水利水电工程爆破施工技术

谢运刚

摘 要：在水利水电工程施工中，爆破施工是常见的施工技术，本文主要是结合工程实际，对某水利水电工程采用“螺旋掏槽”结合“分层装药”的爆破技术方案和要求进行了分析，以便在硬韧岩石竖巷爆破中取得较好的爆破效果。

关键词：水利水电工程 爆破技术 分层装药 施工

1.前言

某水利水电工程位于河北省境内，在施工中发现岩石多为含石英较多的硬质砂岩，韧性大。按传统的爆破方法施工难度较大，爆破效率低且破碎岩石抛掷距离远，增大了施工成本和安全隐患。鉴于此，结合爆破原理和竖直巷道掘进现场爆破经验，提出“螺旋掏槽”结合“分层装药”的爆破技术。

2.理论分析及技术方案的提出

爆破原理分析。爆破的原理大致可以分为两个阶段。第一个阶段为所装的炸药在围岩中产生应力波，产生环向和纵向的裂缝，导致岩石出现破碎。第二个阶段是爆炸的过程中，会产生强大的气流，从而形成空腔，最后导致岩石出现破碎，同时因为气流的作用而向外抛掷。由此可以认为，岩石爆破的过程中，爆炸的能力主要是分布在岩石变形能量和爆炸气体产生的抛掷能。计算表明，爆炸过程中能量消耗分布为：爆生气体膨胀消耗的能量为50%—60%，冲击波能量消耗为10%—20%，无用能约为20%—30%。根据能量守恒定理和上述原理，应提高爆生气体和冲击波能量的消耗，同时应减少爆生气体对破碎岩的作用提高爆破效率。

空眼及掏槽的作用。由于在竖巷掘进中，只有一个自由面，四周受到夹制，要把岩石爆下来比较困难，为此，炮眼布置时，首先要考虑如何创造第二个自由面。在螺旋掏槽中空眼的作用就是创造第二个自由面，当装药眼起爆后，将产生强大的爆破力，导致岩石结构被破坏，从而出现破碎，接着依靠产生的巨大的气流能量将岩石从槽内抛出，从而使得槽内被清空。这就明显看出，空眼的作用，一方面是对爆炸应力和爆破方向起集中导向作用；另一方面使受压岩石有必要的碎胀补偿空间。因此，空眼在掏槽中起着极为重要的作用。相对整个工作面来说，掏槽使工作面形成第二个自由面，为其他炮眼的爆破创造有利条件，掏槽的好坏对提高破岩效率、循环进尺都起着决定性的作用。螺旋掏槽是围绕空眼逐步扩大的掏槽，能形成较大的掏槽面积，其优势更加明显。

分层装药的作用。分层装药能使药量在空间上错开布置，增大炸药的作用范围，减少抛掷的距离；分层的结构形式，能使浅的一层有更多的“空眼”，对深的一层来说，在浅的一层爆破后，对深的一层就有一定的破坏作用，这样有助于深的一层的爆破，提高爆破能的利用率。综上，分层装药的爆破类型能很好的提高爆破效率。

人工挖孔掘进施工表明，在同等炮眼数量和装药量的前提下。掏槽方式显得尤为重要。直眼掏槽优于斜眼掏槽，直眼掏槽方式的爆破效率高。且直眼掏槽不受断面的限制。对于硬韧的岩石爆破，直眼掏槽中的螺旋掏槽更显示出优越性。根据掏槽时空眼的原理和增大炸药爆力作用范围的思路提出分层爆破的形式。下面浅谈“螺旋掏槽”结合“分层装药爆破形式”的爆破技术的运用。

