陳 曦，王 寧

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066)

1 工程概況

長(zhǎng)河壩水電站大壩為礫石土心墻堆石壩，最大壩高240 m[1]。大壩填筑量約3 300萬(wàn)m3，壩體填筑量大，石料開(kāi)采量大。填筑石料主供料場(chǎng)為響水溝石料場(chǎng)和江咀石料場(chǎng)。其中，江咀料場(chǎng)位于大壩下游磨子溝內(nèi)，總體沿磨子溝左側(cè)坡面布置，單面臨空，在特殊的少數(shù)民族地區(qū)，開(kāi)采區(qū)對(duì)面山坡有居民，受料場(chǎng)開(kāi)采影響較大。為滿足壩體填筑料供應(yīng)需求及減少爆破開(kāi)采對(duì)周圍居民的影響，需采取合適的爆破開(kāi)采技術(shù)。

經(jīng)分析及前期應(yīng)用，傳統(tǒng)的成品炸藥在長(zhǎng)河壩水電站應(yīng)用中主要存在如下問(wèn)題：

(1)安全風(fēng)險(xiǎn)大。成品炸藥感度高[2]，在儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過(guò)程中，稍有不慎就容易導(dǎo)致爆炸事故，造成人員傷亡或財(cái)產(chǎn)損失。若流失到犯罪分子手中，將會(huì)給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成極大的威脅，在甘孜藏區(qū)還會(huì)造成極壞的政治影響[3]。

(2)延誤爆破施工進(jìn)度。大壩填筑進(jìn)入高峰期后，日均炸藥用量很大，由于交通不便經(jīng)常堵車和工地炸藥庫(kù)核定儲(chǔ)存空間有限，會(huì)導(dǎo)致因炸藥到不了位而延誤爆破施工進(jìn)度。

(3)影響爆破質(zhì)量。當(dāng)爆破料場(chǎng)內(nèi)部的巖石時(shí)，由于巖石越來(lái)越致密堅(jiān)硬，巖石的波阻抗會(huì)增大，為了保證爆破效果，所用炸藥的波阻抗要相應(yīng)加大，即炸藥的爆速和裝藥密度要增大，但成品炸藥受生產(chǎn)線流水作業(yè)的限制，其爆速和裝藥密度基本無(wú)法改變，相對(duì)于致密堅(jiān)硬巖石波阻抗偏小，導(dǎo)致爆破后石料中細(xì)顆粒含量少[4]。另外，成品炸藥在裝藥過(guò)程中經(jīng)常會(huì)卡藥，造成炸藥裝不到位，實(shí)際裝藥量小于設(shè)計(jì)裝藥量，導(dǎo)致爆破后產(chǎn)生較多的大塊和根底。成品炸藥一般為不耦合裝藥，炸藥的爆炸能量散失的較多，深孔爆破容易產(chǎn)生根底。成品炸藥生產(chǎn)出來(lái)之后，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期存放與長(zhǎng)途顛簸后，炸藥性能會(huì)有所下降，從而影響爆破質(zhì)量。從2012年12月份起，隨著響水溝料場(chǎng)爆破的深入，成品炸藥存在的上述問(wèn)題就開(kāi)始出現(xiàn)。

(4)大壩填筑進(jìn)入高峰期后，日均炸藥用量很大，若仍然用人工裝成品炸藥，不僅爆破作業(yè)人員體力消耗大、易疲勞，而且搬運(yùn)炸藥和裝藥花費(fèi)的時(shí)間也會(huì)很長(zhǎng)，導(dǎo)致爆破作業(yè)時(shí)間延長(zhǎng)。人員疲勞就容易產(chǎn)生安全隱患甚至安全事故。

根據(jù)文獻(xiàn)[5- 6]，相比于傳統(tǒng)的成品炸藥，現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥具有安全、高效、可靠、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。因此，為減少火工用品帶來(lái)的負(fù)面影響，并基于上述優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)長(zhǎng)河壩水電站工程研究采用混裝炸藥開(kāi)采技術(shù)。本文主要研究如何確定合理的混裝炸藥參數(shù)及如何高效完成裝藥。

2 爆破試驗(yàn)

根據(jù)規(guī)劃，混裝炸藥若能夠成功引進(jìn)，將主要用于江咀石料場(chǎng)的堆石爆破作業(yè)。因此，現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥爆破試驗(yàn)在江咀料場(chǎng)進(jìn)行。混裝炸藥所用的乳膠基質(zhì)由康定地面站生產(chǎn)后，采用專用運(yùn)膠車保溫運(yùn)輸至在長(zhǎng)河壩工地的貯膠站，再泵送至貯膠罐內(nèi)貯存。在使用時(shí)，由貯膠罐放至混裝車內(nèi)，再運(yùn)至爆破現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行炸藥混制和裝藥爆破。為獲得合適的混裝炸藥參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了2批次爆破試驗(yàn)。由于混裝炸藥適合用機(jī)械裝藥，因此試驗(yàn)中采用混裝炸藥車代替人工進(jìn)行裝藥。

