深孔梯段控制爆破技術在阿爾塔什大壩級配爆破料開采中的應用

劉勇軍 張正勇 石永剛

(中國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下游河段的控制性水利樞紐工程，是國家172項重大農業節水工程之一。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795m，大壩設計填筑量達2494萬m3，其中堆石料1033萬m3。上游主堆石區采用砂礫石料，壩坡坡度1∶1.7。下游采用爆破開采的堆石料以及邊坡、洞渣等石方開挖利用料，壩坡坡度1∶1.6。堆石料自P1、P2石料場爆破開采，堆石料設計級配要求為:最大粒徑dmax≤600mm，小于5mm含量<20%，小于0.075mm含量<5%，設計孔隙率n≤19%，不均勻系數Cu>25，連續級配；排水料設計級配除小于0.075mm含量<4%外，其他與堆石料要求相同。設計干重度γd=22.0kN/m3。

P1料場作為大壩爆破料最大的主供料場，位于壩址上游庫區左岸，距壩址1.7～2.5km，受4號沖溝和下游小沖溝的切割，料場地形呈NNW向的基巖山梁，長400～600m，寬300～450m，山頂高程2166m，相對高差466m，坡面大部分基巖裸露，自然邊坡40°～60°。料場中部發育一沖溝，延伸長520m，底寬15～20m，切深30～70m，溝底覆蓋崩坡積物，含孤石，該沖溝平時干枯，暴雨時有洪水通過。料場出露的巖性為石炭系上統塔哈奇組下段(C3t1)灰巖夾白云質灰巖，弱風化巖體巖石干密度2.69～2.79g/cm3，飽和抗壓強度42.4～69.2MPa，軟化系數0.60～0.71，屬中硬—堅硬巖。巖體單層厚0.2～0.5m，巖層產狀330°～350°SW∠71°；料場區無大斷層分布，但巖體裂隙發育，完整性差。

2 開采重點和難點

結合現場實際，P1爆破料場級配料開采存在如下重點和難點：

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

b.大壩填筑強度較高，對爆破開采需求提出了較高的要求。由上至下，開采面面積逐步擴大，但結合壩體填筑進度，對應開采強度，滿足高強度開采的臺階高度將達到15m，與一般水利水電工程爆破開挖10m臺階相差較大。

c.開采區內受沖溝影響，促進了該部位巖體裂隙發育，致使山體地質情況并不相同，為保證爆破開采能夠滿足設計級配要求，對爆破設計有較高要求。

3 設備選擇與配置

P1爆破料場開采時間為2016年4月—2018年6月，月上壩平均強度為30.0萬m3，填筑高峰期為2016年8月，填筑爆破料40萬m3，對應開采山體38萬m3，設備資源配置以此進行確定，并須具有一定的保證措施。配置原則為：綜合考慮現場地形與空間、效率與成本等因素，選擇設備型號；以開采強度、分層、分區、道路運輸能力等為依據，配置設備；同時，進一步考慮設備的出勤率、有效利用率，需有一定的保障能力。具體的機械設備配置見表1。

表1 P1爆破料機械設備配置一覽

4 生產性爆破試驗

4.1 爆破試驗參數

經過前期施工道路修筑過程初探和對山體巖層地質情況的了解，選擇在山體東南山麓進行生產性爆破試驗，爆破試驗從2015年10月20日開始，至11月4日結束，歷時15天，共試驗3次。爆破試驗共用炸藥5539kg,其中乳化炸藥2664kg，膨化硝銨炸藥2875kg，爆破山體方量約12000m3。試驗的具體情況見表2。

表2 試驗參數

4.2 爆破試驗成果及分析

爆破試驗的規模略小于施工的爆破規模，每次爆破方量約為4000m3，爆破后，在爆破堆取樣進行篩分試驗，篩網規格：600mm、400mm、300mm、200mm、100mm、60mm、40mm、20mm、10mm、5mm，取樣點上采取“平面分區、立面分層”，保證取樣的代表性。經過對每次爆破試驗后的爆破料進行顆分試驗得出：第一次爆破后小于5mm含量達到25%，不滿足設計要求；第二、三次所獲得的顆粒級配均滿足設計要求。三次篩分后顆粒大小分布曲線見圖1。