3.爆破施工技术

爆破参数的计算。根据实验，在空眼数和空眼直径一定时，要想获得理想的掏槽效果，必须使空眼与装药眼的间距相匹配，如眼距过大，爆破易出现“冲炮”现象；眼距过小，又将造成岩石的过度粉碎、掏槽体积小、槽内岩碴被压死抛不出，甚至还会将相邻炮眼中的装药“挤实”而拒爆，或使相邻炮眼过早殉爆而打乱起爆顺序等不良效果。总之，在不同岩石中的合理眼距值须经反复试验而确定。一般情况下，当装药眼和空眼直径一样时，装药眼和空眼的间距可参考下式确定：

L1=（1—1.8）d、L2=（2—3.5）d、L3=（3—4.5）d、L4=（4—5.5）d；

d—孔眼直径（与装眼直径相同），mm；

L1、L2、L3、L4—眼距，mm。当岩石坚韧难爆时，取下限值；岩石易爆时，取上限值；

最小抵抗线w=（0.5—0.9）H；

炮孔间距a=（0.8—2.0）w；

排距b=（0.8—1.2）w；

浅孔深度H=1.2m；

深孔深度h=1.6m；

爆破药量Q=0.33e.q.a.b.h（e值查表1，q=2.1—3.25kg/m3），每个炮孔爆破的装药量大致为炮孔深度的1/3—1/2左右。

炮眼布置。炮眼布置原则：①严格按螺旋掏槽形式布置掏槽眼；②严格按计算出的炮眼布置参数布置炮眼；③按梅花型布置炮眼；④辅助眼和周边眼应按抵抗线大致相等的原则，均匀布置，并且眼底到自由面的距离（即计算抵抗线）不能大于炮眼装药所能克服的最大负载（可按表2选取）；⑤周边眼因按爆破断面轮廓线布置。炮眼布置图见图1、图2、图3。

采取相应的爆破措施。为了达到理想的爆破效果，在爆破上应采取以下措施：

（1）对于掏槽眼的用药量不考虑装药长度与炮眼长度的比值，而是从眼底一直装到眼口的适当位置（根据试验确定位置），以确保眼中各点的岩石都能得到同样的粉碎效果。其余炮眼的装药量可按照上述装药量公式计算。

（2）采用反向起爆方法。即装药时，起爆药包反装于眼底，不填底药，药包的聚能穴正对传爆方向，雷管聚能穴朝向眼口。此法能提高炮眼利用率；减小岩石的破碎块度；降低炸药消耗量；处理瞎炮也较安全，可以掏出炮泥重新放人起爆药包起爆。但，应注意孔内有水时，需加强防水措施。

（3）螺旋掏槽眼爆破后，往往槽子中存留压实的岩碴，影响辅助眼的爆破效果，为了将岩碴易于抛出眼外，通常将空眼加深300mm左右，在眼底装上200g炸药并充填l00mm长炮泥，紧接于掏槽眼之后反向起爆，即可将岩碴抛出槽外。

（4）用毫秒电雷管起爆，全断面共用六段毫秒电雷管，掏槽眼起爆顺序为l、2、3、4。辅助眼为5、周边眼为6。

爆破效果。在相同的爆破器材损耗的情况下，用传统的爆破技术，每次掘进深度为65cm左右，抛掷距离约为30m。用螺旋掏槽结合分层装药这一爆破技术，每次掘进深度可达85cm，抛掷距离控制在10m左右。

4.结语

“螺旋掏槽”结合“分层装药”的爆破技术，是一种集两者优势的爆破技术，其不但有“螺旋掏槽”避免带炮、挤死炮眼、连续制造自由面和掏槽面积大等优势，而且“分层装药”能让自由面相对增加，提高爆破效率，并且施工过程较简单，可行性高。在水利水电工程施工中以最少的投入达到最大的收益，以提高垂直巷道的施工进度和综合经济效益，具有很高的现实意义。采用这一技术后，使得爆破效率提高30%左右，且破碎岩石的抛掷距离得到了很好的控制。

参考文献：

[1]周水兴，何兆益，邹毅松.路桥施工手册[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]杨文渊.工程爆破常用数据手册[M].北京：人民交通出版社，2003.endprint