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用大孔径牙轮钻机开采面板堆石坝料 第六图书馆 通过对高塘水电站面板堆石坝坝料开采爆破试验结果的分析,探讨了用大孔径牙轮钻机开采堆石坝料的可行性,通过试验,认为用大孔 径牙轮钻机开采堆石坝料是可行的,该同开采收率高,在要求开采强度较大时,具有独到的优势。通过对高塘水电站面板堆石坝坝料开 采爆破试验结果的分析,探讨了用大孔径牙轮钻机开采堆石坝料的可行性,通过试验,认为用大孔径牙轮钻机开采堆石坝料是可行的,该 同开采收率高,在要求开采强度较大时,具有独到的优势。牙轮钻机 开采 堆石坝料 爆破试验爆破边振华 付海峰 [1]广东省水电二局 [2]中国水电科学院1998第六图书馆 第六图书馆 爆 破 BLA S TI NG Vo I l 5 No 4 De c 1 9 9 8 用大孔径牙轮钻机开采面板堆石坝料 ．鎏摹丝 广东省水电二局 广 东省增城 市5 1 1 3 4 0 付海峰 中国水电科学院 刘国富 广 东省水 电二局 广 东省增城 市5 1 1 3 4 0 ＼ ／ 』 } I ， r V f f 、 L{ - 摘要通 过对 高塘水电站面板 堆石 埂坝料 开采爆破试验 鲒果 的分析 ． 探甘 了用 大孔径 牙轮 钻机 开 采堆 石坝 料的可行性。通 过试 验， 认为用大孔径牙轮钻机开采堆石坝料 是可行 的。谊钻 机开采 效 率 高， 在要 末开采 强度较 大时， 具有独到 的优 势。 关键词 大孔径 ； 中国分类号T D 2 3 5 3 3 堆石坝料 韶 边 Ex p l o i t i ng Da m M a t e r i a l s O N Pa ne l Ro c k f i l l Da m b y La r g e d i a mt e r Ge a r e d Dr i l l B i a n Z h e n h u a F u Ha i f e n g Li u Gu o f ”G u a n g d o n g No 2 Hy d r o d e c t r i c B o a r d ， C h i n a Hy d r o e l e c t r i c Ac a d e my Ab s t r a e t Th r o u g h a n a l y z i n g t h e e x p e r i me n t a l r e s u l t s o f e x p l o s i o n e x p l o i t i ng d a m ma t e r i a l s o n p a n e l r o c kf i l l d a m o f Ga o t a n g h y d r o e l e c t r i c s t a t i o n ，t h e f e a s i b i l i t y o f e x p l o i t i n g d a m ma t e r i a l s b y l a r g e d i a me t e r g e a r e d d r i l l i s d i s c u s s e d，a n d t h e r esu l t s s h o w t h a t i t i s f eas l e ．Du t t o h i g h e f f e c t i v e n ess o f e x p l o i t a t i o n ，t h e d r i l l h a s i t s s u p e rio r i t y wh e n h i g h e r i n t e n s i t y o f e x p l o i t a t i o n i s r e q u i r e d Ke y w o r d s l a r g e d i a me t e r ；g e a r e d d r i l l ；e x p l o i t a t i o n ；r o c kf i l l d a m ma t e r i a l s 引言 面板 堆石 坝是 一种 较新 坝型 。