2.1 第1批次爆破試驗(yàn)

第1批次的爆破試驗(yàn)共兩場(chǎng)，首場(chǎng)爆破量5 000 m3，總裝藥量2 952 kg，臺(tái)階高度15 m，鉆孔超深2 m，鉆孔角度90°，鉆孔直徑115 mm，孔距5 m，排距4 m，堵塞長(zhǎng)度4.5 m，線裝藥密度15 kg/m，單孔藥量180 kg，連續(xù)、耦合裝藥，實(shí)際單耗0.59 kg/m3。第二場(chǎng)爆破量12 500 m3，總裝藥量7 316 kg，臺(tái)階高度15 m，鉆孔超深2 m，鉆孔角度90°，鉆孔直徑115 mm，孔距5 m，排距4 m，堵塞長(zhǎng)度4 m，線裝藥密度14 kg/m，單孔藥量180 kg，連續(xù)、耦合裝藥，實(shí)際單耗0.60 kg/m3。跟蹤現(xiàn)場(chǎng)爆破后得出結(jié)論如下：

(1)兩場(chǎng)爆破試驗(yàn)中，爆破時(shí)間較晚且爆破時(shí)伴有小雨，故未能布置振動(dòng)測(cè)試儀器。

(2)兩場(chǎng)爆破試驗(yàn)過(guò)程中，石料場(chǎng)多巖隙裂縫，地質(zhì)條件不佳，個(gè)別孔混裝炸藥裝藥滲漏現(xiàn)象明顯。爆破后孔口堵塞段大塊明顯較多，顆分試驗(yàn)顯示爆破料整體偏粗，不能滿足正常堆石料上壩填筑技術(shù)要求，且兩場(chǎng)爆破的級(jí)配大致相同，圖1為顆粒級(jí)配曲線。

(3)爆堆堆積高度降低不多，拋擲較少，爆破后沖明顯，拉裂破壞范圍較大。

圖1 第1批次爆破級(jí)配曲線

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，第1批次的爆破主要存在以下問(wèn)題：

(1)部分區(qū)域爆破效果不理想，經(jīng)分析主要原因可能為前排底盤(pán)抵抗線過(guò)大，爆破排數(shù)較少(兩排)，沒(méi)有明顯的擠壓效果。

(2)試爆區(qū)裝藥過(guò)程存在漏藥現(xiàn)象，成孔位置存在較大裂隙、料場(chǎng)部分臨邊區(qū)域下側(cè)存在原用于金礦勘探的探洞。

(3)試爆區(qū)爆破后表層大塊石較多，經(jīng)分析主要原因可能為原設(shè)計(jì)頂部堵塞長(zhǎng)度過(guò)大，此外，炸藥發(fā)泡較慢及巖石裂隙造成炸藥滲漏也導(dǎo)致實(shí)際孔頂堵塞長(zhǎng)度小于設(shè)計(jì)堵塞長(zhǎng)度。

針對(duì)前2場(chǎng)爆破試驗(yàn)中混裝炸藥表現(xiàn)出來(lái)的主要問(wèn)題，經(jīng)分析，初步擬定以下解決方案：

(1)調(diào)整混裝炸藥配方，增加混裝炸藥稠度，在控制范圍內(nèi)削弱其流動(dòng)性，從而減少狹小裂縫藥體滲漏現(xiàn)象。

(2)減少裝藥孔頂部堵塞長(zhǎng)度，初步擬定為由4.5 m調(diào)整為3 m。

(3)全程跟蹤鉆孔，對(duì)出現(xiàn)金礦小巷道的孔進(jìn)行記錄，對(duì)炸藥滲漏孔采用分段裝藥方式，防止炸藥滲漏，巖石條件嚴(yán)重破碎及受礦洞影響的孔采取塑膜裝藥。

(4)減少最后一排孔的單孔裝藥量，即對(duì)最后一排孔分兩段進(jìn)行空氣間隔裝藥，間隔距離1 m。

2.2 第2批次爆破試驗(yàn)

在第2批次爆破試驗(yàn)進(jìn)行前，針對(duì)第1批次爆破試驗(yàn)出現(xiàn)的藥體滲漏現(xiàn)象，在混裝炸藥地面站處，進(jìn)行配合比調(diào)整及配方優(yōu)化試驗(yàn)。整個(gè)優(yōu)化主要從兩個(gè)方面增加炸藥稠度：①將乳膠基質(zhì)的水油相比例從初期選定的93.5∶6.5調(diào)整為94∶6，如表1所示；②更換油相配方中乳化劑廠家，選用更高標(biāo)準(zhǔn)的乳化劑產(chǎn)品，從而提高乳化效果。

