现场混装爆破技术在砂石料场开采中的应用研究

现场混装爆破技术在砂石料场开采中的应用研究

 

摘要：现场混装爆破技术采取现场机械化装药方式，具有安全、高效、经济、环保等优点。中国葛洲坝集团易普力股份有限公司首次将现场混装爆破技术成功应用于三峡工程下岸溪砂石料场，并随后在洪家渡、向家坝、龙滩等国内大型水电站的砂石料场应用现场混装爆破技术，均取得了良好的社会效益和经济效益，其爆破参数及成功经验可为国内砂石料场开采工程提供借鉴。

关键字： 现场混装爆破技术；砂石料场；现场混装乳化炸药；现场混装多孔粒状铵油炸药

1 引言

我国传统装药爆破采取人工装药的方式，存在劳动强度大、作业效率低等问题。现场混装爆破技术则采取现场机械化装药方式，有安全、高效、经济、环保等优点，国外发达国家早在上世纪七八十年代就已普及使用。随着八十年代改革开放的步伐，国内大型矿山与基础设施相继开工，我国也迈开了混装炸药车技术引进吸收的步伐。1985年经国家经贸部批准，南芬铁矿引进美国埃列克公司混装车技术，并于1990年在本钢南芬铁矿通过部级鉴定，开启了混装炸药车在国内大型矿山应用的先河。

中国葛洲坝集团易普力股份有限公司（以下简称“易普力公司”）在世界上首次将现场混装爆破技术成功应用于三峡工程等水电工程爆破领域，针对三峡工程复杂性高、控制性难的特点，首创了集爆破设计、制药装药、联网起爆于一体的现场混装施工模式，成功应用露天混装乳化炸药车与地下装药车，解决了现场混装炸药在狭窄高陡的基坑闸室开挖、高边坡及保护层开挖、高强度大坝料场开采、复杂地下硐室开挖中的关键应用技术难题，使劳动力减少60%以上、劳动时间缩短约50%、钻爆成本下降约30%。随后，易普力公司将现场混装爆破技术推广应用至国内众多大型砂石料场，并取得了丰富的爆破经验和良好的爆破效果。

本文将重点介绍易普力公司采用现场混装爆破技术在国内大型砂石料场的应用实例，具体内容包括技术难点、解决方法及施工经验等，可为砂石骨料行业提供借鉴。

2 三峡下岸溪砂石料场

2.1 工程概况

下岸溪人工砂石生产系统是长江三峡二期工程混凝土所需砂料的主要生产基地，其骨料场位于三峡坝址下游左岸下岸溪东面的鸡公岭。料场出露的岩石主要为前震旦系斑状花岗岩，另有少量脉岩，脉岩以辉绿岩为主。爆破粒径≤70cm，且应增加爆破破碎块度中细粒的含量以保证砂石能通过粗碎口及减少人工砂石系统机械设备的磨损[1]。

2.2 爆破方案

炸药选取现场混装乳化炸药，可实现完全耦合装药；对于水孔可由输药管从孔底自下向上装药，保证了装药的连续性；根据岩石性质不同可随时调节其密度，保障炸药与岩石波阻抗相匹配，提高炸药能量利用率，保证良好的爆破效果。

根据该料场面积大、单次爆破方量大的特点，选取宽孔距爆破，该方法相比常规爆破，具有爆破块度均匀、大块率低、根底少、炸药单耗低、单位钻孔量小等优点。

2.3 爆破参数

（1）炸药单耗：根据查表类比法、爆破漏斗试验和相关公式计算，确定炸药单耗为0.7~0.75kg/m3，具体视现场地质情况合理调整。

（2）台阶高度、孔径：根据现场条件确定台阶高度为12m、孔径为105mm。

（3）超深：取0.15~0.35倍的抵抗线，该处取0.8~1.0m。

（4）孔网参数：孔距、排距分别为5m、2.5m。

（5）根据地质情况采取连续耦合装药结构和间隔耦合装药结构。

（6）起爆网路：采用高精度导爆管雷管逐孔起爆技术，选用与布孔方式相适应的“V”型或斜线型起爆网路。

2.4 爆破效果

爆破后爆堆高度平均为台阶高度的1.18倍，爆堆伸出距离平均为25m，为台阶高度的2.08倍，松散系数达到1.80，大块率控制在0.5％以内，无底坎现象。图1为采用卷状炸药与混装炸药的爆破效果对比图。
 

 

3 洪家渡卡拉寨和天生桥砂石料场

3.1 工程概况

卡拉寨和天生桥砂石料是洪家渡水电站混凝土面板堆石坝所需砂石的生产基地，开采总石料836.31万m3，其中主堆石料474.31万m3，次堆石料226.7万m3，排水次堆石料55.22万m3，特别碾压料43.7万m3，过渡料32.27万m3，护坡块石4.54万m3。砂石骨料具体要求如下[2]：

（1）级配要求：主堆石料的细料比例在生产实践中较难控制，设计要求主堆石体坝料应具有低压缩性、高抗剪强度、自由排水和耐久性。细料要求小于5mm的颗粒含量不大于20%，小于0.075mm（200#筛）的颗粒含量不超过5%。

