深孔控制爆破在狮子坪水电站坝料开采中的应用

2010-07-09罗鹏，严伟，申利远

四川水力发电 2010年4期

罗鹏，严伟，申利远

(1.四川华电杂谷脑水电开发有限责任公司，四川成都 610091;2.中国人民武装警察部队水电第九支队，四川成都 611130)

1 工程概况

狮子坪水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州理县境内岷江右岸一级支流杂谷脑河上，为杂谷脑河梯级水电开发的龙头水库电站。水库总库容1.33 亿 m3，调节库容 1.19 亿 m3，为年调节水库。拦河坝为碎石土心墙堆石坝，坝顶宽12 m，坝顶长309.4 m，最大坝高136 m。大坝坝壳料分别取自坝下游的梅多沟石料场和大沟石料场。

2 工程地质情况

大沟石料场开挖高边坡出露岩石地层为三迭系杂谷脑组中～中厚层状变质砂岩夹千枚质板岩，局部为变质砂岩及千枚质板岩与千枚岩互层。受后期地质构造运动影响强烈，致使区域内地层产状陡倾，局部近于直立，岩石变形强烈、扰动大，发育有“S”型浅层及深层压扭性滑(移)裂面、张性裂隙及网状剪切节理发育，并伴有数条小规模呈“雁列式”排列的逆断层，层间夹有浅褐色断层泥及深灰褐色软弱破碎带，断层上下盘均见有因挤压变形的砂岩透镜体。

3 爆破要求

因大沟石料场紧邻狮子坪水电站移民新村，在建的居民房屋距离爆破施工区域仅有100～200 m的直线距离，大规模的爆破施工会对居住房屋有影响，故要求对每次的爆破规模进行控制，并采取相应的爆破控制技术对爆破产生的震动和飞石进行严格控制，以确保居民房屋不受影响。

4 爆破方案选择

根据料场岩体实际情况以及周围的外部环境，爆破采用深孔控制爆破。控制的主要内容为飞石、噪音、空气冲击波及爆破震动。根据控制需要采用深孔梯段微差爆破。按爆破设计需求，采用非电毫秒导爆管和电雷管混合爆破网络控制爆破震动。具体措施:为保护边坡采用预裂爆破，主爆孔采用孔内分段孔和孔外分段相结合，尽量做到单孔起爆，以达到控制最大单段起爆药量的目的，进而控制爆破震动。

(1)爆破技术设计的主要参数。使用散装铵油炸药，单耗 q为0.5 kg/m3，孔径 D为90 mm。台阶高度H为10 m，孔深L为10.6 m，孔间距a为2.5 m，孔排距 b为2.5 m ，单孔装药量 Q为32.5 kg。装药结构:间断耦合装药，底部装药量为22 kg，上部装药量为 10.5 kg.，中间堵塞长度为1～2 m，孔口堵塞长度为3～3.5 m。

(2)爆破网络。采用孔内分段，孔内高段、孔外低段(MS5、MS4、MS3、MS2、MS1)微差起爆，以达到微差挤压的目的。采用非电毫秒导爆管和电雷管混合网络(图1)。

(3)炮孔布置。所有炮孔均按设计间排距布置，预裂孔沿设计边线布置。

5 爆破控制

5.1 爆破飞石控制

根据料场周边的实际情况，大沟石料场的保护对象为丘地移民新村，保护对象距爆区的直线距离为200 m左右，而深孔爆破的安全警戒距离经计算为300 m。

(1)爆破飞石的安全距离。

根据N.Lundborgd推荐的方法，用下式计算中深孔台阶爆破飞石的最大距离:

式中 Lm为爆破飞石的最大距离，m;q为炸药单耗，kg/m3;d为炮孔直径，mm。取 q=0.50 kg/m3，d=90 mm，经计算，得 Lm=360 m。

图1 大沟爆破网络图

依照《爆破安全规程》的有关规定，最终确定被保护对象的安全距离。为保护爆破对象，要求爆破临空面避开保护对象。将大沟料场的临空面确定为正对河对面山坡。根据大沟料场的岩石裂隙情况和以往爆破的实际经验，根据现场情况选择最大抵抗线W值为3 ～3.5 m。据分析，产生飞石的主要原因为抵抗线过小或堵塞长度不够等，故在钻孔过程中严格控制钻孔质量，确保W值能满足设计要求。炮孔堵塞长度为1.1～1.2 W，采用粘土、水、砂等混合物进行密实堵塞。