表1 水相、油相配方

第2批次的試驗(yàn)共3場(chǎng)，單場(chǎng)爆破量12 000～14 000 m3。本批次中各場(chǎng)次的裝藥結(jié)構(gòu)根據(jù)鉆孔情況進(jìn)行，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤，第一場(chǎng)爆破仍采用連續(xù)耦合裝藥方式，后兩場(chǎng)爆破末排采用空氣間隔裝藥，共分兩段，空氣間隔1 m，巖石破碎段視情況采用間隔裝藥或套袋裝藥方式進(jìn)行，以減少混裝炸藥滲漏現(xiàn)象。除裝藥結(jié)構(gòu)外其他試驗(yàn)主要參數(shù)如表2所示。

表2 爆破參數(shù)

表3 振動(dòng)數(shù)據(jù)

本批次爆破根據(jù)前期試驗(yàn)出現(xiàn)的情況進(jìn)行調(diào)整采取防滲漏措施，各場(chǎng)次爆破顆粒級(jí)配曲線如圖 2～4所示。

圖2 第一場(chǎng)爆破試驗(yàn)顆粒級(jí)配曲線

圖3 第二場(chǎng)爆破試驗(yàn)顆粒級(jí)配曲線

圖4 第三場(chǎng)爆破試驗(yàn)顆粒級(jí)配曲線

可以看出，3場(chǎng)次的顆粒級(jí)配曲線在上下包線之間，基本滿足堆石料級(jí)配及開(kāi)挖要求。但是20～80 mm粒徑的巖塊略偏少，由于爆破對(duì)巖石的破壞，20～80 mm粒徑的巖石產(chǎn)生在爆破作用的壓縮圈、破裂圈內(nèi)，而壓縮圈、破裂圈的范圍與藥包半徑有關(guān)。之前成品炸藥爆破能夠滿足堆石料級(jí)配，且與混裝炸藥爆破孔徑一致，所以導(dǎo)致20～80 mm粒徑的巖石含量波動(dòng)主要是由于受到巖層裂隙影響。

為驗(yàn)證所確定的混裝炸藥參數(shù)及爆破參數(shù)的合理性，避免因振動(dòng)過(guò)大，對(duì)周圍居民產(chǎn)生影響，第2批各場(chǎng)次爆破試驗(yàn)均采用振動(dòng)測(cè)試儀器進(jìn)行了爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)。在距離爆破邊緣120 m處，放置振動(dòng)測(cè)試儀，具體振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示。

根據(jù)規(guī)程[7]，一般民房爆破振動(dòng)的允許振速V為2 cm/s，采用公式計(jì)算允許安全距離R為78.02 m，施工爆破現(xiàn)場(chǎng)78.02 m范圍內(nèi)無(wú)民房。所以混裝參數(shù)及爆破參數(shù)滿足規(guī)程要求。

爆破效果分析如下：

(1)爆破塊度。經(jīng)過(guò)對(duì)滲漏孔進(jìn)行塑膜裝藥處理后，大塊較少，基本滿足堆石料級(jí)配要求。通過(guò)多場(chǎng)次試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)造成大塊原因主要為堵塞過(guò)長(zhǎng)及巖石裂隙、金礦洞子造成炸藥滲漏。

(2)爆堆形態(tài)。爆堆堆積高度下降明顯(約2 m)，拋擲距離滿足挖裝要求，利于挖裝的安全施工。

(3)爆破安全。無(wú)盲炮，人身、財(cái)產(chǎn)、建(構(gòu))物安全。

(4)爆破后沖。后沖減少，拉裂破壞范圍變小。

3 混裝炸藥的應(yīng)用

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)，堆石料的開(kāi)采采用第2批次的爆破參數(shù)，爆破結(jié)果表明，效果良好，極大地降低了爆破成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著，同時(shí)，對(duì)于安全文明施工及環(huán)、水保方面有著良好的表現(xiàn)，具有較大的社會(huì)效益。

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

(1)采用混裝炸藥車裝藥，1個(gè)混裝車操作工配合2個(gè)爆破工，每分鐘裝藥效率可高達(dá)450 kg，相當(dāng)于10～15人的裝藥能力，節(jié)約50%的人工投入，減少40%的裝藥時(shí)間，從而節(jié)省了爆破作業(yè)時(shí)間，大大降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度?；煅b炸藥減少了包裝、儲(chǔ)存、長(zhǎng)距離運(yùn)輸、流通等工序，可大幅降低炸藥供應(yīng)成本，大大提高了民用爆炸物品生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用等各環(huán)節(jié)的安全性，保障工程安全與環(huán)保。

