黄连山水库堆石坝洞室爆破开采坝料的设计和应用

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摘要：黄连山水库工程采用洞室爆破开采堆石料技术，科学地将洞室爆破理论和坝体填筑施工方法结合，爆破石料满足了坝料粒径要求和各种级配要求。

关键词：洞室爆破；开采；堆石坝料

Abstract: Huanglianshan reservoir engineering chamber blasting mining the rock fill technical, scientific combined chamber blasting theory and dam filling construction methods, blasting the stone to meet particle size requirements of the dam material and a variety of grading requirements.Key words: chamber blasting; mining; rock fill dam material

中图分类号：TD235 文献标识码：A文章编号：

1 工程简介

黄连山水库石料场位于坝址下游近800ｍ的河床左岸坡，此河段为基本对称的“Ｖ”型谷，左岸岸坡坡度陡峭（40～55゜之间）。石料岩性主要为绢云母长石石英砂岩、绢云母石英片岩夹层，局部偶夹碳酸盐岩化泥质层，岩石厚度大，颗粒细，结构致密，坚硬，节理裂隙不发育，石质属坚硬岩类。分布高程1760m~2075m，相应的石料储藏量3340万m3，剥离最大深度5.0m，经试验分析，有用层弱风化带岩石饱和抗压强度60.6MPa，干抗压强度72.7MPa、比重2.74kg/cm3，饱和容重27.2N/cm3，岩石软化系数大干0.8，空隙率0.73％，最大吸水率0.11％，粘聚力C最大值1.32MPa，最小值0.007 MPa，静态弹模5.9×104MPa，μ=0.24。岩石质量好，具有露天开采条件。

2 爆破方案

黄连山水库面板堆石坝总填筑量达42.9万m3，采用分期填筑，坝体填筑料也采用分期开采，一期开采方量14万m3以上，2004年11月份以前完成。由于前期时间紧迫，受地形地质条件限制，梯段爆破开采存在困难，而洞室爆破法开采面板坝堆石料已经是一门比较成熟的技术，可以开采出合格的面板堆石坝坝料，故计划在1815～1860m范围内采用洞室爆破。

条形药室爆炸能量分布均匀，对块度和级配控制比较好，因此采用条形药室布置方案。洞室爆破范围为1815～1860m，分两层布置药室，下层药室布置在1815m高程，布置2排，上层药室布置在1835m，布置1排，开挖宽度按12～15万m3圈定的范围确定。

洞室爆破按加强松动爆破设计，采用毫秒非电雷管起爆网路。

3 基本爆破参数

3.1一般爆破参数

3.1.1药室形状

由于爆破料有级配和块度要求，而条形药室能量分布均匀，对石料块度和级配的控制比较好，因此采用条形药室布置方案。

3.1.2最小抵抗线

根据类似工程经验，主堆石料的块度要求在dmax=60cm，最小抵抗线不宜大于20m，因此确定最小抵抗线按18m控制，20m校核。在实际药室布置过程中，不排除有个别药包的最小抵抗线大于20m。

3.1.3 W/H值

洞室爆破W/H设计值为0.65～0.95。

3.1.4开挖层高

由于洞室爆破开挖高程选择在1815～1860m之间，高度45m，根据一般洞室爆破开采面板堆石坝坝料的经验，高度大约是抵抗线的2倍以上，因此需要分层分排布置药室，层高选择20m。

3.1.5爆破作用指数

爆破作用指数n：洞室爆破设计为加强松动爆破，爆破作用指数n取0.60～0.85，前排取小值，后排取大值；上层取小值，下层取大值。

3.1.6爆破类型

爆破以开采级配料为目的，要求块度小于60cm，大块率尽量低，因此按加强松动爆破设计。

3.1.7炸药单耗

面板坝坝料对细粒料的含量有严格的要求，一般含量均比较大，因此炸药单耗较一般梯段爆破要大，从甲方提供的岩石物理力学指标，炸药单耗按0.65kg/m3设计。

3.1.8药室和导洞断面

本次爆破各药室抵抗线按18m左右控制，满足一般巷道布药要求，爆破装药、堵塞也采用人工完成，因此药室、导洞采用最小断面设计，洞室开挖成半圆拱型或城门拱型，断面轮廓尺寸：导洞断面：1.2m×1.8m，药室断面：1.2m×1.7m。

