關系式(式6)。

(6)

圖2 爆破料余量累積曲線圖

表3 3A料爆破試驗參數表

表4 Rosin-Rammler解析的3A料粒徑表

圖3 3A料預報結果與實際篩分結果表

通過將篩分累積曲線中的X0和X50帶入式(6)和可以計算得到的爆破料的實際n值，將設計值和計算值進行對比，可以得到Kn值從而對塊度模型進行修正。

采用Kx=0.5和Kn=0.73對式6進行修正，得到修正后的模型公式7、8。

X50=0.5Aq-0.8Q1/6(115/E)19/30

(7)

(8)

5 塊度預報成果的應用

獲得修正模型后，修正的模型被用于3A料的爆破試驗，由式7、8解析出分布曲線。

經過爆破試驗的修正后，庫茲(Kuz)-拉姆(Ram)模型解析的塊度R-R分布曲線與爆破篩分累積曲線非常接近，見圖3；3A和3B填筑料爆破試驗參數見表5、6。

表5 試驗參數和模型參數對比表

表6 試驗參數和模型參數對比表

6 結 語

庫茲涅佐夫(Kuznetsov)- 羅森拉姆(Rosin-Rammler)模型的數學計算相對比較簡單，其計算成果可以繪制成塊度分布曲線。通過爆破試驗，對模型中的A值(巖石堅固系數)和n值(塊度均勻性指標)的修正，可以使公式適應不同的巖石和爆破參數。通過修正后的公式，可以利用爆破參數(如最小抵抗線W，孔距a，排距b，炸藥單耗q，炮孔直徑d等)較為準確地對爆破塊度進行量化分析，提供了一種較為成熟的、快速確定爆破料級配曲線的方法。通過塊度模型的應用，可以提高爆破試驗的效率，同時，當地質條件發生變化時，該模型可以用于快速調整爆破參數。

參考文獻：

[1] 張正宇，等.現代水利水電工程爆破[M].北京：中國水利水電出版社，2003.