高砾石土心墙堆石坝过渡料爆破直采技术探讨.pdf

第3 3 卷第2 期 2 0 1 6 年6 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．3 3N o ．2 J u n ．2 0 1 6 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 1 3 1 4 8 7 X ．2 0 1 6 ．0 2 ．0 1 3 高砾石土心墙堆石坝过渡料爆破直采技术探讨 余兴和，张艳，马元军 葛洲坝易普力四川爆破T 程有限公司，成都6 1 0 0 0 0 摘要通过长河坝水电站石料场的多次现场爆破试验，结合K U Z R A M 块度预报模型。对试验成果与设 计要求的级配曲线进行对比分析。对于料源为裂隙发育的花岗岩、石英闪长岩等硬岩，选择可爆性较好区 域、采用降低孔网面积、加大爆破单耗、选用2 号岩石乳化炸药和高精度导爆管雷管、利用微差挤压爆破等技 术．可以获取合格过渡料以达爆破直采之目的。爆破平均块度可通过缩小钻孔直径、控制台阶高度、降低单 孔装药量、采用合理装药结构及起爆网路来控制。 关键词堆石坝；过渡料；爆破直采；K U Z ．R A M 模型 中图分类号T D 2 3 5 ．3文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 6 0 2 0 0 6 7 0 7 D i s c u s s i o n so nB l a s t i n gD i r e c tE x p l o i tT e c h n o l o g yo f ．T r a n s i t i o n M a t e r i a lf o rH i g hG r a v e lS o i lC o r eW a l lR o c k - f i l lD a m Y UX i n g - h e ，Z H A N GY a n ，M AY u a n - j u n S i e h u a nB l a s t i n gE n g i n e e r i n gC oL t d ，G e z h o u b aE x p l o s i v eC oL t d ，C h e n g d u610 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h r o u g hb l a s t i n gt e s t si nC h a n g h e b ah y d r o p o w e rs t a t i o nq u a r r y ，c o m b i n i n gw i t hK U Z R A Mb l o c k p r e d i c t i o nm o d e l ，t h eg r a d a t i o nC H I V E So ft e s tr e s u l t sa n dd e s i g nr e q u i r e m e n t sw e r ec o m p a r e da n da n a l y z e d ．T h e r e s u i t ss h o wi tf e a s i b l et oo b t a i nq u a l i f i e dt r a n s i t i o nm a t e r i a l si nf r a c t u r e dg r a n i t e ，q u a r t zd i o r i t ea n dt h es a m eh a r d r o c k b yu s i n gd i f f e r e n ts c h e m e s ，i n c l u d i n gc h o o s i n gt h eb l a s t a b l ea r e a s ，r e d u c i n gb l a s t h o l eb u r d e na n ds p a c e ，i n c r e a s i n g t h es p e c i f i cc h a r g e ．s e l e c t i n g2 e m u l s i o ne x p l o s i v e sa n dp r e c i s i o nN o n e ld e t o n a t o ro rm i l l i s e c o n de x t r u d i n gb l a s t i n g t e c h n o l o g y ．