混装铵油炸药在风钻保护中的应用

混装铵油炸药在风钻保护中的应用

1上水库分层开挖张湾引水蓄能站位于河北省石家庄市井虞县测鱼市附近的甘陶河支流。总安装功率为1000万元，主要包括上水库、水道系统、地下车间系统、地面进出、下水库防洪水库、排沙坝等工程。该项目的等级为一级。其中上水库位于老爷庙山顶,采用开挖筑坝围库而成,土石方开挖总量达980万m3,开挖工期为2年半,平均月开挖强度为32.6万m3,最大月开挖强度为60万m3。上水库施工于2003年8月份开工,基于以下几个方面因素,业主使用混装铵油炸药为该工程中的上水库开挖及坝体填筑料采石工程提供爆破施工服务:1)该工程施工地点位于我国北方干旱、半干旱地区,年降水量小,适合铵油炸药的应用;2)该工程岩石主要为砂岩,节理裂隙发育,中等可爆,适合使用爆速相对较低的铵油炸药;3)该工程具有土石方开挖量大、开挖强度高的特点,使用现场混装铵油炸药车可以更好地满足高强度的施工需要。2混装铵油的使用铵油炸药混装生产系统是集原材料运输、炸药现场混制装填于一体的作业方式,由地面站和现场混装铵油炸药车2个部分组成。地面站设有原材料储存仓库和上料装置,主要的工业原料为多孔粒状硝酸铵和轻柴油;采用螺旋混药方式,炸药生产工艺相对简单,同时由于不存在成品炸药的储存与运输环节,安全性高。为保证混装铵油炸药质量,对原材料的具体质量要求如下:多孔粒状硝酸铵的粒度0.5—1.0mm占10%—15%,粒度1.0—2.Omm占70%—80%,粒度2.0—2.5mm占10%—15%。轻柴油的使用根据当地气温变化情况选用,温度较高时,选用高标号轻柴油,即每年的四月份至十月份选用0#轻柴油;温度较低时选用低标号轻柴油,即十一月至第二年三月份选用-20#轻柴油。制备的混装铵油炸药的密度为0.87—0.88g/cm3,采用钢管约束测得爆速为2800—3000m/s,猛度为15—17mm,采用PVC管约束的炸药临界直径为45mm,采用钢管约束的炸药临界直径为25mm,临界起爆药量为40g。3混合铵油炸药设计3.1爆破质量控制张河湾抽水蓄能电站工程上水库的库岸一部分是由山体开挖形成,一部分是由库盆开挖料填筑形成,填筑料技术规格要求为最大粒径600mm,粒径小于5mm的含量不超过20%,粒径小于0.1mm的含量不大于5%,爆破级配曲率系数为1—3。由于甲方对石料块度和爆破振动的要求比较严格。为满足以上要求,采取了以下施工措施,保证了坝料开采的质量:1)通过多次爆破试验,确定合理的钻孔参数。最终确定的钻孔孔径115mm,梯段高度12m,超深0.5m,孔排距为4m×3m,采用梅花形布孔。2)通过规范化的施工管理,保证钻孔施工质量。钻孔前先用皮尺按爆破设计要求确定孔位,然后用水准仪量底板高程确定单孔孔深,确保孔底在同一水平面上,钻孔过程中要求孔位偏差控制在±20cm以内,孔深控制在±30cm以内,孔斜偏差控制在±2°以内。3)通过施工对比试验,选择合理的炸药类型。反复进行了多组爆破试验,根据级配料的筛分结果,发现采用乳化炸药爆破的石料粒径小于5mm的含量大于级配比例,而采用混装铵油炸药并采取耦合装药的方式爆破后的石料满足设计级配要求。经过分析,这主要是由于乳化炸药的爆速较高(大于4300m/s),而混装铵油炸药的爆速中等(2800—3000m/s),爆破后岩石的破碎圈半径较小,级配料中的超细料比例能满足要求。