混装炸药车在溪洛渡水电站右岸导流洞开挖施工中的应用

简介： 导流洞开挖是水利水电工程施工的关键施工项目，如何更好地在大型硐室群开挖施工中应用混装炸药车来提高效率、优化施工是需要我们不断研究的课题。乳化炸药混装车技术作为一种先进的爆破技术，随着它在溪洛渡水电站右岸导流洞施工工程中投入使用，炮根问题得到了根本的解决，施工进度得到了大大的提高。关键词：
关键字：溪洛渡 导流洞 硐室开挖 乳化炸药混装车技术 炮根 施工进度
1 混装炸药生产系统的技术优势

混装炸药生产系统主要是由混装炸药车和配套的移动式地面站两部分组成，它集原材料运输、炸药现场混制及机械化装药与一体，与常规袋装药比较，它具有效率高、质量好、工艺先进及安全可靠等优势。该系统从原材料地面站储备、半成品生产到现场混制的整个加工运输过程中都不产生成品炸药，不会发生爆炸，直至最后装入炮孔后5～10分钟经化学反应才成为无雷管感度的炸药，因此消除了传统炸药生产、运输、储存及装药过程中的不安定因素，对环境也不会造成任何污染，真正实现了炸药生产与爆破施工的本质化安全。混装车技术代表了当今世界爆破技术的发展方向，不仅有较高的科技含量和较强的实用性，更在于它取代了传统的炸药制备、储存、运输、人工装药过程及方法，而且它提高了工效、降低了成本、改善了安全、提高了爆破的质量，对洞挖效率有较大的提高。
尤其是在开挖量大、施工难度高、炸药需求量大的大型硐室群，由于受到现场仓库的库存量较小、运输距离远和运输途中的不安全等因素的影响，完全满足高强度施工作业的要求有一定的困难，而现场混装炸药车系统可以根据施工强度和使用量直接按需生产，既可以满足施工强度的要求，同时又解决了运输途中的不安全隐患，因而更能显现出混装炸药技术的快捷、安全、高效的特点。
经实际测算评估，相对于传统成品炸药爆破及作业方式，其优点具体体现在以下几点：
1.1 提高了爆破作业效率，降低了工人的劳动强度
乳化炸药混装车实现了装药作业的机械化，其装药速率为150～200kg/min，一个孔只需装3～4分钟，而常规炸药装药一个孔通常要5～6分钟甚至更多。显然使用混装炸药车有利于缩短爆破作业周期。作业人员也相对减少，一般一次循环的装药作业只需要5到6名操作工。装药车单班作业能力为15～20t/班，一台混装车就能满足高峰期的作业强度。
与传统的装药作业相比，采用混装炸药车作业所需人员减少60%左右，装药时间减少70%左右，因此大大地提高了劳动生产率，降低了工人的劳动强度。
1.2 改善了施工安全条件
乳化炸药是通过移动式地面站将原材料生产成半成品后分装在混装炸药车的料仓里，然后用混装炸药车将半成品运送到施工现场进行配制生产，现场配制完毕后用输药管装入炮孔内10分钟后才发泡形成具有雷管感度的炸药，因此在整个生产加工和运输过程中不存在意外爆炸危险。平常无须仓库储存，彻底消除了传统炸药生产、运输、储存过程中的不安全因素，提高了爆破作业的安全性。
1.3 降低了爆破成本
混装乳化炸药密度可随施工需要进行调整，装药计量准确，孔内为全耦合装药，装药密度较传统装药的密度大，孔装药利用率达100%，因此要达到同样的爆破效果其孔网参数要比使用常规炸药爆破的孔网参数大，延米爆破方量为传统炸药爆破方量的1.5倍左右，钻孔量可减少30%左右，降低了钻孔成本，因而总体上降低了爆破成本。
1.4 提高了爆破质量
在大型硐室中，使用常规炸药爆破，随着往后爆破次数的增加根底逐渐提高，严重影响了挖渣装备的正常运作，而采用混装炸药爆破技术，有效地解决了这个问题。采用混装炸药装药，一方面装药密度比常规传统装药的密度大，达到全耦合装药，这样对于深孔梯段爆破，其对钻孔的利用率高，充分利用炮孔容积，保持炸药的良好抗水性；另一方面混装炸药流动性大，可以通过输药管轻松地直接送到炮孔的底部，解决了因孔内有水和岩屑致使炸药无法达到炮孔底部的困难，减少了卡孔造成的炮根与盲炮，因而爆破后底部较平整，避免了二次解炮处理，破岩质量得到合理的控制和改善，同时也提高了炮渣的挖装效率。
2 混装炸药生产系统的作业流程

