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控制爆破技术在桐柏蓄能电站中的应用 |
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| 控制爆破技术在桐柏蓄能电站中的应用 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-26 19:21:13  |
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控制爆破是根据工程要求或爆破的具体条件，通过精心设计、施工、防护等技术措施，严格控制爆炸能释放过程和介质破坏过程，既达到预期的爆破效果，又要将爆破范围、破坏程度等控制在规定范围之内的一种爆破方法。控制爆破是爆破工程发展的新内容，因为其不仅爆破效果好、安全，而且在某种情况下对减轻劳动强度、加快工程进度、降低成本和保证工程质量都较普通爆破好，所以控制爆破技术现在已在水电、交通、城市建筑物拆除等领域中得到较广泛的应用。
本文将就控制爆破技术在水电行业石方开挖中的成功应用进行阐述。
1、工程概述
桐柏抽水蓄能电站位于浙江省天台山区中部，天台县境内。该电站输水系统工程地质情况为：在进/出水口主要分布侏罗系上统高坞组流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩，属II—III类围岩；输水洞线主要分布燕山晚期第三次侵入花岗岩，属于基本稳定的II类围岩。进出水口熔结凝灰岩与花岗岩为侵入不整和接触，胶结良好，无接触破碎现象。岩体弱~微风化，断层不发育，节理发育，少数闭合。
岩石力学参数：弱微风化熔结凝灰岩抗压强度R干=90~100Mpa，R湿=50~80Mpa，弹性模量E50=（4-4.5）*104 Mpa；弱微风化花岗岩抗压强度R干=85~120Mpa，R湿=75~85Mpa，弹性模量E50=（4.9-5.4）*104 Mpa。
本工程采用2号岩石乳化炸药，其性能特点见下表 药卷密度（g/cm3） 殉爆距离（cm） 猛度（mm） 爆速（m/s） 作功能力（m1） 0.95~1.30 有效期内≤0.5 ≥12 ≥3.2*104 ≥260 产品特点：具有良好的抗水性。
2、微差挤压爆破
微差挤压爆破主要应用于进/出水口边坡梯段爆破中，为了确定较合理的爆破参数，在施工过程中结合开挖进行了大量的生产性试验工作。
2.1爆破药量参数的确定
边坡梯段爆破开挖高程在▽395.0~▽433.0之间，分三层开挖，即▽433.0~▽420.5、▽418.0~▽406.7、▽404.2~▽395.0。钻孔机具采用阿特拉斯PC460潜孔钻，钻孔直径D=110㎜，炮孔交错布置呈梅花型。
抵抗线长度采用公式W=HαηD/150(m)确定，式中：H为梯段高程（m）；α为硬度系数，一般在0.46～0.56之间,取α=0.5；η为高度影响系数；D为炮孔直径（㎜）。
炮孔间距a=0.65～0.8W(m)，取=0.7W。
炮孔排距b=（0.6～1.0）W(m)，因所有钻孔均为倾斜孔，故取b=0.8Ｗ。 单孔装药量（按松动药包计算；临空面按两个考虑，系数为0.83）按Ｑ＝0.83*0.33ＫＨaＷ（Ｋg）计算取值，式中Ｋ为单位岩石炸药用量（1.4～1.6）Ｋg/m3。
堵塞长度按Ｌ＝（２０～３０）Ｄ（m），取Ｌ＝２５Ｄ。
2.2装药结构
各爆破孔采用空气柱连续装药形式，起爆药包放在孔底，上部用炮泥堵塞，堵塞泥土中避免夹有小块石，以防止飞石的产生。
2.3起爆网络
起爆顺序选用排间顺序微差起爆，起爆网络采用簇并联联接方式、导爆管起爆的孔内延期方法。
根据实践经验合理的微差间距时间为20ms～50ms之间，依据此数据单孔采用1～８段国产非电毫秒延期雷管，装药时根据各炮孔的起爆顺序和延期时间确定相应炮孔内所要使用的非电延期雷管段别，然后按网络设计要求分别装入相应的各个炮孔内。
2.4保护层厚度
为了避免使水平建基面岩体产生大量爆破裂隙，以及使节理裂隙面、层面等弱面明显恶化，并损坏岩体的完整性，采用预留保护层开挖的方法，保护层厚度采用工程类比法确定，取△／dc＝３０，式中△为保护层厚度，dc为梯段炮孔底部的装药直径（采用φ90㎜药卷），实际施工中取保护层厚度为2.5m。
2.5爆破参数表
类别 参数I 参数II 参数III 梯段高程 ▽433.0~▽420.5 ▽418.0~▽406.7 ▽404.2~▽395.0 钻孔直径（㎜） φ110 φ110 φ110 钻孔角度(o) 63.4 63.4 26.7 钻孔深度（m） 14.0 12.6 20.5 孔距（m） 2.8 2.6 2.5 排距（m） 3.1 3.0 3.0 抵抗线（m） 4.0 3.7 3.6 单孔装药量（Kg/m3） 57.5 44.7 31.7 堵塞长度（m） 2.5 2.5 2.5 单耗（Kg/m3） 0.56 0.55 0.49