4)根据岩性的不同,选择合理的爆破参数。堵塞长度与炸药单耗的确定是确保爆破质量与安全的关键。炸药单耗过大,堵塞长度过短,飞石距离过远,不利于爆破安全;炸药单耗过小,堵塞长度过长,爆破后表面超径石比例过大,增加爆破后的解炮成本。本工程梯段爆破的堵塞长度控制在1.6—2.2m,炸药单耗控制在0.45—0.6kg/m3。5)根据施工特点,确定合理的起爆网路。由于本次爆破的振动控制要求较高,统一采取MS12高段雷管入孔,孔外排间用MS5或MS6接力,同排用MS2接力的逐孔微差爆破网路,如图1所示。实践证明,这种起爆网路不仅操作简便,而且通孔间排间逐孔微差爆破的方式,相对于一般的排间爆破,单段起爆药量明显减小,满足了工程对爆破振动的要求,同时爆堆集中、爆破块度均匀、便于挖装。3.2调整后的爆破试验方案张河湾抽水蓄能电站工程上水库的边坡和库底保护层开挖面面积较大,边坡面积有20余万m2,库底面积有10余万m2。根据最初的施工方案,在距建基面6m范围内保护层爆破全部使用手风钻剥离,不仅施工成本过高,也不能满足施工进度的要求。为此,对库底临近建基面的保护层开挖,先预留1m左右的薄保护层,薄保护层以上部分采用柔性垫层的小台阶梯段爆破的方式,薄保护层部分再用手风钻爆破。最初采用32乳化炸药3支捆绑成一节进行装药爆破,通过10次不同起爆网路的试验,发现效果都不太理想,试验结果不是预留保护层太薄,后续难以进行处理,就是预留保护层太厚,增加保护层钻爆成本。为此,在常规梯段爆破中应用混装铵油炸药的经验,尝试在小台阶爆破中进行爆破试验,试验方案如下:保护层台阶高度为6.0m,钻孔直径76—89mm,无超深,每孔均回填0.5m岩粉作为柔性垫层,孔排距为4.0m×2.5m,梅花型布孔,采用混装铵油炸药装药,用0.4kg的32mm的乳化炸药作为起爆药包,单孔的装药量为15—20kg,堵塞长度为1.2—1.8m,平均单耗约0.3kg/m3,起爆网路与常规梯段爆破相同。爆破后通过清渣发现:柔性垫层回填炮眼段保留完好,岩面的平整度为±0.3,预留薄层在0.7—0.9m之间,这样的厚度比较理想,易于手风钻水平爆除,需要保留的基岩中无明显新生裂隙,这说明爆破试验是非常成功的,随后的保护层小台阶爆破一直采用以上爆破方式,不仅较好地控制了施工成本,还大大加快了保护层开挖的施工进程。鉴于现场混装铵油炸药在以上两类开挖部位取得的施工经验,同时手风钻的孔径(42mm)大于铵油炸药爆轰所需要的临界直径(25mm),是否可以在手风钻保护层中采用相对廉价的混装铵油炸药进行爆破?带着这个问题做了几次对比试验:在手风钻的炮区部分孔中使用混装铵油炸药进行耦合装药,并用100g32乳化炸药做起爆药包,其余部分孔内仍装32乳化炸药。爆破后检查发现混装铵油炸药完全爆轰,而且比装32乳化炸药炮孔爆破后底板平整度更高,原因在于混装铵油炸药的低爆速特点造成的。以上试验的成功,充分体现了混装铵油炸药在小孔径装药爆破中的优势,在随后的手风钻保护层开挖中全部采用了铵油炸药,由于实现了全耦合装药,孔网参数由以前采用32乳化炸药1.2m×1.0m调整为1.5m×1.2m,孔网参数扩大50%,爆后发现底部建基面比较平整,效果良好。由于现场混装铵油炸药成本比成品乳化炸药价格低,加上孔网参数的扩大,不仅提高了钻爆作业效率,也使得手风钻爆破成本大幅度降低。4混装铵油火箭炮的经济效益实践证明,在河北