水利工程超深豎井正掘法施工爆破參數的優化

袁 赟， 張 維

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

水利工程超深豎井正掘法施工爆破參數的優化

袁 赟， 張 維

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

新疆某工程KS9勘探試驗洞豎井設計井深687 m，開挖直徑D=7.2 m。由于豎井圍巖以花崗巖為主，巖石堅硬，鉆爆施工采用液壓傘鉆施工。施工前期，由于進尺效果差，施工中一直錯誤地采取增大單耗以期達到提高進尺的目的，由此造成炸藥單耗居高不下，施工成本增加。在根據實際爆破效果逐步調整爆破參數后，基本達到了穩定進尺、降低單耗的目的。

超深豎井；堅硬巖體；爆破；參數優化

1 工程概述

新疆某工程KS9勘探試驗洞S2豎井設計深度為687 m，開挖凈直徑為7.2 m。豎井施工主要采用正掘法施工，YSJZ4.8四臂液壓鉆造孔，鉆機成孔孔徑為55 mm，裝2#巖石φ45乳化炸藥，非電雷管起爆，石方爆破后利用布置于井口的兩套型號分別為2JKZ-3.6/12.96及JKZ-3.2×3的主副提升系統裝5 m3吊罐出渣，井內布置D=7 m雙層吊盤作為豎井施工期間的工作平臺使用，吊盤利用布置于井口四面的11臺穩車系統作為吊盤起落裝置。

由于該工程豎井施工總工期約為12個月，進場后因前期準備工作緣故，豎井石方開挖直至7月方正式開始，豎井實際施工總工期僅為9.5個月，因此，如何調整布孔參數及裝藥結構、進而提高爆孔利用率對開挖工期至為關鍵。

2 工程地質情況

新疆某工程KS9勘探試驗洞豎井圍巖為新鮮巖體，巖性為肉紅色花崗巖，中粗粒斑狀結構，塊狀構造，斑晶主要為鉀長石，基質為石英、斜長石、角閃石等隱晶質物質。豎井超前地質勘探巖芯整體較完整，多呈長柱狀，柱長一般為15～30 cm，最長可達60～80 cm，新鮮圍巖節理裂隙不發育，節理面多平直、粗糙，無充填，局部裂面上可見鐵銹色氧化物附著。巖芯表面光滑、光亮，巖石堅硬、致密、新鮮。豎井整體圍巖穩定，巖石干密度為2.74 g/cm3，飽和密度為2.75 g/cm3，飽和抗壓強度為130 MPa，干抗壓強度為173 MPa，該工程超前地質勘探孔資料如圖1所示。

圖1 S2豎井柱狀圖

基本性能參數單位參數值鉆臂數量個4炮眼圈徑mm1400～8200收攏后外形尺寸(外接圓直徑×高度)mm2250×8300動臂左右擺動角度°左右各60鉆架重量kg8200泵站重量kg3000(不含油)鉆孔直徑mm55鉆孔深度mm4500適應釬具B32釬桿,φ55釬頭類型特征沖擊回轉式沖擊機構沖擊能J150沖擊頻率Hz65工作壓力MPa13-15工作流量L/min≤65回轉機構最大轉矩N·m320額定轉速r/min180工作壓力MPa≤14工作流量L/min≤30沖洗水壓力MPa1.5沖洗水流量L/min30壓縮空氣壓力MPa0.4-1壓縮空氣流量m3/min2.5類型特征導軌式推進方式油缸-鋼絲繩推進行程mm5100推進力N7000電動機額定功率kW90×2額定電壓V660/380額定轉速r/min1480主泵類型變量柱塞泵工作壓力MPa18

3 造孔設備

該工程采用YSJZ4.8液壓傘鉆鑿眼，5 m長釬桿配直徑55 mm柱齒合金鉆頭，鉆爆孔深最大為4.5 m。

YSJZ型液壓傘鉆與普通氣動傘鉆相比具有以下優勢：

(1)液壓鑿巖機沖擊功率大，對于同類巖石比普通氣動傘鉆鑿孔速度提高2～3倍，對于巖石硬度系數f=10以上的硬巖效果更明顯，鉆具具有釬桿粗，剛度好，成孔質量好，爆破效率高等特點。

(2)鑿眼時采用水力排屑、液壓傳動沖擊，減少了粉塵，降低了噪聲，改善了工作環境。

液壓傘鉆平時吊掛在地面，鑿眼前由主提升機下放到工作面后利用其支撐臂站立在鑿眼工作面，即完成傘鉆安裝過程。

打眼施工時，操作活動臂、調整工作臂將液壓鉆機釬桿釬頭對準炮眼設計孔位和方向后人工操作相應控制閥進行鑿眼作業。

鑿眼完畢，收攏活動臂、工作臂，利用抓巖機穩車吊掛鉤頭吊掛傘鉆，同時收攏支撐臂，最后用主提升機將傘鉆提升到井口，再利用電動葫蘆移出到檢修位置進行檢修維護待用，完成井上、下傘鉆奪鉤過程。

