猫儿沟水库砂岩料场开采爆破试验研究

廖斌LIAO Bin

（中国葛洲坝集团第一工程有限公司，宜昌443002）

1 工程概况

猫儿沟水库位于四川省广安市华蓥市庆华镇境内的华蓥河右岸一级支流猫儿沟上，水库枢纽主要由拦河大坝、溢洪道、放空隧洞及取水隧洞组成。拦河大坝采用钢筋砼面板堆石坝，坝轴线全长270.00m，坝顶高程304.00m，防浪墙高出坝顶1.20m，河床趾板建基高程255.00m，最大坝高49.00m，坝顶宽度6.00m。正常蓄水位302.00m，设计洪水位302.66m，校核洪水位302.96m。上游坝坡1:1.5；下游坝坡1:1.7，共设三级马道，马道高程分别是292.00m、280.00m 和267.00m，马道宽度均为3.00m。

猫儿沟水库拦河大坝填筑砂岩材料取自贺家梯子岩砂岩料场。贺家梯子岩石碴料场总储量为173.34×104m3。其中拟开采的有用料①层和③层砂岩储量为38.80×104m3；其中有用料①层用于主堆料，有用料③层用于次堆料。

2 砂岩堆石料设计技术要求

坝体自上游至下游依次为上游石渣盖重区（1B）、粉土铺盖区（1A）、混凝土防渗面板、特殊垫层区（趾板下游端头接触部位2B）、垫层区（2A）、次堆石区（3A）、砂岩主堆石（3B）、堆石区（由砂岩料主堆石区（3C）、砂岩料下游堆石区（3D）和开挖利用料下游堆石区（3E）三部分组成）及框格梁植草护坡。根据上述大坝坝体填筑料源规划，本次爆破试验对象主要为砂岩主堆料及次堆料。主堆料及次堆料颗粒设计级配分别见表1，各砂岩填筑料设计技术指标见表2。

3 爆破试验机具及材料

3.1 爆破试验钻孔机具

表2 坝体砂岩填筑料技术指标表

爆破试验使用的钻孔机械见表3。

3.2 试验材料

试验的主要爆破火工器材见表4。

4 爆破试验及成果分析

4.1 试验方案确定

根据现场勘测，结合以往类似岩层爆破经验，拟采取孤石解爆试验方案。

4.2 砂岩料场主堆石料爆破试验设计

4.2.1 爆破材料及设备

炸药：主要采用Φ32.00mm、Φ25.00mm2#岩石乳化炸药；

传爆器材：导爆索；

起爆器材：非电雷管和电雷管；

钻孔机械：YT-28 型气腿钻和CM-351 高风压钻机。

4.2.2 孤石解爆爆破参数

地层40m3以下石方爆破为孤石解爆范畴，按照以下爆破参数施工[1]。

①最小抵抗线W：

W=（20.00～40.00）d，d-药卷直径，采用32.00mm，W=（20.00 ～40.00）×32.00mm=640.00 ～1280.00mm，现 取W=0.70～1.20m。

②炮孔间距a：

a=mW，m-炮孔邻近系数，取1.40；

a=（0.70～1.20）×1.4=0.98～1.68m，取1.00～1.50m。

③炮孔排距b：

表1 堆石料颗粒设计级配表

表3 爆破试验钻孔机械选型

表4 爆破试验材料计划表

b=0.866a，b=0.866×（1.00 ～1.50）=0.866 ～1.30m，取0.90～1.20m。

④装药量Q：

Q=qaWH，q-岩石爆破单位耗药量，0.25～0.55kg/m3，取0.30～0.50；H-孔深，取1.00～2.50m，Q=0.21～2.25kg。

⑤装药结构及堵塞长度：

根据单位耗药量、炮孔排间距和孤石大小综合考虑。采用Φ32mm 药卷，连续装药，不分层装药，由雷管激发。堵塞长度根据孤石具体情况进行控制。

⑥起爆方案：

多个孤石可以同批串联起爆，爆破顺序按自下而上的方式进行[2]。

4.2.3 大体积危岩体处理爆破参数

地层40.00m3以上石方爆破为大体积岩体爆破范畴，部分岩体爆破方量较大在400.00～500.00m3左右，采取分层预裂爆破，分层厚度4.00m，按照以下爆破参数施工。

4.2.3.1 预裂孔参数

①炮孔间距a：

据经验公式：a=（7.00～12.00）D；式中：D-钻孔孔径，取50.00mm；

a=5.000×（7.00～12.00）=350.00～600.00mm；选用a=50.00cm。

②不偶合系数：

根据经验公式：Dd=D/d；D/d=1.30～5.00

D-钻孔直径，50.00mm（成孔）；d-药卷直径，选用药卷直径为Φ25.00mm；

Dd=50/25=2。

③线装药密度Qx：

根据经验公式：

Qx=0.19aσ0.5 式中：

a-孔间距0.30～0.50m；σ-岩石极限抗压强度，kgf/cm2，本工程初选600.00kgf/cm2。

Qx=0.188×45×24.49=207.2g/m；选用200g/m，底部加强装药2～3 倍。

4.2.3.2 主爆孔参数

装药量Q=gabH，g-岩石爆破单位耗药量，0.25 ～0.55kg/m3，取0.30～0.50；a-主爆孔间距，取1.20m；b-主爆孔排距，取值1.20m；H-台阶高度，取3.00m；经计算，Q=1.30～3.00kg。单孔装药量取值1.20～3.00kg。

