水利工程超深竖井正掘法施工爆破参数的优化

袁 赟， 张 维

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

水利工程超深竖井正掘法施工爆破参数的优化

袁 赟， 张 维

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

新疆某工程KS9勘探试验洞竖井设计井深687 m，开挖直径D=7.2 m。由于竖井围岩以花岗岩为主，岩石坚硬，钻爆施工采用液压伞钻施工。施工前期，由于进尺效果差，施工中一直错误地采取增大单耗以期达到提高进尺的目的，由此造成炸药单耗居高不下，施工成本增加。在根据实际爆破效果逐步调整爆破参数后，基本达到了稳定进尺、降低单耗的目的。

超深竖井；坚硬岩体；爆破；参数优化

1 工程概述

新疆某工程KS9勘探试验洞S2竖井设计深度为687 m，开挖净直径为7.2 m。竖井施工主要采用正掘法施工，YSJZ4.8四臂液压钻造孔，钻机成孔孔径为55 mm，装2#岩石φ45乳化炸药，非电雷管起爆，石方爆破后利用布置于井口的两套型号分别为2JKZ-3.6/12.96及JKZ-3.2×3的主副提升系统装5 m3吊罐出渣，井内布置D=7 m双层吊盘作为竖井施工期间的工作平台使用，吊盘利用布置于井口四面的11台稳车系统作为吊盘起落装置。

由于该工程竖井施工总工期约为12个月，进场后因前期准备工作缘故，竖井石方开挖直至7月方正式开始，竖井实际施工总工期仅为9.5个月，因此，如何调整布孔参数及装药结构、进而提高爆孔利用率对开挖工期至为关键。

2 工程地质情况

新疆某工程KS9勘探试验洞竖井围岩为新鲜岩体，岩性为肉红色花岗岩，中粗粒斑状结构，块状构造，斑晶主要为钾长石，基质为石英、斜长石、角闪石等隐晶质物质。竖井超前地质勘探岩芯整体较完整，多呈长柱状，柱长一般为15～30 cm，最长可达60～80 cm，新鲜围岩节理裂隙不发育，节理面多平直、粗糙，无充填，局部裂面上可见铁锈色氧化物附着。岩芯表面光滑、光亮，岩石坚硬、致密、新鲜。竖井整体围岩稳定，岩石干密度为2.74 g/cm3，饱和密度为2.75 g/cm3，饱和抗压强度为130 MPa，干抗压强度为173 MPa，该工程超前地质勘探孔资料如图1所示。

图1 S2竖井柱状图

基本性能参数单位参数值钻臂数量个4炮眼圈径mm1400～8200收拢后外形尺寸(外接圆直径×高度)mm2250×8300动臂左右摆动角度°左右各60钻架重量kg8200泵站重量kg3000(不含油)钻孔直径mm55钻孔深度mm4500适应钎具B32钎杆,φ55钎头类型特征冲击回转式冲击机构冲击能J150冲击频率Hz65工作压力MPa13-15工作流量L/min≤65回转机构最大转矩N·m320额定转速r/min180工作压力MPa≤14工作流量L/min≤30冲洗水压力MPa1.5冲洗水流量L/min30压缩空气压力MPa0.4-1压缩空气流量m3/min2.5类型特征导轨式推进方式油缸-钢丝绳推进行程mm5100推进力N7000电动机额定功率kW90×2额定电压V660/380额定转速r/min1480主泵类型变量柱塞泵工作压力MPa18

3 造孔设备

该工程采用YSJZ4.8液压伞钻凿眼，5 m长钎杆配直径55 mm柱齿合金钻头，钻爆孔深最大为4.5 m。

YSJZ型液压伞钻与普通气动伞钻相比具有以下优势：

(1)液压凿岩机冲击功率大，对于同类岩石比普通气动伞钻凿孔速度提高2～3倍，对于岩石硬度系数f=10以上的硬岩效果更明显，钻具具有钎杆粗，刚度好，成孔质量好，爆破效率高等特点。

(2)凿眼时采用水力排屑、液压传动冲击，减少了粉尘，降低了噪声，改善了工作环境。

液压伞钻平时吊挂在地面，凿眼前由主提升机下放到工作面后利用其支撑臂站立在凿眼工作面，即完成伞钻安装过程。

打眼施工时，操作活动臂、调整工作臂将液压钻机钎杆钎头对准炮眼设计孔位和方向后人工操作相应控制阀进行凿眼作业。

凿眼完毕，收拢活动臂、工作臂，利用抓岩机稳车吊挂钩头吊挂伞钻，同时收拢支撑臂，最后用主提升机将伞钻提升到井口，再利用电动葫芦移出到检修位置进行检修维护待用，完成井上、下伞钻夺钩过程。

YSLZ4.8伞钻的主要技术参数、性能见表1。

4 爆破参数的优化

爆破参数优化前，竖井单循环最大进尺为3.5 m，最短进尺为2.2 m，单循平均进尺为2.5 m，炮孔有效利用率仅为58%，爆破炸药单耗达到4.5 kg/m3以上。且从爆破后石渣看，其石渣粒径大部分小于40 cm，石渣较碎。根据对爆破后实际效果进行分析得知：竖井钻爆施工进尺不理想的原因主要为爆破掏槽效果差。因此，该工程爆破参数调整主要以调整掏槽为主。