2.1 炸药半成品的制备
混装炸药半成品的制备是乳化炸药形成的第一步，其采用移动式地面站的炸药生产系统，对原材料按照一定的比例进行混合加工制成半成品，分别装进混装炸药车的料仓中，这样就完成了炸药半成品的制备。
2.2 炸药的储存和运输
　　由于混装车可以实现炸药的现场制备和装药，因此平常可在混装炸药车上准备好一定量的炸药半成品，接到爆破通知后再将事先准备好的炸药半成品运送到需要爆破施工的部位。
2.3 炸药的现场配置生产、装药
混装炸药车到达施工现场将半成品混制成密度符合要求、具有爆破感度的炸药后进行装药。装药过程中，根据需要随时调整密度及装药量以达到理想的爆破效果。
3 硐室爆破的技术要求以及爆破方案

结合硐室线向延伸、狭长的特点，我们在溪洛渡右岸导流洞上层开挖完成以后，对于中下层的深孔梯段爆破采用两边侧墙先行预裂，然后进行中间掏槽爆破的爆破方案。边墙采用预裂孔成型，确保预裂面平整；预裂孔与主爆孔之间布置一排缓冲保护孔，距离预裂孔1.2～1.5m。溪洛渡右岸导流洞中层混装炸药装药爆破主要技术参数见表1。由于混装炸药的猛度比常规炸药要大，因此我们应用微差起爆技术，采用孔外延时的非电导爆管起爆网络，有效控制单响爆破药量和起爆顺序，根据临空面、抛掷方向、飞石控制等现场实际情况灵活采用单孔单响或两孔一响的“V”型或梯形起爆，提高对被爆岩体的破碎程度，同时减小爆破振动对边坡岩体的破坏程度。底部保留一定厚度的保护层，以防破坏了地基岩石的完整性。根据围岩性质的不同，在不同的部位可适当调整布孔的孔网参数。由于使用混装炸药装药技术，其孔网参数比使用常规炸药的要大，因此每次爆破方量也就比常规炸药爆破方量要大，一般在硐室中每次爆破可以达到2500～4000m3。实践证明，该方案为简单、实用而效果最理想的方案，在地质条件好、岩石风化程度低的地带爆后爆块均匀，大块率小，底部平整，较常规炸药理想。
表1 右岸导流洞中层混装炸药装药爆破主要技术参数表

爆破孔钻孔深度	缓冲孔间排距	主爆孔间排距	预裂孔线装药密度	预裂孔孔距
11.5～12.0m	1.5×2.4m	3.7×3.0m	600～650g/m	0.8m
预裂孔、缓冲孔孔径	主爆孔孔径	单位耗药量	起爆方式	前排抵抗线
Φ89mm	Φ105mm	0.7～0.8kg/m3	非电雷管起爆	1.5～2.5m