（2）块度要求：主堆石料要求最大粒径为800mm，特别碾压料最大粒径为400mm，过渡料最大粒径为300mm。

（3）强度要求：该工程料石的月平均上坝强度为40万m3/月，最高强度达70万m3/月，料石上坝强度较高。

3.2 爆破参数确定原则

为较好的确定级配料开采中各主要爆破参数，在两个料场进行了12次爆破试验，对著名的Kuz-Ram模型进行了修正，建立了如下块度预报模型：
 

 

式中：x为平均粒径，即筛下累积率为50%的块度尺寸(m)；X为石料粒径(m)；x0为特征粒径，即筛下累积率为63.21%的块度尺寸(m)；X97为即筛下累积率为97%的块度尺寸(m)；R为小于某一粒径x的百分比；A0为岩石系数，与岩石的节理、裂隙发育程度有关，中硬岩石取A0=10，坚硬岩石、节理不发育岩石取A0=14；q为炸药单耗(kg/m3)；Qe为单孔装药量（kg）；E为炸药相对威力；n为块度均匀性系数，高值表示爆破块度均匀，低值表示块度不均匀，面板坝堆石坝石料开采要求级配料有一定的不均匀性，多数情况下小于0.8；w为最小抵抗线（m）；d为炮孔直径(mm)；e为钻孔精度标准差(m)；m为间距系数，m=a/w，a为孔距；L为不计超深部分的装药长度；H为台阶高度；Kx、Kn分别为平均块度和均匀性系数的修正系数，根据实际筛分结果计算的修正系数见表1。
 

 

3.3 爆破参数

根据上述的分析，爆破设计既要做到满足石料的级配、大块率少，又要做到经济可行、有利于安全。各设计要素的选择与计算如下：

两个料场的设计台阶高度均为15m，钻孔直径分别为89mm或90mm，炸药选取现场混装多孔粒状铵油炸药；布孔方式为矩形或梅花形布孔；抵抗线为（20~25）倍的孔径；超深（0.2~0.35)倍的抵抗线；堵长为（0.8~0.9)倍的抵抗线；采用高精度导爆管雷管逐孔起爆。

3.4 爆破效果与分析

生产实践及筛分结果证明，上述钻爆参数基本上是合理的，实际的筛分曲线基本在设计的允许范围内，大块率较低，安全性高，可以获得较好的经济效益。

4 向家坝水电站太平料场

4.1 工程概况

向家坝水电站太平料场地处云南省昭通市绥江县境内，位于五角堡北西侧山坡上，分布高程1200~1500m，远离城镇，具有较理想的爆破作业环境。料场以石灰岩为主，露头区岩体风化严重，节理发育同时存在少量溶洞。爆破台阶高度取12米，孔径取165mm，单次爆破方量达2~3万方，月产量40万方左右[3]。

4.2 爆破参数

台阶高度取12m，炮孔直径165mm，超深取1.5m，孔距为8m、排距6m，前排孔底部抵抗线取2.5~4.5m，堵塞6.5~7m，梅花形布孔。根据岩石性质及爆破漏斗试验，炸药单耗取0.4kg/m3。

4.4 爆破效果

采用现场混装乳化炸药实现了全耦合装药，并在堵塞段中间位置加上少量包装型乳化炸药作为破碎药包，和孔底的起爆药包一起引爆，达到破碎堵塞段大块岩石的目的，整体爆破效果良好，满足了工程需要。

 

5 龙滩大法坪石料场

5.1 工程概况

龙滩水电站是红水河梯级开发中的骨干工程，大法坪砂石系统生产的三级配碾压混凝土砂石成品骨料，主要供应龙滩水电站土建Ⅲ标（大坝、围堰工程）混凝土用料。大法坪料场的岩石由轻微变质的细粒灰岩组成，石料成块状，层面接近直立，有两组大的节理横穿整个岩层，采场中部有一条大的破碎带，宽50~70m，破碎带中岩石节理发育，节理交错分布使得岩石完整性较差，岩石普氏系数9[4]。

5.2 爆破方案

根据现场实际场地要求，按台阶高度、钻孔直径、孔网参数、炸药单耗、装药结构等五个参数进行列表组合，得到以下五种试验方案。
 

 

5.3 爆破参数

对五次爆破效果及分析说明列出下表：
 

 

根据爆破试验优化分析，结合方案五中的爆破参数，总结出适合于本料场目前地质环境条件的爆破参数：台阶高度12米；钻孔直径115mm；钻孔深度13.5米（超深1.5米）；孔网面积：5.3×5.3；装药单耗0.33～0.36kg/m3（破碎带取小值，较完整的去大值）；炸药密度1.05；堵塞长度3.5米；间隔装药（底部装总药量的2/3，上部装1/3，间隔1.5米）。

5.4 爆破效果

爆破试验明显改善了爆破效果，爆破毛料可以满足加工系统的生产需要。但在破碎带中的爆破效果较差一些，在破碎带之外的爆破效果较好一些，后期采取进一步的试验调整优化的爆破参数使得细粉率得到明显降低。

6结论

易普力公司将现场混装爆破技术应用于砂石料场爆破开采已有二十余年，先后在三峡、洪家渡、向家坝和龙滩等水电站进行了砂石骨料爆破开采，取得了良好的爆破效果，取得了丰富的施工经验。本文列出了现场混装爆破技术在上述国内大型水电站砂石料场的开采案例，其爆破参数及成功经验可为国内砂石骨料料场开采提供借鉴。