(2)对爆破飞石的防护。

根据爆破区域距建筑物的距离及性质，采取了表面覆盖防护措施。本工程南北爆破区域所有部位均采用四层覆盖进行防护，即孔口盖沙袋、铺铁丝网、铺竹笆、压沙袋(图2)。

图2 保护措施示意图

5.2 爆破地震波控制

(1)安全震动速度控制标准。

料场所需保护的对象为民用浆砌石墙住房。《爆破安全规程》中对建筑物的爆破震动安全允许标准有以下规定:

一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物为2～3 cm/s;

钢筋混凝土结构房屋为3.0～5.0 cm/s;

大体积混凝土(强度＞28 d)为7～12 cm/s。

因此，对丘地移民新村附近爆破区取1.0 cm/s作为建筑物的爆破质点振动速度允许值是合理的。但因建筑物距爆破区较近，故必须精心组织每一次爆破施工，加强控制，确保工程安全。

(2)爆破震动控制。

采用多段毫秒微差爆破技术，严格控制最大单段装药量。最大单段装药量Q单max:

式中 V为爆破震动速度，cm/s，取2～3 cm/s;R为爆破中心与保护对象之间的距离，实测距离为200 m;K为与岩石性质等有关的系数，取值范围为150～250。岩石越坚硬，取值越小，这里取大值为250;α为地震波衰减系数(1.5～1.8)，此处取1.8;Q单max为单段最大起爆药量，为129 kg。

最大单段起爆药量按照设计进行，控制在129 kg。但考虑到开采强度要求的爆破规模，即一次总的爆破药量为10～12 t，并根据现场施工场地，因起爆规模与单段控制药量相差过大，为避免由于爆破段位差引起的爆破震动波的叠加问题，需加强对爆破保护对象的监测与保护，逐步调整爆破规模。

对于料场开挖存在的高边坡，采用沿爆破边坡进行预裂爆破的措施。同时，结合施工现场情况，沿保护对象开挖一条减震沟，并针对减震沟的减震效果进行监测。

6 爆破震动监测

为控制爆破震动，确保周围建筑物和设备的安全，保证工程的顺利进行，对爆破震动进行了全过程监测。

(1)爆破震动监测物理量的选择。

根据《爆破安全规程》的规定，以地面质点的垂直向震动速度v作为爆破震动的监测物理量。

(2)爆破震动监测点的布置。

根据爆区周围的环境条件和类似工程的监测经验，并考虑建筑物的结构特征和动力特性，分别在丘地村村委会广场附近布置了2个监测点，大沟砂石骨料生产系统场内布置了1个测点，距爆区最近开挖边坡上游侧布置了1个测点，共4个测点。每次爆破监测4个测点(图3)。监测点的监测孔可用液压钻钻孔。

图3 大沟料场爆破周围环境及监测点示意图

(3)爆破震动监测系统的选择。

根据监测任务的性质和要求，选择由CDJZ5型磁电式速度传感器、低噪声屏蔽电缆、IDTS3850型数字式爆破震动记录仪、微型计算机和打印机组成的爆破震动监测与分析系统，用Seismograph爆破震动分析软件对监测数据进行时域、频域、时频域的分析与处理，得到峰值质点震动速度、FFT主振频率、震动持续时间三个评价爆破地震效应的重要指标。同时，利用Origin软件对监测数据进行进一步的分析与处理。实际工作情况表明，该监测与分析系统的静态、动态特性好，性能稳定可靠，监测精度高。

①传感器。CDJ－Z5型磁电式速度传感器具有低频响应好、灵敏度高、失真度小、线性好、参数一致性好，抗震、抗冲击、密封防水性能好等特点。

②记录仪。IDTS3850型数字式爆破震动记录仪具有分辨率高、抗震、抗电磁干扰、低噪声、高可靠性等特性。

(4)监测数据的处理与分析。

对现场监测得到的数据用ITDS-3850 seismograph爆破震动分析软件进行数据处理和分析，得到震速波形图、频谱图、质点峰值震动速度、主震频率和震动持续时间。

①时域分析。根据现场监测所纪录的爆破震动速度时程曲线(波形图)，计算出峰值震动速度和震动持续时间。

②频域分析。利用快速傅里叶变换(FFT)计算震动速度的幅值谱或功率谱。谱分析采用矩形窗，采样速率取2 k。

③统计分析。根据监测结果，利用萨道夫斯基公式进行回归分析，获得爆破震动峰值质点震动速度的衰减规律。