4 混装炸药车在硐室群开挖施工应用中可能遇到的一些问题及其处理办法

4.1 大块孤石的产生
　　由于地质构造（如断层、节理、层理、裂隙、风化带孤石等）、炸药单耗、布孔形式、微差间隔时间、起爆网络、装药结构、堵塞质量、钻孔质量及爆破方法等各种因素的影响，常常会产生块粒较大的岩块，针对大块产生的不同原因，其处理的技术措施有：
4.1.1 在堵塞段设置辅助药包
为了充分避免炮孔堵塞段过长产生大块，考虑在堵塞段中部设置常规袋装炸药辅助药包，一方面可破碎上部大块，另一方面可通过该药包爆破后形成的压实作用减少炸药能量损失。辅助药包按公式Q=KL3计算，（K取0.08~0.1kg/m3，L为堵塞长度），辅助药包位置放在堵塞段1/2~2/3处。
4.1.2 调整装药结构
主炮孔选择耦合连续装药结构，起爆弹从孔底反向起爆，周边孔及后排孔采用底部耦合装药上部不耦合装药，防止周边孔及后排孔拉裂或后冲产生大块石。
4.1.3 调节炸药密度
炸药密度的大小对炸药威力有一定影响，而对猛度的影响更显著，炸药密度与体积威力成正比例关系。混装乳化炸药的密度在现场可以调节，范围为1.05~1.25g/cm3。一般在选择密度时，微新岩选择高密度，强风化岩选择低密度，周边孔、后排孔选择低密度，同一炮孔底部装高密度上部装低密度。
4.1.4 优化布孔形式和起爆网络
一般采用梅花形布孔排间起爆或距形布孔“V”形起爆，即达到宽孔距小排距布置原理，使岩石充分受到挤压而破碎。炮孔密集系数在M=2~3之间取值。
4.1.5 其他措施
也可以采取以下措施来降低大块率：提高炸药单耗，减小堵塞长度；缩小周边孔及后排孔与相邻主炮孔的间距；采用留碴微差挤压爆破等。
4.2 孔内有溶沟溶槽或者较大的裂缝
如果发现有漏药、吃药或串药现象，说明孔内可能有溶沟溶槽或者较大的裂缝，这时切不可盲目装药对线装药密度的影响非常大，从而对整个炮区的装药质量的好坏有直接影响，影响爆破效果。这时切不可盲目装药，而应该隔断溶沟或溶槽，采用堵袋子、沙子、石子或其他充填物进行充填后再装药。
4.3 底部出现炮根和贴坡
　　使用混装炸药车，在爆破孔的孔深控制到位的情况下底部炮根基本可以消除，但如果底部抵抗线过大或者前排临空面的处理不到位，两侧缓冲孔前部即夹制作用明显的两个三角形夹角未处理也会造成底部有炮根、边墙留有贴坡。这种情况下处理炮根通常采取加大前排孔的装药量的方法。而对于贴坡的处理通常采取减小缓冲孔的间距、排距的方法。
5 在大型硐室群施工中应用混装炸药车所应注意的一些问题

