坚硬岩体上堆石料硐室爆破开采技术研究.pdf

第】8 卷第4 期 川r 】1 年l 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．I8N o ．4 D P c2 【 0 】 文章编号 lo 。14 8 7 x 2 0 0 1 u 4 一 】【 3 6 一0 3 坚硬岩体上堆石料硐室爆破开采技术研究 李红杰1 ，贺鹏程2 ，许承胜1 ，魏伴云1 1 ．中国地质大学，湖北武汉43 0 0 7 4 ；2 水利水电第五工程局，浙江瑞安3 2 s 2 0 8 摘要分析了在堆石料硐室爆破开采中影响破碎效果的因素，从炸药单耗、药包布王、空腔比、最小抵抗 线与药包埋j 幕等方面提出了控制石料块度和叛配的对策。两次开采实践证明，石料级配符合水工设计要求． 超轻石碍到了有效控制。 关键词硐室爆破；堆石料；级配 中图分类号T D2 3 53 4文献标识码A R o c k f i I lM a t e r i a I sM i n i I I gT e c h n o I o g yb yC h a m b e rB l a s t i n g o nH a r dR o c k m a s s L IH o n g 一，i 一，H EP e n g c h P n 9 2 ，x UY o n g5 h e n 一，w E IB d n y M 讨 1C h l n aU n i v e r s i t yo fG e o s c l e n c e s ，W u h a n4 3 0 0 7 4 ，C h l n a ； 2T h eF i “hW a t c rC 。n s e r v a n c ya n dH y d r o p o w e rE “g i n e e r i “gB u r e a uo fC h i I l a R u i a n3 2 j 2 0 8 ，C h i n a A b s t r a c t T h c l n f l u e n n a lf a c t o r so fc r u s h I “ge f f e c tin m l n i “gr o c k f l l lm a t e r l a l sb yc h a m b e rb l a 时m ga r e a n a 】y z e d ．a n dt h ec o n t r 0 1s t r a t 。g 【e so ft h eb l gs i z e r o c k s a n dt h eg r a d u a t j o na r ep u tf o r w a r df r o ma n a l y z l “gt hs p e c l f 叭h a ‘g e ，c h a 。g e1 8 y o u t ．c o u p l m gr a t l o ，b u r d 叽a n dW ／Hv a l u e1 、h 。p r a c t i c a lr e s u l 怛p r o v et h a tt l 州t o n e g r a d u a t l o n m e e t st h e r e q u l r e m e n t so fh y d r o p 。州p r o 】e c ta n dt h eb i gs l 引0 c k sa Ⅲo n t r o 【l e de f f e c t I v e l y K e yw o r d 5 f 】1 a m b e rb l a S t i “g ；r o c k 埘Im a t e r l a l 5 ； g r a d u a r i o n l引言 自8 0 年代以来，混凝土面板堆石坝这种新土石 坝在我国蓬勃兴起，在其建造过程中坝体的填筑进 度与质量在很大程度上取决于其主体材料一 堆石 料的供应进度与质量。除个别坝体利用天然砂砾石 以外．绝大部分采用爆破开采的堆石料．开采任务十 分繁重。对开采堆石料有严格的粒径限制和良好的 级配爱求，通常最大粒径不超过6 0c m 或8 0c m ，而 良好级配则有两方面的含义一是石料的不均匀系 数c 。≥j 和曲率系数c c 一1 ～3 ；二是爆破碎石的实 际级配曲线在设计单位提供的级配包络线范围之 内。这就使堆石料开采具有很高的难度。 2 硐室爆破开采堆石料的现状 硐室爆破这种投人设备少、施工速度快、一次爆 破方量大、成本低的爆破方法在抛掷筑坝、移河改 道、搬山造田、露天矿剥离、铁路与公路建设等方面 获得了广泛应用，并取得了良好效果，但目前极少用 于开采面板坝堆石料。文献[ 2 3 ] 认为硐室爆破开 采堆石料仅适合于深孔爆破施工困难、地形陡峭、节 理裂隙发育并易破碎的岩傩。这主要是因为硐室爆 收稿日期 1 。l 0 83 0 ． 