与 土石 坝相 比 ， 具有 断面小 、 导流 渡汛 简单等 特 点 。一般 导 收稿 日期 l 9 9 8 0 5 0 3 渊 厂 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 第 l 5卷第 4期 边振华等 用太 L 径牙轮钻机开采面板堆石坝料 -2 1 流渡汛方 案 为 隧洞导 流 ， 利 用一 个枯水 期完 成河 槽清 挖和将 坝体 按 临时 断面抢 填到 拦洪 渡汛 高程 。这样 ， 往往 初期 填筑 强度 较大 多 年来 ， 面板 堆石 坝坝 料开 采始 终存在 粒径 、 级配 要求 与开采 强度 之 间的矛 盾 。中小孔 径 孔 径小 于 1 5 0 tor t 1 深孔梯 段爆 破可 以满足 最大 粒 径 和级 配要求 ， 但 开 采 强度 低 ； 洞室 爆 破 开 采强度 高 ， 但 超径 率过 大。 在广东 省肇 庆市 高塘水 电站 面板堆 石坝 坝料 开 采施 工 中， 试 验采 用 了大 孔 径 牙轮 钻 机 开 采堆 石坝料 ， 取 得了 比较满 意的效 果 。 2 工程概况 高塘水电站位于广东省西北部怀集县境 内的白水河上 ， 总装机容量 31 ． 2万 k w。大坝 为混凝土面板堆石坝， 最大坝高 1 l 0 ． 7 m， 坝顶长 2 8 8 ． 3 m， 坝体石料填筑 总量 1 9 1 ． 8万 H 。 各种坝料技术指标见表 l 。 高塘水电站面板堆石坝是广东省境 内已建、 在建水电工程 中坝体最高的大坝 。坝体填筑 料除 垫层料 需人 工制 备外 ， 过渡料 及 主 、 次堆 石料 均需直 接采 用料 场爆破 开 采的 石料 。按计 划 从 1 9 9 7年 1 0月初 开 始上坝 铺料 。高塘 水 电站 1 9 9 8年渡 讯方 案要求 ， 至 1 9 9 8年 3月底 ， 坝体 按I 临时断面填 筑 到 3 7 8 ． 8 r t l 高程 ， 这部分 填 筑 方 量为 7 2万 1 3 “ 1 ， 月 均 1 2万 ， 最 高月 填筑 强 度为 1 5万 m 。 表 1 高塘水电站坝体填筑料 3 石场条件 本 工程选 定千 里坑 石场 为主 料场 。该 料 场位 于 坝址 下 游 河谷 左 岸 ， 距 坝址 直线 距 离 约 1 0 0 0 m， 为典型的河谷地貌 。料场沿河谷分布， 利用长度 3 0 0 r t l 左右。高程在 3 4 0 ～5 1 0 m之 间 ， 储量 在 2 O 0万 n 以上 。 千里坑料场 山坡陡峭 ， 自然坡度为 3 7 --4 5 。 。大部分地段岩石出露 ， 局部有崩塌堆积和坡 积层 覆盖 。 料场岩石主要为灰白色细粒 花岗岩和灰白、 肉红色中粒花岗岩 ， 岩性单一， 地质构造简单。 场区内分布有 F 1 0 2和 F 1 6 5两条断层 ， 但规模不大 ， 充填较好 。岩石节理主要分布有四组 ， 相 互形 成 自然 切割 。节 理 间距 1 ． 5 ～3 ． 0 m。岩石 的物理 力学 指标 如表 2 。 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 爆 破 4 钻孔设 备 为 了满 足坝体 填筑 的高强 度要 求 ， 加 速坝料 爆破 开采 工作 ， 承担 大坝施 工 任务 的广东 省水 电二局 与云 浮硫铁 矿合 作 ， 选 用 了美 国产 矿 山 用 B E 4 5 R 型牙 轮 钻 机 作 为 坝料 开 采 的钻 孔 设 备。 表 2 千里坑料场岩石物理力学指标统计表 牙轮钻机主要特点是钻孔直径大 、 开采效率高， 适合大规模石料和矿岩爆破开采。