应用硐室爆破技术提高人工砂石毛料开采效率

朱辉煌

（葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北　宜昌　443002）

摘 要：硐室爆破因其快速、高效、量大且施工简便、经济效益好，在水利水电、冶金矿山、交通建设、露天煤矿等行业均有广泛应用。水利行业随着面板、堆石坝的推广，硐室爆破在坝料开采中也处于逐步推广应用阶段。在居甫渡水电站卡渡桥灰岩料场开场施工中我们对硐室爆破技术在人工砂石加工系统毛料开采中的应用进行了成功的探索，有效解决了该料场道路修筑不便，大型造孔设备缺乏导致的毛料开采严重不足的问题。本文通过云南居甫渡水电站卡渡桥灰岩料场的工程实例，详细介绍了应用硐室爆破技术进行毛料开采设计、施工过程及其优缺点。

关键词：硐室爆破　毛料开采　居甫渡水电站　卡渡桥灰岩料场

1 概述

硐室爆破法是将大量炸药装入硐室和巷道中进行爆破的方法，所需机具简单、轻便，对作业环境交通条件要求不高，可以在短期内完成大量土石方的挖运工程，有利于加快工程施工速度。在居甫渡水电站三江口人工砂石加工系统卡渡桥灰岩料场开采施工中我们对硐室爆破技术在人工砂石加工系统毛料开采中的应用进行了成功的探索，有效解决了该料场道路修筑不便，大型造孔设备缺乏导致的毛料开采不足的问题。下面先结合卡渡桥灰岩料场开采实例，介绍一下应用硐室爆破技术进行毛料开采的设计和施工方法。

1.1 工程简介

卡渡桥石料场位于阿墨江右岸卡渡桥下游600～1400m处，距坝址公路运距为7km。有用料储量为152×104m3，提供居甫渡水电站110.8×104m3混凝土所需骨料的全部毛料。

灰岩料区分布高程约490～650m，自然坡度约27°，大部分为陡壁，料场两侧为冲沟，三面临空。在圈定的0.08km2开采范围内，以高程490m作为终采平台，后缘以岩层倾角（52°） 放坡。覆盖层、泥岩及强风化层视为无用料，弱风化及下岩石作为有用料，经平行剖面法计算，有用料储量为152×104m3。覆盖层厚为0.8～12.8m。灰岩料区距三江口人工砂石系统平均运距为2公里。三江口人工砂石加工系统设计处理能力1200t/h，粗破最大进料粒径800mm。

根据招标文件中所给出的合同工期和控制性工期及砼分年度浇筑强度工程量，该料场月开采强度为7.9万m3的开采强度设计，高峰期为六个月需满足17.9万m3/月开采强度。

1.2 爆破开采方案选择

卡渡桥灰岩料场2004年11月开工，原规划采用自上而下台阶式开采方式进行开采，但由于料场地势陡峭施工道路修筑困难，工作面狭窄，施工设备无法展开，且料场覆盖层过厚，剥离工作进展缓慢，开采平台迟迟未能形成，毛料开采严重不足。

为保证大坝围堰护坡浇筑砂石骨料供应，确保工程安全度汛，经技术部门研究决定并报业主监理及有关主管部门批准在料场原永隆石场冲沟小山脊处采用硐室爆破进行开采。

1.3 施工方法与工艺措施

施工时，针对硐室爆破作业的特点，从爆破前的准备→爆破设计→药室、导洞开挖→开挖验收→装药和封堵→起爆网路的敷设→爆破安全监测→爆后安全检查与处理等方面均进行了周密、细致的组织与实施。

1.3.1 爆破前的准备

（1） 爆区覆盖层的清理

该山脊岩石裸露植被稀少覆盖层薄，在前期的准备阶段，首先按设计要求对可能造成毛料污染的覆盖层进行人工清理，以保证爆破料满足质量要求；同时，为爆破设计提供真实、可靠的地形测量资料。

（2） 地形资料的调查和测绘

覆盖层清理结束后，对爆区测绘1/500地形图，并对爆区周围环境作详细描绘。以爆破中心为基准，在周围500m范围内的建筑物、施工设施和地形的突变部位等均在资料中明确标出，以便在爆破设计时对上述因素能详细地考虑。

（3） 组织准备

考虑到硐室爆破施工工期紧、任务重、安全工作要求高等因素，我部设立专门的组织机构，以确保施工的正常、安全进行。由项目经理任指挥长，作业过程每班均安排一名施工队长来组织、安排施工，并配备专职安全人员进行现场安全检查、监督。