3、预裂爆破
预裂爆破主要应用于进/出水口边坡明挖爆破作业。
预裂孔与主爆孔布置在同一爆破网络中，预裂爆破孔先主爆孔110ms起爆。
预裂孔采用阿特拉斯PC460潜孔钻，孔径D=110㎜，孔距a=8~10D，施工中取a=100cm。预裂孔与最后一排爆破孔的距离取主爆孔排距的一半，施工中采取160cm。
装药结构采用间隔装药，导爆索引爆，参照经验数据不偶合系数一般为D/dc=2~4(式中dc为药卷直径)，本工程采用φ32*150g药卷，实际不偶合系数为D/dc=110/32=3.4。
线装药密度按Qx=9.38r0.38R0.53（g/m）计算取值，式中r为钻孔半径，单位mm，适用于r=（23~85）mm；R为岩石极限抗压强度，单位MPa,适用于10.0~150MPa。
为了克服炮孔底部岩石的夹制力，保证裂缝贯通到底，在预裂孔底部1/2a（a为孔间距）长度范围内的装药密度取2倍Qx线装药密度，施工过程中在该范围内用φ32药卷。
堵塞长度控制在0.8~1.0m之间，并用粗砂堵塞（不必捣实）。
预裂爆破参数详见下表
类别 参数I 参数II 参数III 高程范围（m） ▽433.0~▽420.5 ▽418.0~▽406.7 ▽404.2~▽395.0 预裂工程量（m2） 870 1476 1542 孔径（㎜） φ110 φ110 φ110 孔距（㎝） 100 100 100 钻孔角度（o） 63.4 63.4 26.7 孔深（m） 15.7 15.4 20.5 药卷直径（mm） 32 32 32 不偶合系数 3.4 3.4 3.4 堵塞长度（m） 0.8~1.0 0.8~1.0 1.0 线装药密度(g/m) 540 515 450 残孔率（%） 88.7 93.3 86.7
4、光面爆破
输水系统洞室开挖采用光面爆破技术以控制开挖轮廓线。造孔机具采用YT24手风钻，孔径D=42mm。
4.1确定光面爆破参数
光面爆破参数首先使用经验公式或工程类比法确定初值，再结合生产性试验加以调整。
周边孔间距a值是直接影响光面爆破效果的重要参数之一，依据经验取值周边孔间距50~60cm。
周边孔最小抵抗线W值取周边孔与相邻辅助孔之间的间距（即光面层厚度），从理论上分析，周边孔最小抵抗线W值至少应等于或大于a值，因为现在生产的雷管本身起爆时间有误差。实际上在相邻两个装药孔内装入同段的雷管，也不可能真正做到同时起爆，总会有些误差，这样两孔间的贯通裂缝就要靠先起爆的那个炮孔来完成，它们彼此之间互为空孔，所以W值要大于a值。本工程周边孔最小抵抗线W值一般在60~70㎝之间。
周边孔密集系数K值的确定。分析周边孔密集系数K值是为了在确定最小抵抗线W值时，要保证相邻两孔之间形成贯通裂缝，并有利于最小抵抗线方向岩石的破坏。根据国内外的施工经验K值宜为0.75~0.95之间，实际施工为K=a/W=0.79~0.92.
周边孔线装药密度（按两个临空面考虑，系数为0.83）按QX=0.83qaW(g/m)计算取值，式中q为松动爆破单位耗药量，依据岩石力学特性取q=650g/m3。
4.2周边眼装药结构
4.2.1不偶合装药
周边孔采用不偶合装药可以显著的消除围岩的炮震裂隙，有效的保护围岩的稳定。
光面爆破采用的不偶合系数（即D/dc值）通常在1.5~2.0之间，本工程采用药卷直径dc=25mm，实际不偶合系数为D/dc=42/25=1.68。
4.2.2空气柱间隔装药
施工时借用竹片将药卷分段、间隔均匀的固定在周边孔内，并利用导爆索起爆。为克服岩体的夹制作用，在孔底装一节φ32*150g的粗药卷。
4.3周边孔起爆技术
无论采用全断面开挖法，还是采用导洞开挖法，周边孔均是在崩落孔爆破后才起爆的，这一措施是通过应用不同段别的非电半秒延期雷管来实现的。为了尽量实现周边孔同时起爆，采用同段别电毫秒延期雷管搭配导爆索的方法，即：在周边孔内既装入相同段别的非电毫秒延期雷管，又装入导爆索。
4.4光面爆破参数见下表
类别 孔径（mm） 孔距（cm） 药卷直径（cm） 最小抵抗（cm） 周边孔密集系数（cm） 不偶合系数 线装药密度（g/m） 参数 42 50—60 25 60—70 0.92—0.79 1.68 190
5、体会
5.1由于在桐柏抽水蓄能电站中成功的应用了控制爆破技术，使得工程在进度、质量、安全、经济等各方面均取得较理想的效果。
5.2爆破设计参数的选定在施工中具有绝对的指导意义，体现了科技在生产中的重要作用。
5.3孔内装药量应根据孔深、岩性（依据单位时间内钻杆进尺评估岩石硬度的差异）、前一次爆破效果等情况对爆破参数做适当调整，使之在实践中优化、改进。
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