T h ea v e r a g ef r a g m e n t a t i o nc anb ec o n t r o l l e db yl e s s e n i n gt h eh o l ed i a m e t e r ，c h a n g i n gb e n c hh e i g h t ，d e c r e a s i n gc h a r g ea m o u n tp e rh o l ea n dd e s i g n i n gar e a s o n a b l ec h a r g es t r u c t u r ea n dd e t o n a t i n gc i r c u i t ． K e yw o r d s r o c k 一6 Ud a m ；t r a n s i t i o nm a t e r i a l ；b l a s t i n gd i r e c te x p l o i t ；K U Z R A Mm o d e l 1概述 大渡河长河坝水电站为一等大 1 型工程，水库 大坝是目前在建的同类型体积最大、最高的砾石土心 墙堆石坝⋯，最大坝高2 4 0n l ，整个大坝石方填筑方 量达2 7 6 3 ．8 7 万m 3 ，其中过渡料达2 9 0 多万m 3 ，具有 开采方量大、施工强度大、级配要求高等特点。 前期在响水沟料场进行了1 0 多次过渡料爆破 收稿日期2 0 1 6 0 l 1 2 作者简介余兴和 1 9 7 0 一 ，男，高级T 程师，从事爆破现场施工与 爆破安全管理， E m a i l 8 2 6 2 1 6 5 3 8 q q ．t o m 。 试验，主要采用常规中深孑L 台阶微差挤压爆破旧。， 爆块较粗，P 5 5m m 含量不足，难以满足原设计 级配要求，因此前期只能从常规爆渣中用小斗容反 铲挑选出细小颗粒石料，掺配骨料筛分系统加工的 P 5 细骨料来生产过渡料。电站位于高山峡谷之中， 没有进行大规模掺配过渡料的场地，且掺配细骨料 工序复杂、成本较高，难以满足大规模填筑时的施工 强度要求。为保证大坝填筑顺利进行，做了6 次爆 破直采专项试验，其目的是探讨用爆破法直接开采 出符合设计级配要求的过渡料，获取合理爆破参数， 用于指导后期过渡料开采。 万方数据 万方数据 第3 3 卷第2 期 余兴和，张艳，马元军高砾石土心墙堆石坝过渡料爆破直采技术探讨 6 9 3 ．2 A 值估算 响水沟料场前期做了六场过渡料生产性爆破试 验，颗分试验结果表明，各区爆块均偏粗，不满足设 计要求，但可从该次试验的筛分曲线查出每次爆破 的d ，。，利用式 4 反算出响水沟料场的A 值，见 表1 ，为后续爆破试验参数的选取提供依据。 A ∥[ q - O ．8 Q Ⅲ 1 1 5 ／E 1 9 力o ] 4 式中符号意义同前。 表1 响水沟料场A 值计算表 T a b l e1T h ec a l c u l a t e dv a l u eo fAi nX i a n g s h u i g o um a t e r i a lf i e l d 注I 区～Ⅲ区爆破效果较差，不具有参考意义。 3 ．3 过渡料开采关键控制指标 3 ．3 ．1 控制指标分析 反映爆破块度级配情况的直观参数是级配料的 不均匀系数c 。和曲率系数c ，值，由下式表示 C 。 叱／d l o ；C 。 d 2 3 0 ／ d 6 0 d l o 5 若假定爆破块度遵从R ．R 分布时，根据式 5 及R ．R 分布函数可得 C 。 8 ．6 9 7 1 7 “；C 。 1 ．3 1 8 1 7 “ 6 从表2 、表3 的n 值估算来看，设计下包络线反 推出的n 值远大于爆破实际开采料的n 值。只要特 征块度小于下包络线的允许值，则低于特征尺寸的 块体含量是可以满足要求的，而高于特征尺寸的块 体含量则可能超标。解决的办法之一是增加炸药单 耗进一步减小特征值，另一办法是剔除部分大块或 掺合部分小粒径石料，最有效的方法还是剔除部分 大块。要爆破出合格的过渡料，在爆破设计时简单 易行的方法是将特征块度 或d ∞ 控制在设计允许 值以内。 表2 设计要求的级配过渡料的C 。、C c 及n 值 T a b l e2 C 。，C ca n dnV a l u 幅o fg r a d e dt r a n s i t i o nm a t e r i a l sf o rd e s i g nr e q u i r e m e n t s 表3 江咀石料场第四场爆破试验 试验5 的筛分结果 中部 T a b l e3T h es c r e e n i n gr e s u l t so ft h ef o u r t hb l a s t i n gt e s t t e s t5 i nJ i a n g z u lq u a r r y t h em i d d l ep a r t 根据设计对过渡料的块度级配要求，可获得最 大允许平均块度，可用下式计算出爆破出合格料的 炸药单耗 q ≥[ A Q Ⅳ6 1 1 5 ／E 1 9 力o ／ d ，o ] ∽8 7 式中，[ d ，。] 