1.3.2 爆破设计

本次即将采用硐室爆破的岩体三面临空，处于石料场与永隆石场交界的冲沟处。被爆岩体离设计开采基岩较远不会对保留岩体造成破坏而影响边坡的稳定。选最小抵抗线向朝永隆石场冲沟处可以减小爆破飞石的危害，而且爆堆集中在冲沟平台便于铲装。

（1） 爆破药包布置原则

药包布置是硐室爆破作业的关键工序，实际施工时主要遵循了以下布置原则：①控制每次爆破规模在4万～8万m3，以便逐次摸索经验；②控制最大药包的最小抵抗线在15～20m；并在同样的爆破量情况下，采用小药包、多数量的方法来控制爆破粒径；③采用多排的条形药包形式布置，以提高爆破效果、改进爆破质量。

（2） 装药量计算

药室的装药量依据硐室的布置情况，采用集中药包或条形药包计算其装药量。集中药包装药量按鲍列斯柯夫公式计算：

Q=ekW3（0.4+0.6n3）

条形药包装药量按下式计算：

Q=ekW2L（0.4+0.6n3）÷［0.55（1+n）］

式中，Q为装药量（kg）；k为单位耗药量（kg/m3）；e为炸药换算系数；W为药包的最小抵抗线 （m）；n为爆破指数；L为条形药包计算装药长度 （m）。

卡渡桥灰岩料场硐室爆破最大一次装药量为20吨。

（3） 药室、导洞设计

设计时考虑了以下因素：①满足硐室开挖和炸药装填工作的需要、利于施工；②保持硐体稳定；③尽量减少开挖工作量、降低爆破成本。在考虑上述因素的基础上，导洞断面采用洞宽1.2m、洞高1.8m的形式，以方便手推车行走为宜；集中药室由导洞的端部扩大而成；洞底坡降为内高外低形式，以利于排水和人工出渣。

1.3.3 药室、导洞开挖及验收

采用常规井巷掘进爆破方法开挖，手推车人工出渣。

药室实际开挖是否符合设计要求，将直接影响爆破效果。因此，在药室、导洞开挖完成后，要进行验收。根据规范要求，硐室爆破药室、导洞的洞轴偏差应不超过±30cm，药室容积不得小于设计规格。在实际施工过程中，每掘进3m便对轴线进行一次测量，及时对轴线开挖偏差进行调整，以确保其符合规范要求和药室开挖到位。导洞和药室开挖结束后，先进行全面清理；后对洞轴线和药室进行完工测量，并出具测量资料，资料应注明如下内容：药室实际开挖几何尺寸、容积、中心坐标、最小抵抗线值等；最后，根据上述资料及导洞和药室的实际地质构造、风化程度、岩性变化等，对设计装药量进行调整。

1.3.4 装药和导洞封堵

（1） 装药

开挖验收结束后，根据设计对导洞和药室的装药和堵塞长度进行放样并以油漆标注；按绘制好的药室装药分解图将各药室的炸药分别堆放在洞口，经核查无误后立牌标明该炸药所填塞的药室和导洞；后按由里向外的顺序逐段填装，并由技术人员现场指挥和连续监控、统计，形成记录资料并存档。

为确保爆破的安全可靠性，在药室段每隔8m安放1个起爆体 （每药室至少2个），各起爆体之间以双向导爆索与主导爆索顺向联结。若药室岩壁有渗水、滴水情况，先在洞底埋设导管将渗水引出洞外；后在药室底部积水部位垫放木板，渗水的岩壁及底部均以彩条布包裹炸药，以起到防潮作用。

（2） 起爆网路的敷设

爆破网路的敷设由专业技术人员及高级炮工配合进行。各硐室之间以串联网路连接，主导爆索由电雷管引爆。硐内传爆采用两套独立的起爆网路，网路主导爆索由双股导爆索串联形成；并分别在两套传爆网路上以串联形式捆绑联结3发导爆管毫秒延期雷管，以实现各段的毫秒微差延时，控制单响药量；药室各起爆体均以双向导爆索与主导爆索顺向联结。

（3） 导洞封堵

在标明的封堵段内用编织袋装砂土或黏土，按由里向外的顺序进行封堵。封堵的堵塞高度必须达到洞顶，以确保设计封堵段堵塞密实；并注意保护好起爆网路。(www.xing528.com)

1.3.5 安全警戒

硐室爆破一次爆破用药量较多，施工前应对周边环境作详细调查，制定周全的警戒方案，并在爆破过程中严格执行。

1.3.6 爆后安全检查与处理

爆破结束后，由技术人员对爆破现场及时进行检查。检查内容包括：有无拒爆药包，有无危石、滚石以及爆后山岩边坡是否稳定等，待确认上述问题无重大安全隐患后，由指挥长发布解除警报命令。如发现有重大安全隐患，立即按照爆破安全规程有关规定进行及时处理，处理结束后，方可发布解除警报命令。