4.2.3.3 装药结构

预裂爆破装药结构分三方面：孔口堵塞长度和堵塞方法；线装药密度的实现；底孔加强装药。

①预裂孔采用间隔装药，药卷直径Φ25 或者Φ32.00mm，炸药采用乳化炸药。边坡线装药密度150.00～350.00g/m，孔口用炮泥封堵药包，堵塞长度为1.00～1.20m，部分堵塞长度根据实际情况相应调整。

②采用绑竹片，空气间隔装药，同时注意堵塞时过紧对间隔装药的影响。

③预裂爆破孔底加强装药，靠孔口填塞段减弱装药。

4.2.3.4 起爆方案

光面爆破孔、预裂爆破孔提前、滞后前排主爆孔100.00～200.00ms 起爆。预裂爆破单段起爆药量不大于50.00kg。

4.3 砂岩料场次堆石料爆破试验设计

砂岩料场次堆料爆破试验关键参数设计流程与主堆料一致，因过次堆石料选择开采③层有用料较主堆石料开采①层有用料，开采岩石硬度相对较软，为此次堆石料选取较大间排距，同时适当减少单位炸药耗量。

5 爆破试验及成果分析

现场爆破试验完成以后，由试验室进行爆破料的筛分试验，结合筛分结果和现场实际情况对各有效爆破试验场次的爆破效果进行分析如下。

表5 砂岩料场主堆石料3 次爆破试验爆破参数统计表

图1 第一次爆破颗粒级配曲线图

5.1 砂岩料场主堆石料爆破试验

砂岩料场主堆石料三次爆破试验参数见表5。

5.1.1 第一次爆破试验

主堆石料第一次爆破试验筛分成果特征参数见表6。

表6 第一次爆破试验颗粒级配特征参数

主堆石料第一次爆破试验颗粒级配曲线见图1。

主堆石料第一次爆破试验颗粒级配曲线图显示，1.00～300.00mm 粒径段，粒径曲线偏出设计上包线，表明小于该粒径的含量较大，粒径偏细，大块石较少。

对后续爆破试验指导意见：选取岩层厚度较厚、爆破体宽度较大的场地作为爆破试验部位，可增大孔距或减少装药量，以增加粗颗粒含量。

5.1.2 第二次爆破试验

主堆石料第二次爆破试验，特征参数见表7。

表7 第二次爆破试验颗粒级配特征参数

主堆石料第二次爆破试验颗粒级配曲线图显示，粒径曲线在设计上包线与下包络线之间，表明小于该粒径的级配均匀，满足设计要求。

5.1.3 第三次爆破试验

料场主堆石料第三次爆破试验，特征参数见表8。

表8 第三次爆破试验颗粒级配特征参数

主堆石料第三次爆破试验颗粒级配曲线图显示，20.00mm～600.00mm 粒径段，粒径曲线偏出设计下包线，表明小于该粒径的含量较小，粒径偏粗，大块石较多，细颗粒含量较少。

对后续爆破试验指导意见：可减小孔距或增加装药量，以提高细颗粒含量。

5.2 砂岩料场次堆石带料爆破试验成果分析

次堆石带料三次爆破试验爆破参数统计见表9，分析方法跟主堆石料爆破试验一致。

表9 次堆石带料三次爆破试验爆破参数统计表

6 结论

6.1 主堆石料爆破施工建议

从主堆石料三次次破试验情况看：

第一次爆破试验间排距1.00m×0.80m，爆破料大颗粒含量较少，细粒径含量偏多，不能满足设计要求；

第二次爆破试验间排距1.20m×1.00m，爆破料大颗粒颗粒增加，级配曲线在上下包络线之间，级配均匀，能满足设计要求；

第三次爆破试验间排距1.40m×1.20m，爆破料细颗粒明显减小，大颗粒含量超标，不能满足设计要求。

综上所述，建议采用第二次的爆破试验的参数用于主堆石料爆破施工。

6.2 次堆石带料爆破施工建议

从次堆石带料三次爆破试验情况看：第一次爆破试验间排距1.20m×1.00m，爆破料40～400mm 粒径段含量较少，不能满足设计包络线；第二次爆破试验间排距1.40m×1.20m，爆破料级配均匀，级配曲线在上下包络线之间，能满足设计要求；第三次爆破试验间排距1.60m×1.40m，爆破料细颗粒明显减小，大颗粒含量超标，不能满足设计要求。综上所述，建议采用第二次的爆破试验的参数用于次堆石带料爆破施工。最终推荐爆破试验参数如表10。

表10 料场爆破试验爆破参数推荐值