为设计提出的下包络线平均块度， 5 ．2o m 。 3 ．3 ．2 d ∞的影响因素分析 1 A 与d 如成线性关系，在条件允许的情况下 宜选择节理裂隙发育、可爆性好的岩体开采过渡料。 2 增加细颗粒的含量主要靠减少孑L 间排距， 增加q 、耦合装药以及减小堵塞长度来实现。q 越 高，d ，。越小。当D 一定时，q 越高，孔网面积越小， 万方数据 7 0爆破 2 0 1 6 年6 月 钻孔量增加，可能还会增大拒爆的风险。但d ，。降低 与q 增加成非线性关系，单纯增加q 并不经济。 3 当q 一定时，日增加将使钻孔深度，孔底偏 差增大，导致大块产生，影响石料级配；同时导致Q 增加、孑L 网面积变大，d 铀增加。 4 炸药品种对d ，。也产生一定影响，如日为 1 5m 、D 为西9 0m m 时，连续不耦合装2 号岩石乳化 炸药，其线装药密度为6 ．3 ～6 ．5k g ／m ；若连续耦合 装粉状铵油炸药，其线装药密度约4 ．0k g ／m ，同样 的孔网面积，Q 将减少近4 0 ％，d s o 将增大2 7 ％左右。 因此过渡料开采宜选优质高猛度炸药。 5 过渡料开采的炮孔间排距通常较小，爆炸 应力波对相邻炮孔的影响大，而小抵抗线要求排间 起爆时差更小、精度更高，因此宜选高精度导爆管雷 管起爆网路。 6 受前次爆破的影响，爆堆前沿及表层的块 度一般相对较大，2c m 以下石渣偏少，可采用大单 耗压渣爆破提高挤压破碎效果。 3 ．4 专项爆破试验 3 ．4 ．1 爆破参数 日为1 0m ，D 为咖9 0m m ，超深h 一般取0 ．1 H ； 堵塞长度取 O ．8 ～1 ．0 形；采用不耦合连续装药，线 装药密度约为5 ．6 6k g ／m ；q 的选择是爆破过渡料 的关键，响水沟料场的A 值大约为2 ．8 9 6 ．5 l 见 表1 ，Q 约为5 7k g ，乳化炸药的E 取1 0 0 ，按式 7 可计算出q 约为1 ．2 5 ～3 ．4 3k g ／m 3 ，岩石完整致密 取高值，破碎取低值；孑L 间排距由计算式nXb p ／ 日q 和布孑L 方式最终确定；每次爆破规模为 3 0 0 0m 3 左右，爆破孔数控制在1 0 0 个左右。具体 参数见表4 。 表4 专项爆破试验成果统计表 T a b l e4T h er e s u l t ss t a t i s t i c so fs p e c i a lb l a s t i n gt e s t s 注表中数据为设计值／实际值，未注明为二者基本一致；经济单耗为爆破出d ，。 5 ．2c m 所需的炸药单耗。 3 ．4 ．2 装药结构及起爆网路 主爆孔用西7 0m m 乳化炸药连续装药至距孑L 口1 ．5 m 处，然后堵塞；周边孔先用咖7 0m m 乳化炸 药连续装药至距孑L 口3 ．1m 处，再用西3 2m m 乳化 炸药2 支为一组绑在竹片上连续绑8 组至距孔口 1 ．5m 处后堵塞。 每个孔内配置2 发高精度起爆雷管，分别布置 在距离孔底或孑L 口1 ～2m 范围内。为了防止装药 万方数据 第3 3 卷第2 期余兴和，张艳，马元军高砾石土心墙堆石坝过渡料爆破直采技术探讨 7 l 时卡孑L 以及孑L 间相互影响造成部分炸药拒爆，每孑L 下导爆索至孑L 底。 采用孔内高段、孔外低段的高精度导爆管雷管 起爆网路，大V 型／斜线起爆。孑L 内雷管 4 0 0m s ／1 5m ；孑L 外排间接力雷管为4 2m s ／7m ，孑L 间接力雷管为1 7m s ／7m ，必要时用9m s ／7m 雷管 增加分段。 3 ．4 ．3 取样方法 爆破后在取样前，先用反铲将爆堆前沿以及表层 区域大块较多的不合格料挖运装走，然后分上、中、下 三个区域对石料分别取样，异地进行筛分试验。 3 ．4 ．4 试验成果分析 试验l 孑L 内起爆雷管2 发均布置在底部，个别 炮孑L 上部拒爆，导致上部取样筛分结果偏离设计要 求的下包络线；中下部取样筛分结果基本满足设计 要求，接近设计要求的下包络线，见图2 ，所获石料 基本满足过渡料要求。为降低成本，后期试验改在 岩石可爆性相对好的江咀料场。 颗粒直径d l m m 图2 响水沟料场过渡料开采爆破试验筛分曲线 设计单耗2 ．5 k g ／m 3 F i g ．