YSLZ4.8傘鉆的主要技術參數、性能見表1。

4 爆破參數的優化

爆破參數優化前，豎井單循環最大進尺為3.5 m，最短進尺為2.2 m，單循平均進尺為2.5 m，炮孔有效利用率僅為58%，爆破炸藥單耗達到4.5 kg/m3以上。且從爆破后石渣看，其石渣粒徑大部分小于40 cm，石渣較碎。根據對爆破后實際效果進行分析得知：豎井鉆爆施工進尺不理想的原因主要為爆破掏槽效果差。因此，該工程爆破參數調整主要以調整掏槽為主。

4.1 爆破孔的布置

在原爆破參數基礎上，將原爆破設計6圈孔調整為5圈孔。另外，為保證掏槽效果，在掏槽孔內增加設置了1階掏槽孔(圖2)，其布孔參數如下：

圖2 爆破孔布置圖

(1)一階掏槽：一階掏槽孔深2.5 m，布置半徑為35 cm，布置4個掏槽孔，孔距42 cm，炮孔直徑為55 mm；

(2)掏槽孔：掏槽孔布置以豎井圓心為中心，布置半徑為70 cm，共布置8個掏槽孔，孔位布置環向間距55 cm，炮孔直徑55 mm，掏槽孔深4.5 m；

(3)主爆孔：主爆孔以豎井圓心為中心，共布置3排，布置半徑分別為1.5 m、2.3 m、3.1 m，三排布置炮孔個數分別為12、19、25，孔位布置環向距離分別為72 cm、76 cm、81 cm，炮孔直徑為55 mm，炮孔深度為4 m；

(4)周邊孔：周邊孔以豎井圓心為中心，布置半徑為3.68 m(設計結構尺寸)，共布置42個孔，孔位環向間距為55 cm，炮孔直徑為48 mm，炮孔深度為4 m。

4.2 裝藥連線方式

(1)一階掏槽：一階掏槽采用集中裝藥，裝藥自孔底開始，裝4節φ45 2#巖石乳化炸藥，單孔裝藥長度1.6 m，爆破孔封堵長度0.9 m，采用1段非電毫秒雷管起爆，單孔裝藥2.8 kg；

(2)掏槽孔：掏槽孔采用集中裝藥，裝藥自孔底開始，裝6節φ45 2#巖石乳化炸藥，單孔裝藥長度為2.4 m，爆破孔封堵長度為2.1 m，采用1段非電毫秒雷管起爆，單孔裝藥4.2 kg；

(3)第一排主爆孔：主爆孔采用集中裝藥，裝6節φ45 2#巖石乳化炸藥，單孔裝藥長度2.4 m，爆破孔封堵長度1.6 m，采用3段非電毫秒雷管起爆，單孔裝藥4.2 kg；

(4)第二排主爆孔：主爆孔采用集中裝藥，裝5節φ45 2#巖石乳化炸藥，單孔裝藥長度2 m，爆破孔封堵長度2 m，采用5段非電毫秒雷管起爆，單孔裝藥3.5 kg；

(5)第三排主爆孔：主爆孔采用集中裝藥，裝5節φ45 2#巖石乳化炸藥，單孔裝藥長度2 m，爆破孔封堵長度2 m，采用7段非電毫秒雷管起爆，單孔裝藥3.5 kg；

(6)周邊孔：周邊孔采用集中裝藥，裝6節φ32 2#巖石乳化炸藥，單孔裝藥長度1.8 m，爆破孔封堵長度2.2 m，采用9段非電毫秒雷管起爆，單孔裝藥1.8 kg。

4.3 爆破效果

經過多次現場試驗，最終確定表2中所列爆破參數為最優，在豎井鉆孔深度為4 m的情況下，單循環有效進尺基本維持在3.5 m左右，爆破孔利用率達到87.5%，炸藥單耗由原最初的4.5 kg/m3以上下降至2.2 kg/m3，爆破參數優化基本達到預期目的。

4.4 優化后的爆破參數

優化后的爆破參數見表2。

表2 優化后的爆破參數表

5 計劃實施的改進措施

(1)在對實際爆破效果進行分析的基礎上，為達到節約成本的目的，下階段將嘗試對孔網參數進行進一步的優化，主要針對崩落孔，計劃將孔距放大到1 m左右。

(2)后期對周邊孔的孔距也將適當放大，計劃將周邊孔距放大到60 cm左右。但此種情況下其抵抗線必須保證在65～70 cm左右；當調整周邊孔布孔參數時，內圈三圈崩落孔也應做適當調整，其思路是第一圈崩落孔作為輔助掏槽孔，將其抵抗線(圈距)調整為75～70 cm，后面兩圈崩落孔采用80 cm的抵抗線。

(3)在采取更大的鉆孔孔深時，對4個掏槽孔的鉆孔質量(孔深、孔向)一定要嚴格控制，要求槽孔深度必須超過崩落孔深度。

6 結 語

筆者通過新疆某工程KS9豎井現場爆破參數優化，在水利工程超深豎井堅硬巖體鉆爆施工過程中，逐步總結出適合該工程實際情況的爆破參數，炸藥單耗由4.5 kg/m3降低至2.2 kg/m3，豎井施工火工產品成本節約50%，且在施工過程中鉆爆孔總數也由最初的150個孔降低至現階段的110個孔，施工成本及效率得到明顯提高。

(責任編輯：李燕輝)

2017-01-10

TV7;TV554;TV52

B

1001-2184(2017)02-0097-03

袁 赟(1985-)，男，湖北宜昌人，工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

張 維(1989-)，男，四川閬中人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作.