1.3.7 爆破安全监测

在进行硐室爆破时，主要对可能产生有害影响的如下方面进行了控制和监测：

①爆破震动的安全指标；

②爆破时个别飞石的影响。

采用爆破产生的地面质点振动速度来衡量爆破震动的安全指标。爆破设计时按下式进行计算：

V=K （Qm/R） a

式中，V为地面质点振动速度 （cm/s）；Q为同时爆炸的炸药量 （kg）；R为测点至爆破中心的距离 （m）；K、a为表示爆破特点的系数和衰减指数；m为炸药系数，（硐室爆破一般采用m=1/3）。

爆破设计时，对于个别飞石的安全距离，按下式进行计算：

Rp=20Kpn2w

式中，Rp为个别飞石安全距离 （m）；n为爆破指数；W为药包的最小抵抗线 （m）；Kp为系数 （一般采用Kp=1.0～1.5）。

2 爆破效果与体会

2.1 爆破效果

从卡渡桥灰岩料场多次硐室爆破效果看，岩体完整、岩层较薄时爆破效果较好，爆堆表层，除药室端部及爆破岩体顶部拉裂崩落部分有较多超径大块石 （大于800mm）外，其余破碎效果较好，经统计表面大块石总方量约占总爆破方量的2.5%，有个别粒径超过3m的特大块石。之后对爆堆内部进行颗分试验，取样总量为49.8t，大于800mm以上大块石重量为3.88t，大块石含量为7.8%。在与表层大块率相加后，大块率约为10.3%。

但在岩层过厚且裂隙纹理发育充分的岩体中爆破时，超径石含量最大超过18%。

2.2 爆破体会

通过选择合理的爆破参数，精心组织施工，采用硐室爆破技术爆破开采人工砂石加工系统毛料完全可行。虽然硐室爆破粗颗粒含量普遍比梯段爆破要大，超径石含量高，但节省了钻孔费用，降低了炸药单耗，总体成本低于梯段爆破，经济效益明显。为有效控制爆破粒度，应尽量采用多排的条形药包形式布置，同时最小抵抗线最好控制在15～20m。

3 与深孔台阶爆破的比较

目前水电工程人工骨料系统料场一般使用深孔爆破进行开采，其优点是：

①爆破效果好，大块率低，便于粒径控制。爆破后的岩石适合机械挖、装、运作业。

②有利于大型设备的采用、机械化作业程度高，作业场地宽敞时便于循环高强度开采。

③能有效地控制飞石、振动效应和冲击波，确保爆区周围环境安全。

其缺点是：

①造孔设备投入相对较高，在工期短、强度高但总量不大的料场开采时，经济性差。

②对施工道路及工作面要求高，必须在施工道路修筑完成、有较大作业平台时才能大方量开采。

③在岩体破碎、节理裂隙发育或遇泥化夹层时容易发生卡钻现象，钻孔效率低。

④布孔、钻孔、装药、联网均要求较高的技术水平，需要经验丰富的技术人员进行操作。

硐室爆破的优点是：

①凿岩工程量少，施工速度和开采强度高于常用的深孔梯段爆破。

②对施工道路及工作面要求不高，能在不具备台阶开采的条件下短期内完成大方量爆破开采。

③技术安全可靠，施工不受气候与交通条件影响。

④设备投入少于常用的深孔梯段爆破，成本低于梯段爆破成本，经济效益明显。

其缺点是：

①爆破效果较深孔爆破差，超径石偏高，粒径不便控制。

②一次起爆药量大，飞石及其他有害爆破效应较能控制，在居民区、重要设施附近进行硐室爆破需要十分慎重。

4 结语

在卡渡桥灰岩料场我们先后成功进行了多次硐室爆破，不仅及时解决了毛料开采严重不足的问题确保了大坝围堰安全度汛，还将炸药单耗控制在0.37kg/m3左右，取得了良好的经济效益。

硐室爆破开采技术同梯段爆破等其他爆破方法相比，具有工期短、效率高、成本低、技术安全可靠且不受气候与天气条件影响的特点。在大型造孔机械不足，工期紧张，开采量大，作业环境允许的条件下可以考虑采用硐室爆破技术进行人工砂石加工系统的毛料开采。

从诸次的爆破效果来看，超径石含量偏高，特别是岩体岩层过厚且裂隙纹理发育充分时超径石含量更大，需要我们在工程实践中不断总结经验、对爆破规模和导洞、药室的布置等方面进行更为细致的研究、探索，以求达到更为理想的爆破效果。

◎作者简介：

朱辉煌，男，葛洲坝集团第五工程有限公司，高级工程师。