2 T h eb l a s t i n gt e s ts i e v i n gc u r v e so fX i a n g s h u i g o um a t e r i a lf i e l dt r a n s i t i o nm a t e r i a l s T h ed e s i g nv a l u eo fs p e c i f i cc h a r g ei s2 ．5k g ／m 3 试验2 岩体较破碎，岩体可爆性好，完整性相 对于响水沟料场差。孔内雷管分别布置在孔口及孔 底1 ～2n l 位置，爆破后未发现残留导爆索及炸药。 取样筛分曲线全部在设计要求的上下包络线范围 内，所获石料完全满足过渡料要求。由于该部位岩 体靠近破碎带，本次不具有代表性。 试验3 为核定单价寻找最低单耗需要，选择了 岩体质量相对较好的部位。从筛分曲线和表4 可看 出，由于岩体可爆性较试验2 差，所获石料较设计要 求偏粗。即使该部位q 增加到2 ．5K S ／I n 3 ，其爆破后 的d ∞将达6 ．0c m ，与设计要求的下包络线偏离 0 ．8c m ；如果要达到设计要求的平均块度下限值，炸 药单耗需增加到3 ．0k s ／I n 3 。 试验4 由于新换钻头导致钻孔直径偏大，按设 计药量装药，实际堵塞长度达3i n ，导致上部 表面 以下1 ．5i n 爆破块度偏大，下部的d ，。约为7 ．0c m 。 即使该部位q 增加到2 ．5k s ／m 3 ，爆破后的底部d 如 可达5 ．5C B ，与设计要求的下包络线偏离0 ．3c m 。 试验5 由于采用普通导爆管雷管，孔内为 M S l 3 段，而排间为M S 2 段接力，导致前后排因孔内 延时误差发生前后排串段，从爆堆形状看，爆渣后 翻，中部破碎效果低于两侧，从筛分曲线 见图3 中 可看出，左右侧爆渣满足过渡料要求。共筛分了6 组，中部筛分了4 组，有2 组d 蚰约为6c m ，与设计下 包络线接近，而另2 组有一定偏离，一组d ，。为7c m ， 另一组d 轴约为7 ．2c m 。 试验6 采取加密炮孑L ，减小Q ，以增加细颗粒 含量，仍采用西9 0m m 钻孔，西7 0m m 乳化炸药，炸 药平均单耗仍为2 ．5k s ／I n 3 ，采用竹片连续绑扎方 式装药，故施工繁琐且劳动强度大。共筛分了6 组， 从筛分曲线中看出坑下部筛分的3 组，满足过渡料 要求，d ∞为3 ．8 ～5 ．2c m ；坑上部筛分的3 组，d ∞为 5 ．3 ～6 ．1c m ，与设计下包络线非常接近。上下坑料 混合可符合过渡料级配要求。 从4 次完整致密岩体部位试验的资料分析可得 出，当q 达2 ．5k g ／m 3 时爆破开采料的d 蚰接近设计 下包络线的[ d 劬] 。考虑起爆网路安全性、工程成本 及上坝碾压等因素，认为最大单耗不宜超过 2 ．5k g ／n 1 3 。试验5 和试验6 也再次表明q 达 2 ．5k s ／n 1 3 时，只要控制好堵塞长度、选择合理起爆 时差、钻孔精度满足设计要求，所开采料基本可以满 足过渡料质量要求。 摹＼籁惫陋蕊蜷卅r上_q葵球n、『／ 万方数据 7 2爆破 2 0 1 6 年6 月 4 结语 颗粒直径d ／m m 图3 江咀料场过渡料开采爆破试验 实验5 筛分曲线 设计单耗2 ．5k g ／m 3 F i g ．3 T h eb l a s t i n gt e s t t e s t5 s i e v i n gc u r v e so fJ i a n g z u im a t e r i a lf i e l dt r a n s i t i o nm a t e r i a l s T h ed e s i g nv a l u eo fs p e c i f i cc h a r g ei s2 ．5k g ／m 3 对于料源为构造裂隙发育的硬岩，可通过优化 爆破参数、提高q 、选择适宜的爆破器材等措施，爆 破直采出合格的过渡料。 1 K U Z R A M 模型可用于预报过渡料开采块 度，由此确定q 值用以优化爆破设计。筛分成果应 及时反馈，便于及时调整爆破参数。 2 对于完整致密岩体可通过缩小D 、控制日， 降低Q 来控制爆破平均块度。 3 爆破器材宜选用2 号岩石乳化炸药和高精 度导爆管雷管。 4 在满足坝料力学指标条件下，尽量选在岩 体可爆性较好区域进行过渡料爆破。 5 本试验推荐的爆破参数q 宜为2 ．5k g ／n 1 3 ； D 不大于咖9 0m m ；H 为1 0m 左右；堵塞长度 0 ．8 ～1 ．1 形；孔深误差2 0c m ；孔口误差 1 0o n ；装药密度不小于1 0 0 0k g ／m 3 。 [ 2 ] [ 2 ] 参考文献 R e f e r e n c e s 马洪琪．我国坝工技术的发展与创新[ M ] ．郑州黄河 水利出版社，2 0 1 3 ． 