5.1 要熟知洞内的交通路径和通行情况
　　溪洛渡水电站右岸导流洞的道路交通错综复杂，4#、5#、6#三条导流洞呈平行布置，有三条支洞及其下岔道贯穿每条导流洞，洞内的施工纵横交错，且施工通道变化频繁，万一走错路就会耽误装药爆破作业，引起很大的麻烦，因此熟悉洞内的交通是十分重要的。
5.2 装药爆破作业前尽量做到条件具备、时间充足
因为洞内施工情况很复杂，如果没有合理的安排，常常会引起不必要的麻烦。现场是否具备装药条件（如钻孔是否达到要求、临空面是否处理到位等），水孔胶管能否下到孔底，即装药设备方面能否满足装药的需要，是作为一名队长和技术员首先应关心的问题，如果不能满足应寻求解决办法和措施。这就要求我们加强现场协调能力。
5.3 严格控制孔网参数和装药量
在孔网参数的确定方面要充分考虑各种安全及技术性的问题，做到防范于未然。硐室是地下覆盖体，在洞内施工安全尤为重要，单响过大一方面容易引起洞壁塌方、掉块等恶劣的事故，另一方面爆速过大容易造成爆破冲击波将距离较近的设备毁坏（主要是玻璃被震碎）。
5.4 爆破操作规程要清楚
混装炸药装药操作规程是否熟练掌握，关系到爆破质量的好坏。起爆弹和一级岩石乳化炸药如何下到混装炸药中去，采用什么型号的导爆索及如何绑结，水孔如何处理，炸药密度的选择和测量，堵塞长度的多少及堵塞时间控制，破碎药包的安放等操作规程是每个操作手或爆破员以及技术员所要熟练掌握的。因此加强爆破队伍的责任心、提高爆破队伍的整体素质。
5.5 控制前排药量、控制飞石
装药时第一排孔、第二排孔应注意装药量问题。前排抵抗线、炮区周围环境、孔排距情况、布孔的形式、后排孔药量等，这些都是影响飞石距离的直接因素。我们应根据现场的具体情况，考虑各种因素的影响，合理地调整装药量以达到最理想的爆破效果。
5.6 及时调整装药结构
孔网参数发生变化时装药结构应如何作相应调整，如在遇到采用常规炸药设计的孔网参数或不规则孔网参数过密、要获得较好的级配或强调不允许有大块产生（便于小反铲挖装）等问题时，在装药结构方面应分别对待，并结合密度的可调节性进行合理装药。但是无论选择怎样的装药结构，根据爆破要达到的目的而选择单耗的标准不能变，除非有特殊的情况，即所装的药爆炸产生的能量不能做功或根本达不到爆炸标准，这时单耗要增加，但不能无目的地盲目增加。
5.7 做好洞内爆破安全警戒
　　在硐室内各种施工距离较近，通常在相隔几十米的部位会有多种施工在进行，因此在爆破前一个小时应通知炮区附近尤其是同一条直洞内的设备提前撤离。在硐室内使用混装炸药进行爆破，考虑在隧洞中爆破振动和冲击波的影响，爆破警戒范围沿导流洞距离爆区400米外，相邻洞室中的作业人员必须撤离到安全地点。在一些照明不足的死角更要注意，切不可存有侥幸心理。由于在硐室中视野狭隘，各个部位的警戒员之间、队长或班长与主爆手及警戒员之间应使用信号效果好的对讲机联系。
6 爆破振动监测
为了确保洞内爆破施工的安全，我们针对混装炸药车在右岸导流洞的应用组织了专门的爆破振动监测试验，并对监测试验结果进行了分析，其垂直质点振动和水平质点振动测试成果分别见表2、表3。
表2 垂直质点振动测试数据表

测点编号	测试时间	爆心距R（m）	最大单响药量Q(kg)	测试电压V	垂直振速v(cm/s)
MVT1	4.1	22.3	57	2.78	10.11
MVT 2	4.1	27.5	57	2.45	8.45
MVT 3	4.1	38.1	57	2.10	7.17
MVT 4	4.1	56.5	57	1.28	4.56
MVT 5	4.1	81.7	57	0.54	1.96
MVT 6	4.1	97.5	57	0.35	1.25
MVT 7	4.1	30.5	57	2.10	7.19
MVT 8	4.1	45.5	57	1.39	4.83

表3 水平质点振动测试数据表

测点编号	测试时间	爆心距R（m）	最大单响药量Q(kg)	测试电压V	水平振速v(cm/s)
MVT1	4.1	22.3	57	2.76	10.00
MVT 2	4.1	27.5	57	2.33	8.47
MVT 3	4.1	38.1	57	2.12	7.36
MVT 4	4.1	56.5	57	1.32	4.51
MVT 5	4.1	81.7	57	0.53	1.83
MVT 6	4.1	97.5	57	0.26	0.94
MVT 7	4.1	30.5	57	1.52	5.41
MVT 8	4.1	45.5	57	1.21	4.19

以上监测结果表明，在导流洞中使用混装炸药车装药只要做到单孔单响，将单段最大起爆药量控制在60kg以内，就能够满足爆破振动要求，将振速控制在10cm/s以内。
7 结语
“科学技术为第一生产力”。现场乳化炸药混装技术作为先进的现代化爆破技术，它的作用已经得到了充分的展现，它的地位已经得到人们的肯定。但是科学的发展日新月异，我们不能仅满足于目前所取得的这些成绩，而要不断创新，积累经验，总结教训，为加快国家重点工程建设步伐做出突出贡献。