地下厂房台阶爆破施工探讨

2014-03-22谢续文孙向阳

采矿技术 2014年5期

关键词：大孔拉西保护层

谢续文，孙向阳

(湖南中人爆破工程有限公司，湖南长沙 410005)

1 基本情况

由于有的地下厂房台阶爆破设计与实际施工操作相差较大，争议较多。本文以最近开挖的巴基斯坦N-J水电站为例，结合拉西瓦水电站和白莲河抽水蓄能电站地下厂房的开挖爆破过程，就地下厂房台阶爆破施工进行探讨。三个地下厂房基本情况见表1。

表1 三个地下厂房的基本情况

2 3N-J水电站地下厂房开挖

N-J水电站地下主厂房和主变室开挖设计分层和顺序如图1所示：地下厂房分7层开挖，第一层为顶拱层，第七层为底板保护层，采用手风钻钻孔爆破开挖；第二～六层分周边保护层小孔爆破和中间台阶大孔爆破两部分，先沿保护层边线实施施工预裂，后进行中间台阶爆破，最后再进行周边小孔爆破，施工预裂和中间台阶爆破采用阿特拉斯D7液压钻钻孔，最大台阶高度为9 m，周边保护层厚度为5～3.75 m，采用手风钻钻孔(一次分层高度为3 m左右)。

主厂房台阶爆破设计如图2所示，设计采用全幅开挖，起爆网络采用孔内孔外同时延期起爆网络。台阶下卧掏槽采用一步变角度掏槽，如图3所示。

3 爆破开挖的主要问题

3.1 全幅开挖

设计中间部分为台阶爆破，采用全幅开挖。由于地下厂房相对于每一分层来说，一般只有一个出入通道，如果采用全幅开挖，钻孔、装药放炮和出渣互相干扰，作业不连贯，效率低。现场操作改为半幅开挖，如图4所示，出渣通道占半幅，钻孔、装药通道占半幅，出渣与钻孔装药平行作业，大大地提高了工效。所以全幅开挖只有主变室宽度较窄才采用。拉西瓦和白莲河的地下主厂房均采用半幅开挖。

3.2 施工预裂

为了减轻主炮孔爆破对高边墙的振动影响，地下厂房开挖设计多数的做法是：沿预留保护层边线先进行施工预裂，然后再进行抽槽爆破。

N-J水电站，地下厂房在第二层开挖时进行了四次总长达85 m的预裂试验，基本情况是孔口形成爆破漏斗，漏斗半径为2～3 m，深度为1.2～1.8 m，严重的拉裂了保护层，局部地段波及到岩锚梁岩台，清理掉孔口的浮渣，孔壁并未沿炮孔连心线形成裂隙，见图5、图6。从孔口形成严重的爆破漏斗情况来看，应当减少轻预裂爆破的装药量，而炮口连心线方向未形成裂纹，则应当增加预裂爆破的装药量，这是一对矛盾。由于施工预裂试验不成功，不得不改用施工光爆。从后来岩锚梁的开挖情况看，采取施工预裂试验的地段，岩台成形较差。

图1 开挖分层

图2 台阶爆破布孔参数和起爆网络

图3 一步变角度掏槽

白莲河抽水蓄能电站，在主变室进行了一次预裂试验，没有形成预裂缝，便放弃了施工预裂，改采用施工光爆。

拉西瓦水电站，在整个厂房第二层开挖过程中，都在进行预裂试验，试验了多种孔距、填塞长度、装药量，除了在一段软岩中，形成了一条预裂隙，绝大多数无预裂效果。同时对预裂爆破和光面爆破做了岩石松动圈声波试验，预裂爆破岩石松动圈是光面爆破的好几倍乃至十倍。

图4 半幅开挖

图5 孔口爆破漏斗

图6 孔口连心线未形成裂纹

3.3 台阶高度

N-J水电站，设计台阶高度最大为9 m，台阶高度过大，存在以下问题：

单个炮孔的装药量加大，不利于控制单响药量；液压钻作业高度为6 m左右，台阶高度大，势必增大垫渣工程量；高边墙要插锚杆、锚索、挂网支护作业的移动台架的合适高度为7 m左右。所以N-J水电站台阶最大高度调整为7.5 m。后来在开挖到第四层以下，由于厂房变形较大，为了控制单响药量，主厂房、主变室的开挖高度都控制在4 m以下。

白莲河电站，由于采用日本古河HCR-12EDS钻锚杆孔，台阶高度选择在7 m以下，台阶高度合理，最大单响药量也控制得小。拉西瓦水电站，最大台阶高度为11 m，单孔装药量大，被要求一孔两响，实施过程中难度很大。

3.4 保护层厚度

保护层开挖是制约开挖进度的主要环节。

N-J水电站，第二层开挖，预留了3.75～5 m的保护层，先进行中间抽槽爆破，后进行保护层手风钻钻孔开挖。

到第三层，尝试了先进行保护层手风钻钻孔，保护层厚度取为2.5 m，布三排手风钻孔，即一排光爆孔、一排缓冲孔、一排主炮孔，与中间台阶大孔一起装药起爆，取得了很好的效果，不但手风钻钻孔施工方便，而且爆破后高边墙保留光爆孔痕迹。布孔参数、起爆顺序如图7所示，爆破效果见图8。由于手风钻钻孔速度慢，采用上述方法，就可以在厂房下台阶开挖之前，先把保护层手风钻第一分层钻孔全部钻完，并保护好，与中间台阶大孔一起爆破，这样极大地加快了开挖速度。

白莲河电站，保护层宽厚为2.5 m，中间大孔抽槽爆破后，保护层保留完整，基本不影响手风钻钻孔施工，整个厂房开挖都采用：先进行中间台阶大孔爆破，后进行手风钻保护层开挖。

拉西瓦电站，保护层为4 m，手风钻钻孔工程量太大，无法跟上中间大孔台阶爆破进度，导致了施工方采用D7液压钻钻水平孔开挖保护层，失去了宽留保护层的意义。

图7 布孔参数和起爆顺序

图8 光面爆破效果

3.5 爆破网络

图2所示的N-J水电站起爆网络设计，是采用孔内孔外同时延期的起爆网络，在拉西瓦电站前期开挖时使用过，经过爆破振动测试发现，由于雷管的延期误差，有时会出现重段，即两孔一响现象发生，实际施工时未采用该起爆网络。

孔外延期单孔单响起爆网络，是孔内都装同一高段位雷管，孔外通过串接低段位雷管(MS2或MS3)来实现延期。使用雷管段位少，不易出错，而且延期段数不受雷管限制，经过无数次爆破测试，没有发现重段现象。三个电站均使用该网络。

3.6 掏槽方式

在下层台阶开始开挖时，需要掏槽，有两种方式：一种为一步变角度掏槽(见图3)，即一步掏到位；另一种为两步同角度掏槽(见图9)，先掏一个斜坡，到下层台阶开挖完毕，破路时再补炮。拉西瓦电站地下厂房第二分层刚开始下挖时，采用了一步变角度掏槽，实施过程中，钻机手很难准确地按设计的角度钻孔，掏槽范围小，爆破夹制大，达不到预期效果。修改设计，改用两步同角度掏槽，钻孔定位简单，掏槽距离长，爆破夹制性小，每次都能达到设计效果。白莲河和N-J电站均采用两步同角度掏槽方式。