作者简介事竹杰 1 9 6 2 ．男；武牲中国地质大学工程学院副教授 万方数据 第1 8 卷第4 期李红杰 等坚硬岩体上堆石料硐室爆破开采技术研究 破大块率高．石料的级配难以控制，爆后往往二次破 碎工作量很大。为了保证上坝料石的级配，有时还需 参兑一定规格的细料，从而严重影响上坝强度，大块 率很高时甚至会造成整个石场废弃。 近年来已有一些相关研究和工程实践[ 4，但 开采技术还不够成熟，特别是在坚硬岩体上开采的 一些技术问题急待解决。 3 破碎效果的影响因素分析 堆石料开采硐室爆破的破碎效果主要表现在爆 破石料的块度和级配上，而影响破碎块度和石料级 配的因素，主要为地质条件和爆源状况。 3 ．I 地质条件对破碎效果的影响 地质条件主要包括岩石的性质、风化程度、裂隙 发育状况以及断层破碎带范围等。研究表明，爆破作 用指数n 不同．则主要影响因素不同“] 。对”值小的 松动爆破，爆破作用力较小．距爆心～定距离以外的 岩体沿原有裂隙面裂开，裂隙的发育程度是影响爆 破块度大小的最主要因素。而对n 值较大的抛掷爆 破，爆破作用力较大，超过岩石强度的爆破应力区范 围扩大．使更多的岩块断裂出新鲜面，此时爆破块度 特别是细粒含量主要受岩石的力学强度 岩性软硬、 岩石风化程度 的影响。 可见在坚硬岩石上爆破的破碎效果主要受岩石 力学强度的影响，而爆破设计则必须选取较大的” 值，但不可形成抛掷。 3 ．2 爆谭状况对破碎效果的影响 爆源状况对破碎效果的影响因素主要为爆破参 数设计，受经济、环境、设计思想和工期等方面的制 约，但都具有多种选择。从理论上讲．炸药性能与岩 性相匹配时破碎效果最好，由于受工程成本和炸药 供应条件的限制，施工中通常选用岩石炸药或铵油 炸药．药室有承时也用乳化炸药。 4 块度与级配控制对策 4 ．1 炸药单耗 有关深孔爆破的研究表明，在一定范围内适当 增大炸药单耗是降低大块率的主要途径，而且是控 制细粒产量的一个主要因素H ] 。硐室爆破与深孔爆 破在破岩机理上是一致的。由于硐室爆破比深孔爆 破的抵抗线要大得多，要达到同样的破碎效果，在类 似地质条件F 硐室爆破的炸药单耗应适当大于深孔 爆破。文献[ 2 ] 指出应取深7 L 爆破炸药单耗的2 倍左 右。因此在确保环境安全的前提下，适当提高炸药单 耗．采用加强松动爆破，对方量主体压进行粉碎性破 碎是必要的。 4 ．2 药包布置 药包布置除应考虑倒塌方向和爆堆形状外，更 主要的是考虑有效地利用爆破能量和改善岩块破碎 质量，使爆后岩块小并符合一定级配。从能量利用率 来看．条形药包的能量利用率要高于集中药包”。。大 量的工程实践也表明，条形药包与集中药包相比，大 块率有明显的下降，因此尽可能采用条形药包。不适 合布置条形药包时，根据地形特点，采用多种药包组 合进行，灵活布置，在岩体中不留“盲区”，并保持药 包各方向的抵抗线基本一致，误差不超过1 0 ％。 4 ．3 空腔比 随着空腔比的增大，爆轰波初始峰值减小，压碎 圈半径减小。对在坚硬完整岩体上开采堆石料，则小 颗粒含量减少。就一般硐室爆破而言，多数人认为空 腔比等于4 左右较合适，破碎效果和抛掷效果最理 想。但在开采堆石料时，为了形成较好的爆堆形状， 便于装运和减少石料浪费，追求破碎效果好却不希 望抛掷效果好。在适当增大炸药单耗后，形成抛掷的 可能性增大，选择空腔比时，则应以减小形成抛掷的 趋势为原则。虽然在抛掷和堆积过程中也有岩石碰 撞破碎，但其破碎量相对较少，对满足石料级配要求 不起决定作用。因此，除了个别负担方量对整体石料 级配影响极小的小型药包外，其余药包应选用较小 的空腔比，以加强破碎，避免抛掷。 4 ．4w 与w ≠l I 谯 最小抵抗线w 与药包埋设深度，，是药包布置 的重要参数，对破碎效果影响很大。实践证明，硐室 爆破产生大块的区域主要是在远离爆源的反射拉裂 垮塌区。这一区域由爆破产生的反射拉应力强度较 弱，岩体沿原薄弱面裂开的可能性较大，另外岩体受 爆破震动或底部掏空失稳产生垮塌，从而形成大块， 所以w 不宜过大。另一方面，要考虑条形药包在采 用小空腔的条件下，不使药室断面过小造成开挖困 难。Ⅵ，以】5 ～2 0m 为宜，视具体情况最大不超过2 j m ，对集中药包可取更小的数值。 w ／H 值直接影响药包所负担方量的大小，但 在设计中计算药量时往往只考虑w 值而不考虑H 值。当Ⅳ值一定时，Ⅳ／H 值越小，药包负担的方量 越大，顶部产生垮塌的方量越大，炸药单耗也就越 小，从而使破碎效果变差。为防止出现这种现象，应 把常规硐室爆破选用的w ／H o ．6 ～0 ．8 提高到 O ．8 ～】。 5 工程应用 根据以上分析，笔者在湖北陡岭子皂站马背山 万方数据 3 8 爆破 料场的小寨山料场分别进行了两次较大规模的开 采，小寨山山体由上震旦统灯影组大理岩与白云岩 组成，岩石坚硬，裂隙、层理、岩溶均不发育，岩石平 均密度2 ．