阿爾塔什大壩堆石料開采爆破試驗研究

(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，是葉爾羌河干流梯級規劃中“兩庫十四級”的第十一個梯級，在保證向塔里木河生態供水和灌溉的前提下，滿足防洪、發電等綜合利用需要。

P1爆破料場位于上壩址上游左岸，距上壩址約1.7～2.5km，該石料場儲量豐富，儲量大于3600萬m3，用于大壩的堆石料和排水料。計劃開采高程范圍1914～1704m,計劃開采量約300萬m3。

2 試驗實施概況

2.1 試驗目的

大壩壩體由多種料組成，各種料對級配的要求不同，而石料級配是保證壩體沉降量、壩體壓縮模量、變形模量符合設計要求的關鍵因素。為了探索不會對周邊環境和料場邊坡穩定造成破壞的開采合格料爆破參數，需要在主料場進行爆破試驗，爆破試驗的目的如下：

a.確定合理的爆破參數，確保采用該爆破參數可以采出合格壩料；爆破參數主要包括梯段高度、底盤抵抗線、孔距、排距、炸藥單耗等。

b.確定合理的起爆網路。

c.確定合理的裝藥結構。

d.使爆破飛石控制在合理的安全距離內。

2.2 試驗內容

a.各種鉆爆參數試驗和起爆網絡試驗。

b.爆破飛石的影響及控制。

c.顆粒篩分試驗與分析，繪制級配曲線等。

3 爆破實驗方案

3.1 地質條件

料場山頂局部分布厚度3～15m的碎石土層及強風化層，巖石巖性主要為中下石炭統的中厚層灰巖和白云質灰巖，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。本次爆破試驗分三個區域進行，均在1860m高程，第一次爆破區域巖石堅硬，第二、三次區域巖石中硬[1]。

3.2 炸藥選類

本次爆破試驗炸藥采用的是2號φ80巖石乳化炸藥和膨化硝銨炸藥。乳化炸藥藥卷較軟，裝入炮孔后易裂開，造成底部集中裝藥，形成耦合裝藥，很難實現不耦合裝藥。膨化硝銨炸藥使用方便，由于是粉末狀，裝藥結構為耦合裝藥；在有風的天氣，容易揚塵，裝藥不太方便，有雨的天氣不能使用。

3.3 鉆孔設備

本次爆破試驗及后續石料爆破開采的鉆孔設備均采用河北宣化CM351型風動鉆機，配備阿爾曼750空壓機，這種配備日均鉆孔進尺基本能滿足施工要求。

3.4 孔網布置

通過爆破試驗可以知道，梅花形布孔和矩形布孔均可用于本料場，但矩形布孔一定要采用“V”形起爆網路。孔網參數為孔間距a=4～5m，排間距b=3～4m；單孔負擔面積為15～16m2(孔徑115mm)。

3.5 臺階高度及超深

本次爆破試驗的實際臺階高度為13～15m,試驗結果表明，較高的臺階高度對爆破效果和延米爆破量都產生了較好的影響。但是，臺階高度受鉆孔設備、孔排距、炸藥及起爆器材的限制，條件允許時可以采用較高的臺階高度，本料場的臺階高度參照規劃設計為15m。超深一般為抵抗線的0.15～0.35倍，抵抗線為3～4m，超深為0.45～1.4m。本料場由于臺階高度較高，實際超深取1.5m。

3.6 裝藥結構

試驗采用了連續裝藥和間隔裝藥兩種方式。

試驗結果表明，耦合裝藥方式效果明顯優于不耦合裝藥方式，同樣的單耗，耦合裝藥方式產生的特征粒徑大，均勻系數小，與設計包絡曲線更符合。為此，本料場開采采用耦合裝藥結構。

第一次爆破采用了間隔裝藥，但由于膨化炸藥沒有購買到位，因此全部采用了乳化炸藥；乳化炸藥藥卷軟，裝到底部后全部裂開，形成耦合裝藥，使孔內炸藥重心降低；為保證孔口堵塞長度，中間間隔長度達到了2～3m(設計為0.8～1.0m)，使得爆堆中部出現了很多1m以上的大塊。但是間隔裝藥對于滿足石料級配要求和單耗降低還是有一定作用的，在使用膨化硝銨炸藥的時候，應該可以采用，但需要后續進一步試驗證明。