(2)混裝乳化炸藥具有體積威力大、爆速高、完全耦合裝藥等特點(diǎn)，其孔網(wǎng)參數(shù)比傳統(tǒng)的孔網(wǎng)參數(shù)大，鉆孔延1 m爆破方量比傳統(tǒng)爆破大1.2倍以上，1 m3鉆孔量節(jié)省16%，鉆孔工作效率提升39%，有效降低鉆孔成本?；煅b炸藥爆破單價(jià)比成品炸藥節(jié)約約3 元/m3。

3.2 社會(huì)效益

(1)更安全。在儲(chǔ)存、運(yùn)輸過(guò)程中都是半成品，只有到現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥車將車上半成品混拌裝入炮孔內(nèi)敏化之后才成為真正意義上的炸藥，炮孔內(nèi)敏化后的混裝炸藥不具有雷管感度與摩擦沖擊感度。而且，由于采用生產(chǎn)與裝藥爆破一體化的施工模式，現(xiàn)場(chǎng)用多少就生產(chǎn)多少，剩余的半成品可返回地面站內(nèi)儲(chǔ)存，真正實(shí)現(xiàn)了柔性化生產(chǎn)，不存在炸藥流失等安全隱患，且所需涉爆人員的數(shù)量少，所以混裝炸藥的安全性非常高。

(2)更可靠。混裝炸藥的爆速和裝藥密度可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖性進(jìn)行調(diào)整，能夠很好的與被爆巖石的波阻抗進(jìn)行匹配，確保爆破效果。混裝炸藥的流動(dòng)性與流散性較高，在裝藥過(guò)程中不會(huì)卡藥，能保證實(shí)際裝藥量滿足設(shè)計(jì)要求?；煅b炸藥為耦合裝藥，能減少炸藥爆炸能量的散失，降低巖石爆破后的根底率和大塊率?；煅b炸藥在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)后可直接爆破，炸藥的質(zhì)量可靠性高。

(3)更環(huán)保。成品炸藥在裝藥過(guò)程中人工直接接觸炸藥，不利于職業(yè)健康，同時(shí)裝藥后現(xiàn)場(chǎng)會(huì)殘留大量炸藥包裝物，不利于環(huán)保與文明施工。而混裝炸藥則不存在以上問(wèn)題，所以也更有利于職業(yè)健康與環(huán)保。

4 結(jié) 論

(1)通過(guò)2批次的混裝爆破試驗(yàn)，確定了合理的混裝炸藥爆破參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用該爆破參數(shù)爆破出來(lái)的堆石料基本滿足級(jí)配要求。通過(guò)對(duì)爆破振動(dòng)速度進(jìn)行及飛石的監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明不會(huì)對(duì)周圍居民造成影響，滿足規(guī)程要求。

(2)采用混裝炸藥車裝藥，迎合了混裝炸藥適用于機(jī)械化作業(yè)的特點(diǎn)，提高了裝藥速度和爆破作業(yè)效率，節(jié)省了人工投入。

(3)實(shí)踐證明，混裝炸藥具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，比成品炸藥節(jié)約約3元/m3，同時(shí)也具有明顯的社會(huì)效益，在安全性、可靠性、環(huán)保性方面成效顯著。

(4)研究所確定的現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥爆破作業(yè)方式滿足了大壩填筑對(duì)料場(chǎng)石料爆破質(zhì)量和進(jìn)度的要求。因此，所研究的現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥技術(shù)在水利工程石料場(chǎng)開(kāi)采爆破施工中具有極大地借鑒意義。

[1] 熊雄. 長(zhǎng)河壩水電站工程建設(shè)管理綜述[J]. 水力發(fā)電, 2016, 42(10): 1- 4．

[2] 胡慶賢. 炸藥感度評(píng)價(jià)方法的探討[J]. 含能材料, 2000(3): 127- 129．

[3] 吳高見(jiàn). 高土石壩施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 水利水電施工, 2013(4): 1- 7．

[4] 李夕兵, 古德生, 賴海輝, 等. 巖石與炸藥波阻抗匹配的能量研究[J]. 中南礦冶學(xué)院學(xué)報(bào), 1992(1): 18- 23．

[5] 周偉光, 孫倫奎. 現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥技術(shù)的應(yīng)用新進(jìn)展[J]. 廣東化工, 2017, 44(1): 60, 90．

[6] 葉圖強(qiáng), 鄭旭炳, 汪旭光, 等. 裝藥車制乳化炸藥的試驗(yàn)研究[J]. 含能材料, 2008(3): 262- 266．

[7] GB 6722—2003 爆破安全規(guī)程[S]．