汪辉，张延林，王小和．微差挤压爆破在堆石坝过渡 料开采中的应用[ J ] ．爆破，2 0 1 l ，2 8 3 4 3 ．4 9 ． W 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e s e 器＼籁冬忙稠蜂叫-土靼樊蝶卜 万方数据 第3 3 卷第2 期余兴和，张艳，马元军高砾石土心墙堆石坝过渡料爆破直采技术探讨 7 3 上接第5 页 [ 6 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 9 ] [ 1 0 ] [ 1 0 ] 谢冰，李幻，杨小林，等．基于P F C 2 D 的预裂爆破 裂纹扩展模拟[ J ] ．水利学报，2 0 1 4 ，4 5 S 1 4 3 5 0 ． X I EB i n g ，L IH u a n ，Y A N GX i a o l i n ，e ta 1 ．A n a l y s i so f c r a c k p r o p a g a t i o n o f p r e s p l i t t i n gb l a s t i n g b a s e do n P F C 2 D [ J ] ．J o u r n a lo fH y d r a u l i cE n g i n e e r i n g ，2 01 4 ， 4 5 S 1 4 3 - 5 0 ． i nC h i n e s e 王建国，高全臣，吴浩，等．预裂爆破成缝机理的数 值模拟研究[ J ] ．有色金属 矿山部分 ，2 0 1 4 ，6 6 2 8 0 8 4 ．9 2 ． W A N GJ i a n g u o ，G A OQ u a n - c h e n ，w uH a o ，e ta 1 ．N u m e r i c a ls i m u l a t i o na n a l y s i so nm e c h a n i s mo ft h ec r a c kf o r - m a t i o ni n d u c e db yp r e s p l i tb l a s t i n g [ J ] ．N o n f e r r o u sM e t a l s M i n i n gS e c t i o n ，2 0 1 4 ，6 6 2 8 0 8 4 ，9 2 ． i nC h i n e s e 任利，朱哲明，谢凌志，等．复合型裂纹断裂的新准 则[ J ] ．固体力学学报，2 0 1 3 ，3 4 1 3 1 3 7 ． R E NL i ，Z H UZ h e m i n g ，X I EL i n g - z h i ，e ta 1 ．N e wf r a c t u r e c r i t e r i o nf o rm i x e dm o d ec r a c k s 『J ] ．C h i n e s eJ o u r n a lo f S o l i dM e c h a n i c s ，2 0 1 3 ，3 4 1 3 1 - 3 7 ． i nC h i n e s e 蒋玉川，徐双武，陈辉．脆性材料复合型裂纹的断裂 准则[ J ] ．工程力学，2 0 0 8 ，2 5 4 5 0 5 4 ． J I A N GY u c h u a n ，X US h u a n g w u ，C H E N GH u i ．T h ef r a c t u r ec r i t e r i o no ft h em i x e dm o d ec r a c ki nb r i t t l em a t e r i a l s [ J ] ．E n g i n e e r i n gM e c h a n i c s ，2 0 0 8 ，2 5 4 5 0 5 4 ． i n C h i n e s e 郑周练，陈山林，叶晓明．切槽爆破研究的历史及现 状[ J ] ．重庆建筑大学学报，2 0 0 1 ，2 3 6 1 0 3 1 0 8 ． Z H E N GZ h o u l i a n ，C H E NS h a n l i n ，Y EX i a o r u i n g ．D e v e l o p m e n to fi n v e s t i g a t i o no nt h ev n o t c h e dr o c kb l a s t i n g [ J ] ．J o u r n a lo fC h o n g q i n gJ i a n z h uU n i v e r s i t y ，2 0 0 1 ， 2 3 6 1 0 3 1 0 8 ． i nC h i n e s e 杨国梁，杨仁树，佟强．