3.1.9起爆网络

设计采用毫秒非电雷管起爆网路，利用其分段灵活的特点，通过多分段，使先爆药室为后爆药室创造出良好的临空面，并且通过控制分段时间，使先爆药室和后爆药室的爆渣相互碰撞、挤压，改善石料的破碎质量和粒径，同时避免各种外界电流对起爆网路的影响。采用微差起爆，尽量降低单响药量，避免爆破振动和爆破飞石对周围的保护物造成影响。

3.2 爆破漏斗几何要素

条形药包压缩圈半径：

下破裂半径：

上破裂半径：

式中：μ—压缩系数，黄连山料场岩石较硬，μ取12；q—线装药密度，kg/m；R—下破裂半径，m；

—为装药密度，取850kg/m3；W—最小抵抗线，m；

n—爆破作用指数，n=0.65～0.85，抵抗线小时取小值，抵抗线大时取大值，根据试验效果取值；

β—向上崩塌范围系数，对中硬岩石按β=1+0.04(α/10)3计算，当原地形坡度α为30～65°时，

取2.1～12.0，黄连山石料场综合坡度取α=50°，β=6。

3.3装药计算

条形药包药量计算采用下式：

式中：K-标准抛掷炸药单耗，K=1.5kg/m3，松动或加强松动爆破炸药单耗 K’=0.44K ；

W—最小抵抗线，m；n—爆破作用指数，n=0.65～0.85；

L—装药长度，m； m—间距系数，m=1.0～1.2；

e—炸药品种换算系数，e=1.0、1.05时,对应于2#岩石铵梯炸药和铵油炸药。

4 药室、导洞开挖设计

4.1药室、导洞布置

根据爆破质量要求和实际地形情况，布置2层药室。各药室、导洞设计全部为平洞，为便于出渣和排水，导洞按0.3%的顺坡设计。

4.2药室、导洞断面设计

洞室爆破各药室抵抗线按18m左右控制，最大线装药密度小于400kg/m，满足一般巷道布药要求，爆破装药、堵塞采用人工完成，因此药室、导洞设计以方便人员出入和装够设计药量为基本要求，洞室开挖成半圆拱型或城门拱型，断面轮廓尺寸如下：

导洞断面：1.2m×1.8m；药室断面：1.2m×1.7m。

5 起爆网路设计

5.1采用非电导爆管起爆网路，各药室起爆体内使用的雷管段为 MS15。接力雷管以MS2、MS3为主。各药室起爆雷管及接力雷管均采用10发并联联结形式。

5.2同一药室内部分段时差为50毫秒，同一层排间药室以MS5段间隔，上下层相邻药室用一个MS7段间隔。

5.3装有不同段别的起爆体要对号入室，杜绝错装。

5.4各药室起爆网路联接应有专人负责，按从里到外的顺序进行。

5.5导爆管挂在导洞侧壁上， 并固定好，接力雷管放在堵塞段，且用废胶皮风管包裹保护。

5.6爆前必须做爆破器材性能检测试验及1∶1的起爆网路试验。

6洞室施工组织

洞室施工是保证整个工程工期及爆破施工安全的关键工序，为保障导洞、药室开挖按设计要求有条不紊地进行，设立开挖施工现场调度室，制定安全规定，对上岗人员进行安全教育，特别需强调的是：药室坐标和高程的偏差应控制在±0.2米，否则由此产生的后果是很严重的。

开挖施工配备合格的测量工、风钻工、爆破工和支护工及其他辅助工，合理安排掘进循环。

洞室施工完毕，组织洞室验收，清除危石，通过测量将控制点投影到地表并实测剖面，以便校核最小抵抗线和可能逸出方向的剖面，并按实测结果调整装药量。 特别要注意局部地形情况可能造成的飞石危害。

7爆破效果

7.1 爆破总体评价

爆破于2004年12月14日下午2点成功实施，本次装药42T，爆破方量12万m3，爆堆集中，无冲炮，超径含量低，边坡基本稳定。本次爆破缺陷：山体覆盖层较厚，爆破完成后局部进行覆盖层剥离。

爆破总体评价效果良好。

7.2 爆破料的颗分实验

采用洞室爆破开采堆石坝料，爆破料级配能否满足坝料设计要求，超径大块率能否控制在合理、经济的范围内，是检验洞室爆破成功与否的主要指标。

选取爆破料现场筛分场进行筛分,其颗粒级配见下表：

表1 黄连山水库坝料开采洞室爆破颗粒级配试验成果表

7结束语

洞室爆破开采坝料施工机具简单，对施工道路要求低，省工、省时，能满足高强度的上坝要求。只要合理地把爆破理论与爆破施工经验相结合，洞室爆破开采堆石坝坝料将是砼面板堆石坝施工中首选的坝料开采方法。

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