4.1 爆破孔的布置

在原爆破参数基础上，将原爆破设计6圈孔调整为5圈孔。另外，为保证掏槽效果，在掏槽孔内增加设置了1阶掏槽孔(图2)，其布孔参数如下：

图2 爆破孔布置图

(1)一阶掏槽：一阶掏槽孔深2.5 m，布置半径为35 cm，布置4个掏槽孔，孔距42 cm，炮孔直径为55 mm；

(2)掏槽孔：掏槽孔布置以竖井圆心为中心，布置半径为70 cm，共布置8个掏槽孔，孔位布置环向间距55 cm，炮孔直径55 mm，掏槽孔深4.5 m；

(3)主爆孔：主爆孔以竖井圆心为中心，共布置3排，布置半径分别为1.5 m、2.3 m、3.1 m，三排布置炮孔个数分别为12、19、25，孔位布置环向距离分别为72 cm、76 cm、81 cm，炮孔直径为55 mm，炮孔深度为4 m；

(4)周边孔：周边孔以竖井圆心为中心，布置半径为3.68 m(设计结构尺寸)，共布置42个孔，孔位环向间距为55 cm，炮孔直径为48 mm，炮孔深度为4 m。

4.2 装药连线方式

(1)一阶掏槽：一阶掏槽采用集中装药，装药自孔底开始，装4节φ45 2#岩石乳化炸药，单孔装药长度1.6 m，爆破孔封堵长度0.9 m，采用1段非电毫秒雷管起爆，单孔装药2.8 kg；

(2)掏槽孔：掏槽孔采用集中装药，装药自孔底开始，装6节φ45 2#岩石乳化炸药，单孔装药长度为2.4 m，爆破孔封堵长度为2.1 m，采用1段非电毫秒雷管起爆，单孔装药4.2 kg；

(3)第一排主爆孔：主爆孔采用集中装药，装6节φ45 2#岩石乳化炸药，单孔装药长度2.4 m，爆破孔封堵长度1.6 m，采用3段非电毫秒雷管起爆，单孔装药4.2 kg；

(4)第二排主爆孔：主爆孔采用集中装药，装5节φ45 2#岩石乳化炸药，单孔装药长度2 m，爆破孔封堵长度2 m，采用5段非电毫秒雷管起爆，单孔装药3.5 kg；

(5)第三排主爆孔：主爆孔采用集中装药，装5节φ45 2#岩石乳化炸药，单孔装药长度2 m，爆破孔封堵长度2 m，采用7段非电毫秒雷管起爆，单孔装药3.5 kg；

(6)周边孔：周边孔采用集中装药，装6节φ32 2#岩石乳化炸药，单孔装药长度1.8 m，爆破孔封堵长度2.2 m，采用9段非电毫秒雷管起爆，单孔装药1.8 kg。

4.3 爆破效果

经过多次现场试验，最终确定表2中所列爆破参数为最优，在竖井钻孔深度为4 m的情况下，单循环有效进尺基本维持在3.5 m左右，爆破孔利用率达到87.5%，炸药单耗由原最初的4.5 kg/m3以上下降至2.2 kg/m3，爆破参数优化基本达到预期目的。

4.4 优化后的爆破参数

优化后的爆破参数见表2。

表2 优化后的爆破参数表

5 计划实施的改进措施

(1)在对实际爆破效果进行分析的基础上，为达到节约成本的目的，下阶段将尝试对孔网参数进行进一步的优化，主要针对崩落孔，计划将孔距放大到1 m左右。

(2)后期对周边孔的孔距也将适当放大，计划将周边孔距放大到60 cm左右。但此种情况下其抵抗线必须保证在65～70 cm左右；当调整周边孔布孔参数时，内圈三圈崩落孔也应做适当调整，其思路是第一圈崩落孔作为辅助掏槽孔，将其抵抗线(圈距)调整为75～70 cm，后面两圈崩落孔采用80 cm的抵抗线。

(3)在采取更大的钻孔孔深时，对4个掏槽孔的钻孔质量(孔深、孔向)一定要严格控制，要求槽孔深度必须超过崩落孔深度。

6 结 语

笔者通过新疆某工程KS9竖井现场爆破参数优化，在水利工程超深竖井坚硬岩体钻爆施工过程中，逐步总结出适合该工程实际情况的爆破参数，炸药单耗由4.5 kg/m3降低至2.2 kg/m3，竖井施工火工产品成本节约50%，且在施工过程中钻爆孔总数也由最初的150个孔降低至现阶段的110个孔，施工成本及效率得到明显提高。

(责任编辑：李燕辉)

2017-01-10

TV7;TV554;TV52

B

1001-2184(2017)02-0097-03

袁 赟(1985-)，男，湖北宜昌人，工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

张 维(1989-)，男，四川阆中人，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作.