切缝药包掏槽爆破研究与 [ 1 2 ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 5 ] [ 1 6 ] [ 1 6 ] 应用[ J ] ．煤炭学报，2 0 1 2 ，3 7 3 3 8 5 - 3 8 8 ． Y A N GG u o l i a n g ，Y A N GR e n s h u ，T O N GQ i a n g ．R e - s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fc u tb l a s t i n gw i t hs l o t t e dc h a r g e [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aC o a lS o c i e t y ，2 0 1 2 ，3 7 3 3 8 5 3 8 8 ． i nC h i n e s e 杨立云，杨仁树，许鹏．新型数字激光动态焦散线 实验系统及其应用[ J ] ．中国矿业大学学报，2 0 1 3 ， 4 2 2 1 8 8 1 9 4 ． Y A N GL i y u n ，Y A N GR e n s h u ，X UP e n g ．C a u s t i c sm e t h o dc o m b i n e dw i t hl a s e r d i g i t a lh i g h s p e e dc a m e r aa n d i t sa p p l i c a t i o n s [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo f M i n i n g T e c h n o l o g y ，2 0 1 3 ，4 2 2 1 8 8 1 9 4 ． i nC h i n e s e P A P A D O P O U L O SGA ．N e wf o r m u l ao fe x p e r i m e n t a ls t r e s s i n t e n s i t yf a c t o r e v a l u a t i o nb yc a u s t i c s [ J ] ．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a lo fF r a c t u r e ，2 0 11 ，1 7 1 1 7 9 - 8 4 ． G A OG ，L IZ ，X UJ ．O p t i c a lm e t h o do fc a u s t i c sa p p l i e d i nv i s c o e l a s t i cf r a c t u r ea n a l y s i s [ J ] ．O p t i c sa n dL a s e r si n E n g i n e e r i n g ，2 0 11 ，4 9 5 6 3 2 6 3 9 ． 李清，赵艳苹，马英丽，等．动焦散线在爆炸裂纹扩 展试验研究中的应用[ J ] ．工程爆破，2 0 0 5 ，1 1 3 9 一 1 2 ． L IQ i n g ，Z H A OY a n - p i n g ，M AY i n g l i ，e ta 1 ．A p p l i c a t i o n o fd y n a m i cc a u s t i c sf o rc r a c k sp r o p a g a t i o nu n d e rb l a s t i n g l o a d [ J ] ．E n g i n e e r i n gB l a s t i n g ，2 0 0 5 ，1 1 3 9 一1 2 ． i n C h i n e s e 杨仁树，边亚东，程海燕，等．爆炸载荷下动态焦散图 像的自动化处理[ J ] ．中国矿业大学学报，2 0 0 5 ， 3 4 2 4 8 ． Y A N GR e n s h u ，B I A NY a d o n g ，C H E N GH a i y a n ，e ta 1 ． I m a g ep r o c e s s i n gf o rd y n a m i cc a u s t i cu n d e rb l a s tl o a d i n g [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y ， 2 0 0 5 ，3 4 2 4 8 ． i nC h i n e s e 万方数据