在国内 外矿 山系统采用较多。B E 4 5 R型钻机钻孔直径为 1 7 0 ～2 7 0 mm， 据统计其钻 L 效率平均 为 2 3 0 0米／ 月 台。但如此大孔径的钻孔机具在水利水电工程中使用， 尤其是开采对最大块度和 粒 径级 配有严 格要 求 的面板 堆石 坝料 ， 国 内尚属首 次 ， 国外 也未 见报 导 。 5 爆破试验 为了研究大孔径牙轮钻机开采堆石坝料的可行性 ， 及验证在现有石场条件下其开采强度 是否能够满足坝体填筑强度要求 ， 在高塘水电站千里坑料场进行 了现场爆破试验。根据设计 文件要求 ， 于 1 9 9 7年 9月 5日开始钻孔 ， 到 1 0月 2 5日结束。结合碾压试 验， 分别进行 了过渡 料 、 主堆石 料和 次堆石 料 的现场梯 段控 制爆破 试验 。 ’ 5 ． 1 爆 破试 验规 划设 计 钻机钻 L 直径 2 5 0 mm。根据钻机性能和效率， 确定梯段高为 1 5 m。 根据 大孔 径钻 孔爆 破的 常用公 式及 参 考 国 内部分 露 天矿 2 5 0 mm 孔 径深 孔 爆 破参 数 ， 求 得千里坑料场条件下适于 2 5 0 I Y l I I 1 孔径的底盘抵抗线值为 4 ． 0 ～1 0 ． 0 m 根 据坝 工设 计 所 提 出的高 塘 面板 堆 石 坝 对各种 坝 料 最大 粒 径 和颗 粒 级 配 组成 的 不 同要 求 ， 为使爆 落 石料 在最大 粒径 和级 配构 成上能 最大 限度地 满足设 计要 求 ， 根 据我们 以往 对该 项 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 第 L 5卷第 4期 边振华 等 用太孔径牙轮钻机开采面板堆石坝料 工作 的试 验 研究 成 果 和取得 的经 验 ， 认 为可 由 B M 库 兹涅 佐 夫公 式和 拉 桑 公式 经 试 算取 得 L 网参数 和 炸药单 耗 。 库兹 涅佐 夫公 式 X A V o ／ Q Q 式 中 ， X一 爆 碴的平 均尺 寸 ， c m； Q 一 单 孔炸药 重量 ， k g ； 一 单 L 爆破岩石的体积 ， m ； A 一 与岩 石坚 固系数 有关 的系数 。 拉桑公 式 Ys e。 I 一 0 5 I 一 1 1 8 I q 一 。 2 ] 一 破碎 的爆 岩有 8 0 ％通过 的筛 孔尺寸 ， m； S一 孔 间距 ， m； B一 底盘 抵 抗 线 ， m； q一 炸药单耗， k g ／ m ； c一 岩石系数 ， k g ／ m3 。 经过计算， 得到主 、 次堆石料和过渡料的孔网参数见表 3 。 表 3 现场爆破试验爆破设计参数表 超钻深取 o ． 2 ～o ． 3 w， 堵塞长取 o ． 8 ～1 o w。 5 ． 2 现场试验及爆碴颗粒组成 由于台阶自由面一侧不平整及坡 7度不一致， 按设计孔网实地放样时 ， 根据地形将孔位做 了适当调整 ， 故实际钻孔的孔网参数与设计略有 出 ， 但总体上还是体现了原设计 的意图。三 场爆破 试验 的实 际钻爆 参数 列于 表 4 。 由于 过渡料 、 主堆石 料 爆破 装 药段 短 ， 采 用 空 气 间 隔装 药。但个别孔空气问隔堵塞失败 ， 造成堵塞段过长。 爆破试验使用 的爆破器 材为 湖南南岭化工厂生产 的乳化铵油炸药 ， 药卷尺寸为 1 9 0 4 0 0 mm， 炸药 密度 1 ． 0 6 g ／ c m ， 猛度 1 6 ～1 9 mm， 爆力 3 0 1 ml ， 殉爆距离 9 c m； 起爆器材为湖 南湘南 爆破 器材 厂 生产 的非 电毫秒 雷管 。 三场爆破试验 ， 爆后石渣堆积都 比较集中， 最大抛散距离为梯段高度的 3至 4倍。 每场爆破试验后都随机选取一定量的爆渣 3 0 m 左右， 约为爆破方量 的 0 ． 5 ％ 专门进行 了颗分试验 。