圖1 三次爆破試驗成果顆粒大小分布曲線

分析爆破試驗成果，初步總結出施工爆破參數，具體施工爆破參數見表3。

表3 施工爆破參數

5 爆破設計

以臺階高度不變，結合山體不同區域的地質變化，進行爆破參數的調整，確保爆破料級配滿足設計要求。針對巖石堅硬、完整性較差，巖石堅硬、完整性差，巖石中硬、完整性差三種主要地質情況，實施總結出三種普遍適用的爆破參數，鉆孔直徑均為115mm，主要的孔網參數(孔間、排距)為：4.1m×4.7m、3.5m×6m、3.8m×5.5m，均能達到爆破級配的要求，具體的爆破參數見表4。

表4 各巖區級配料控制爆破參數(4.1m×4.7m)

初期爆破施工采用導爆管雷管，起爆網絡采用“V”形、排間起爆網路；后期，采用數碼電子雷管，起爆網絡采用孔間延時37ms、排間延時119ms的方式進行逐孔起爆。孔內連續耦合裝藥，孔底反向起爆。具體以巖石堅硬、完整性差的巖區3.5m×6m的孔網參數、數碼電子雷管組網的爆破施工進行說明，其起爆網絡、裝藥結構、爆后效果見圖2～圖4。

圖2 數碼電子雷管起爆網絡 (孔間延時37ms,排間延時119ms)

圖3 裝藥結構示意

根據爆破前后對比，本次爆破級配良好，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，飛石較少，且未超過50m范圍，整體爆破效果良好。相對于導爆管雷管采用的“V”形起爆方式，逐孔起爆能夠為下一孔起爆提供更多的動態自由面，增強巖石間碰撞，充分利用爆炸能量，進一步改善了爆破效果。經過顆粒篩分試驗，爆破料顆粒級配良好，滿足設計要求，其顆粒大小分布曲線見圖5。

6 級配料生產的主要技術要點

a.采用耦合連續裝藥結構，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.采用工程測量GPS定位系統進行爆破作業面的測繪，根據測繪地形數據進行爆破設計，再結合GPS手簿進行布孔位置的測放，使布孔準確。

c.料場開采隨山體高程下降，開采面越大，更有利于進行爆破設計。針對不同爆破作業區域，各參數可以在一定范圍內進行調整，調整幅度基于對現場多次爆破作業后的效果分析，由于料場開采面積較大，允許局部出現爆破底面不平整，可進一步在下一梯段爆破作業中進行參數調整或局部進行淺孔臺階爆破等措施進行調整。

d.為保證開采后預留邊坡的穩定安全，開挖坡比為1∶0.3，按開采梯段分別設置寬度為2m、2m、5m的馬道，即每45m高邊坡留一個寬5m的馬道，并在馬道外側設置密閉式圍欄，阻擋各別落石。

e.預留邊坡位置采用預裂爆破，減少爆破作業對邊坡的破壞作用。其預裂爆破效果為：巖石堅硬、完整性較差的半孔率不小于85%，占預留邊坡總面積約50%；巖石堅硬、完整性差的半孔率不小于75%，占預留邊坡總面積約30%；巖石中硬、完整性差的半孔率不小于65%，占預留邊坡總面積約20%；總體邊坡穩定。

f.加強邊坡穩定監測，在開挖邊坡上按照30m×30m網格設置鋼筋頭作為監測點，每周進行測點，掌握邊坡穩定情況。

g.采用數碼電子雷管后，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 語

P1料場在2016年3月—2018年6月原計劃開采360萬m3，實際完成堆石料開采750萬m3。通過爆破作業的各項參數總結優化，將爆破單耗由初期0.4～0.45kg/m3，優化到0.3～0.35kg/m3，取得了較好的經濟效益。同時，在過程中進行顆粒篩分試驗，確保堆石料級配曲線在設計包絡線內，滿足設計要求。并且采用了數碼電子雷管，進一步提升了爆破作業的安全性能和爆破效果，根據實際地質情況調整爆破參數，達到了級配爆破料的合格開采。