8 jt ／m 3 ，干态抗压强度8 0 ～1 7 0M P a ，湿 态抗压强度7 j ～13 0M P a 。 第1 次开采量为l o ．j 万m 3 ，药包布置为3 层2 排4 条导硐，9 个药室，总装药量1 1 6 ．jt ，平均炸药 单耗女为1 ．1 lk g ／m3 ，爆破参数与装药量见表1 。爆 后对爆堆进行了抽样筛分试验不均匀系数f ．，一 8 ．7 ．曲率系数C 一1 ．3 2 ，颗粒大小平均分配曲线近 似设计级配平均曲线，大于6 0c m 的超径石小于 8 ％。料石上坝碾压后实测容重为2 2 ．7k N ／m3 ，大于 2 1 ．1k N ／m 3 的设计值。 第2 次开采量为3 2 万m 3 ，药室布置为5 层3 排，14 个药室。因业方和筑坝方要求尽可能提高5 m m 以下细小颗粒含量，设计中以粉碎性爆破为主， ”值选取主要考虑以下因素由于一层前排自由面 还堆有第1 次爆破上坝剩余的约3 万m3 石料，爆区 左右两侧有上坡沟形成夹持，因此一层前后排两个 药室选取较大n 值．分别为1 ．1 和1 ．3 ；二层前排受 上次爆破影响，自由面上裂隙较多，但其抵抗线较 大，内部岩石仍可能比较完整，已开挖的硐室情况也 证明了这一点，考虑级配和减少大块的要求，”值取 1 ．o ；其它药室根据具体情况参照第1 次爆破选取。 表1 第1 次开采爆破参数与装药量 药室 类型 集中 集中 条形 分集 分集 羹中 辅助 辅助 集中 单耗 ／k g m l4 l4 2 ．4 1 ．3 13 l3 13 。Ⅳ／。L ／m 装药量 ／k g 102 2d 1 57 0 0 l02 0 ．81 25 0 0 i ．30 5 ．04 096 45 0 0 O99O一8 0 0 O9 1 1 ．818 0 0 1 ．22 09 171 0 0 一一一10 0 0 一 l0 0 0 1 ．O1 1 ．72 1 0 0 注L 为录彤药阜长度 爆破后．爆堆分布形状较好，便于机械铲装，爆 破震动和飞石都得到了有效控制。大块率明显低于 第一次爆破．对直径大于8 0c m 的大块均采用风钻 打眼进行爆破．总凿岩工作量不到70 0 0m 。关于石 料的级配，上坝碾压后抽样筛分的结果为G ．一 3 4 ．3 ．f 。一2 ．2 ，级配曲线主体在设计上下包络线中 2 0 。1 年l2 月 央，说明所采堆石料总体符合上坝要求。级配曲线显 示o ．j ～2om m 的细小颗粒含量略有超标，但这不 是单一爆破作用的结果，装运、碾压都会使细小颗粒 含量增大。 两次开采结果表明，采用硐室爆破在坚硬岩体 上开采堆石料是可行的。 表2 第2 次开采爆破参数与装药■ 要喜 。 Ⅳ／mH 乜．。￡／m 空腔比装琴量 编号／m／h 11 ．t2 2 ．52 56 8O19 35 36 S 0 21 ．32 2 ．52 59 9 ．t l6 112 05 7 5 31 ．02 252 53 55J ．7 02 33 7 5 41 ．32 2 ．52 57 5017 38 3S S O 5O ．87 ．52 ．0 04 0 0 6 O813 ．2 一一 1 ．4 6 2 【2 5 71 ．0l7 ．O 2 0 2 1 52 ．1887 0 0 81 ．21 8O2 j4 0 ．51 ．7 42 64 0 0 9087 ． 一2 ．0 03 0 0 1 00 ．8l 6015 237 7 5 1 l1 l9 ．52 02 3 ．5l8 41 25 2 5 12O ．85 ．O 1 ．6 01 0 0 1 3 O8 I 5 l8 510 7 5 1 4 0810 ．81 5一l7 011 7 5 参考文献 l 吴新霞．彭朝晖．张正字面板堆石坝级配开采爆破块度 预报模型及爆破设计参数优化研究[ J ] 工程爆破，1 9 9 6 ． 2 5 9 51 0 0 2 苗胜坤混凝土面板堆石坝堆石料开采爆破技术[ J ] ．人 民长扛，】9 删，2 5 j 0 ；3 2 0 暑 3 傅志安，凤家骥．混凝土面板堆石埙[ M ] ．武汉华中理工 大学出版社1 9 9 32 3 7 2 4 1 ． 4 程康，祝文化．集中药包与条形药包结台控制爆破开采筑 坝材料方法的研究”] 工程爆破文集 第五辑 [ c ] ．武 汉中国地质大学出版杜，1 9 9 31 2L 一1 2 3 5 刘焕桢．硐室爆破开采面板坝堆石料[ J ] ．工程爆破， 1 9 9 6 ．2 2 8 3 8 4 ． 6 杨年华工程地质条件对爆破坝体块度的影响[ J ] 水利 水电技术，l9 9 3 1 3 7 4 0 ． 7 苗胜坤．堆石料爆破开采技术的探讨[ J ] ．爆破．1 9 9 z ，9 3 5 1 0 81 1 3 8 露天大爆破编写组．露天大爆破[ M ] 北京冶金T 业出 版社，】97 9 墟特一，。。。。。。。。 万方数据