通過試驗，連續裝藥結構可以滿足石料級配要求，但純粹用乳化炸藥會造成單孔裝藥量過大，因此采用連續裝藥結構時，應采用膨化硝銨炸藥或者采用膨化硝銨炸藥配一定比例的乳化炸藥的混合裝藥模式。

3.7 炮孔堵塞

一般采用黃泥或者鉆孔棄渣料進行炮孔堵塞，本次試驗采用鉆孔棄渣料進行炮孔堵塞。封堵的質量對爆破效果的影響較大，必須嚴格進行堵塞，確保爆破質量。

堵塞長度一般與炸藥的直徑、抵抗線有關，試驗采用的堵塞長度為2.5～3.5m。試驗表明采用2.5m以上的堵塞長度，控制爆破飛石沒有問題。但堵塞段依然出現了很多大塊，根本原因應歸結于巖石結構；本料場巖石為層狀結構，巖層傾角大于70°，因此在堵塞段沒有炸藥能量破碎的情況下，巖石都沿層間和裂隙解體，形成大塊；大塊的尺寸取決于堵塞長度、巖層厚度和巖層裂隙大小。因此要通過技術手段解決本料場的大塊問題，還需要進一步試驗。

3.8 起爆器材與起爆網絡

本次爆破試驗主要采用毫秒延期導爆管雷管，低段位配高段位，主要為MS3、MS5、MS11、MS13、MS15，地表腳線長6m，孔內腳線長16m。起爆網路采用“V”形起爆網路和排間起爆網路，設計時注意控制單響藥量，以控制爆破震動。起爆采用2發電雷管起爆整個網路。

4 試驗結果分析

按照阿爾塔什水利樞紐工程大壩工程P1料場爆破試驗大綱計劃，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。共試驗3次，爆破山體方量約12000m3。每次試驗的具體情況見表1。

表1 試驗參數

4.1 炸藥單耗

由于排水料和堆石料的級配要求只是在5mm粒徑以下不同，在排水料試驗成功的基礎上，通過一定的技術手段控制爆破，應能生產出合格的堆石料。通過本次爆破試驗，結合料場的地質情況，得出爆破料炸藥單耗量宜為0.43～0.50kg/m3，中硬巖部分取小值，堅硬巖取大值。

4.2 爆破料的取樣篩分、顆粒分析及級配包絡圖

本次試驗共分三次進行，第一次試驗取三組料做顆分試驗，后兩次各取一組進行試驗，試驗情況見圖1～圖3。通過顆粒分析、繪制包絡圖可以得出如下結論：第一次試驗結果不太理想，包絡線大部分超出了設計的上、下包絡線范圍；第二、三次爆破試驗結果理想，各個粒徑的顆粒含量滿足設計要求。計算的各篩分料不均勻系數和曲率系數表明爆破料級配良好，很好地滿足了排水料和堆石料的設計要求和施工要求。后續施工中應嚴格按照爆破試驗得出的爆破施工參數控制石料的開采，并間歇性地抽查爆破料的級配情況，在石料級配不能滿足施工和設計要求時，及時對爆破參數作出調整。

圖1 第一次爆破后顆粒級配曲線

圖2 第二次爆破后顆粒級配曲線

圖3 第三次爆破后顆粒級配曲線

5 結 論

乳化炸藥由于包裝的原因，不宜大量使用，后續施工以膨化硝銨炸藥為主，配以一定比例的乳化炸藥，爆破試驗生產出的石料基本滿足排水料和堆石料的級配要求。裝藥結構可以采用連續裝藥和間隔裝藥，以耦合裝藥效果最佳，起爆網路采用“V”形或排間起爆網路，在后續施工中控制好單響藥量，便于更好地控制爆破震動。試驗表明采用2.5m以上的堵塞長度可以有效控制爆破飛石。