三场试验的爆渣筛分总量为 1 8 3 ． 3 t 。其中过渡料筛分 6 3 ． 1 t ， 主堆石料 5 7 ． 6 t ， 次堆 石料 6 2 ． 6 t 。可 说 筛分 结果 对各场 次 的爆破 试验 料 的级 配具 有较 好的 代表性 。筛 分结 果见颗分 曲线 图与 表 5 。 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 爆 破 1 9 9 8年 l 2月 为了便 于 比较 ， 图 中加人 了设 计级 配 曲线 。次堆石 料 只有最 大粒 径要 求 ， 级 配 参考 主堆石 料 。从颗分 曲线可 以看 出 ， 三种爆 破 料除过 渡料 颗 粒偏 大 外 ， 主堆 石 料 与 次 堆石 料 粒 径 、 级 配 满足设计要 求 。 表 4高塘千里坑料场爆破试验实际钻爆参数统计表 表 5 爆破料颗粒级配表 5 3 碾压谊验结果及钻爆强度分析 为了摸清各种爆破料的碾压参数 ， 我们还进行了碾压试验。碾压试验共进行了 3大场 2 3 小场 ， 挖坑试验 4 6个 。在设计加水率、 碾压遍数情况下 ， 过渡料平均干密度为 2 ． 2 1 g ／ a ， 主 堆石料为 2 ． 2 6 g ／ c m3 ， ， 次堆石料为 2 ． 1 7 g ／ c m3 ， ， 均满足设计千密度要求 。 通过钻爆试验统计 ， 在千里坑料场的现场条件下 B E R 一4 5型牙轮钻机的钻进速度为 8 ～ 1 4m／ 小时 按每 日两台班 ， 则月进尺约 3 0 ∞～5 0 ∞ m。开采强度可达 1 5 ～2 5万 m3 ／ Y ] ， 能 满 足上坝 强度要 求 。 6 结论 宴践证明， 用大孔径牙轮钻机开采面板堆石坝料是可行的， 只要各种参 数选取台理 ， 就能 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 第 1 5卷第 4期 边振华等用大孔径牙轮钻机开采面板堆石坝料 2 5 丧 b 匿 睇 爆碴颗粒粒径／ ram 图 1 爆破 料颗分 曲线 满足坝料的最大粒径和级配要求。 用牙轮钻机开采堆石坝料 ， 开采效率高。在要求上坝强度较大时具有很大的优势。 参考文献 1 中国力学学会工程爆破委员会 ． 工程爆破 ． 北京 冶金 出版社 ． 1 9 8 8 2 R 古斯塔 夫瑞典爆 破技术 ． 北京 铁道出版社 ， 1 9 7 8 3 黄绍钧 、 付 海峰 ． 结 合岩体裂 隙调查 研究爆岩块度分布 ． 中国水利水电科学研究院科 学研究论文集 3 2期 ．北京 水 电出版杜 ， 1 9 9 1 4 黄绍钧、 付海峰等 鲁布革规堆石料控制爆破技术的试验研究 ． 中国水利水电科学研究院科学研究论文 集 3 O期 ． 北京 水 电出版社 ， 1 9 8 8 5 宏海爆 破堆石体的块度 缎配组成的预报方往 ． 中 国水 希 』 水 电科 学研 究院科学 研究论文集 3 2期 北 京 水电出版社 ， 1 9 9 1 6 C V B Cu n n i n g h a m F r a g me n t a t i o nE s t i ma t l o n s a n dt h eKUZ R锄Mo d e l F o u rYe a r s o ／ 1 s e c o n dl n t e r n a t i o n a ] s v mp o s i u m o nR o c k F r a g me n t a t i o n b yBl a s t in g ，Ke y s t o n e，C o [o r a d o Au g u s t ，2 32 6．1 9 8 7 7 u 兰格福斯 ． 岩石爆 破现代技术 ． 北京 冶金出版社 ， 1 9 8 3 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