CN103591860A - 一种提高堆石坝过渡料细颗粒径料含量的水耦合装药及其起爆方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高堆石坝过渡料细颗粒径料含量的水耦合装药及其起爆方法，包括如下步骤：⑴根据岩石条件和过渡料级配要求，选择宜采用的不耦合装药系数，进而确定炸药直径；⑵装药，设置起爆点；⑶注水，堵塞。其优点是：提高了硬岩料场爆破开采堆石坝过渡料中细颗粒径料的含量，提供满足级配要求的直供上坝料，以满足堆石坝快速高效的施工，减少了二次碾压破碎的成本和耗时；与空气间隔装药结构相比，水耦合装药结构的爆破荷载峰值更高、作用时间更长、能量利用率高，可以保证岩石充分破碎效果；不需要采用更高威力的炸药或混装炸药，仅仅在现有的筒装炸药基础上改变装药结构和起爆方式即可以显著提高开采料中细颗粒径料的含量，操作简单，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高堆石坝过渡料细颗粒径料含量的水耦合装药及其起爆方法，适用于岩石坚硬和岩体完整性好的料场，需要直接提供上坝过渡料的深孔台阶爆破开采施工。
背景技术
目前国内外普遍采用爆破开采直接提供上坝堆石料的施工方法，以满足堆石坝快速高效的施工。堆石坝过渡料的级配要求是相当严格的，集中表现在对粒径小于5mm的颗粒含量的限制。爆破法开采过渡料级配宜连续良好，小于5mm的颗粒含量不大于30%，不小于10%，D15 ≤ 8mm。
在某些工程中，岩性如含铁砂岩、含石英的花岗岩等，岩石强度高，在这些岩体中进行堆石坝级配料的开采，存在的主要问题是细颗粒径料含量不够，导致开采料级配不良。爆破块度级配不良是级配料所不允许的，它将增大坝体孔隙率和减小填筑料容量。过渡料粒径小于等于5mm的细粒含量对保证堆石坝填筑料的密实度、抗渗性能和减小坝体压缩沉降具有举足轻重的作用。
堆石坝级配料中的细颗粒径料源于炮孔内炸药爆炸后周围岩体的压剪破坏形成的细小碎块。一般而言，所采用的炸药威力越大、装药不耦合系数越小，起爆后炮孔内的爆压越高，爆破后细颗粒碎块含量越高。通常采用高威力的水胶炸药或现场混装乳化炸药可满足过渡料细颗粒径料含量的要求。
然而在西南、西北部分地区，由于炸药供应和选购方面的限制，只能选用筒装炸药。这种现有状况决定了这些地区的装药只能采用不耦合结构，使得爆轰波作用到岩壁上的压力受到削减，因而减少了细颗粒径料的获取量，导致了岩石爆破破碎块度的均匀化，这不仅极大地增加了二次机械破碎的成本，而且增加了施工周期，影响了施工效率。因此如何改进装药结构或起爆方式，实现过渡料的爆破直接开采，是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高堆石坝过渡料细颗粒径料含量的水耦合装药及其起爆方法，通过水耦合装药结构和合理的起爆方式来增大炮孔粉碎区的范围，从而提高开采料中细颗粒料的含量，以保证爆破开采料的块度级配，特别是细颗粒料达到设计要求，从而提供满足级配要求的直供上坝料，对于工程快速施工有很大的应用价值。
一种提高堆石坝过渡料细颗粒径料含量的水耦合装药及其起爆方法，包括如下步骤：
1、根据岩石条件和过渡料级配要求，选择宜采用的不耦合装药系数，进而确定炸药直径；不耦合装药系数由下式确定：Kw=db/de ,式中db为炮孔直径，de为炸药直径；Kw的优选范围值为1.2-2.0，对于岩石强度高或过渡料级配中要求获得细颗粒含量较多（15%-30%）的情况，不耦合系数宜取小值，由于具体工程中一般钻头直径已定，炮孔直径db也就已经确定，所以较小的不耦合系数只可以通过加大筒装药卷的直径来实现；反之，对于岩石强度一般或过渡料级配中要求获得细颗粒含量不高（10%-15%）的情况，则不耦合系数宜取大值，较大的不耦合系数可以通过减小筒装药卷的直径来实现；
2、装药，设置起爆点：采用反向起爆方式，在靠近炮孔底部设置一个起爆点；
3、注水，堵塞：装药完成后，药卷与炮孔之间用水填充，然后用炮泥堵塞孔口，检查网路后起爆。
当需要较大幅度提高开采料细颗粒含量时，采用正、反两向同时起爆方式，在靠近炮孔上端增设一个起爆点，上、下两个起爆点宜采用电子雷管或高精度非电塑料导爆雷管，使两端同时起爆。
反向起爆时，起爆点设置在距离底端（1/4-1/3）Le处，其中Le为装药长度。
正、反两向同时起爆时，底部起爆点设置在距离孔底（1/4-1/3）Le处，上部起爆点设置在距离孔口（1/4-1/3）Le+ Ls处，其中Le为装药长度，Ls为堵塞段长度。
所述水不耦合装药系数Kw取值为1.2-2。
本发明适用于料场岩石坚硬、强度高和岩体完整性好，需要直接提供上坝过渡料的深孔台阶爆破开采施工。
本发明采用的炸药为耐水筒装炸药，例如工程中广泛使用的筒装岩石乳化炸药。
本发明是利用与空气不耦合装药相比，水的不可压缩性和较高的密度、较大的流动粘度，水中爆轰产物的膨胀速度要慢，传递给岩石的爆破能量较多，分布更加均匀、利用率高。而且在正、反两向同时起爆时，同步爆轰使传爆药柱的冲击波向在炮孔中部汇聚、叠加，从而大大增加局部冲击波压力，可以提高炮孔中部的粉碎区范围。
理论分析表明，采用水耦合装药反向起爆技术时，孔壁岩石入射压力较空气耦合装药时提高了60%-100%；采用水耦合装药正、反向同时起爆技术时，炮孔中部的孔壁岩石入射压力较空气耦合装药时提高了120%-220%。如图1所示，给出了不耦合系数为1.3时的空气耦合反向起爆、水耦合反向起爆、水耦合正反两向同时起爆三种情况下的炮孔壁压力，其中空气耦合反向起爆是西南、西北部分地区堆石坝爆破开采的传统爆破方式。
本发明提高堆石坝过渡料细颗粒径料含量的水耦合装药及其起爆方法的优点是：
1）提高了硬岩料场爆破开采堆石坝过渡料中细颗粒径料的含量，提供满足级配要求的直供上坝料，以满足堆石坝快速高效的施工，减少了二次碾压破碎的成本和耗时；
2）与空气间隔装药结构相比，水耦合装药结构的爆破荷载峰值更高、作用时间更长、能量利用率高，可以保证岩石充分破碎效果；
3）不需要采用更高威力的炸药或混装炸药，仅仅在现有的筒装炸药基础上改变装药结构和起爆方式即可以显著提高开采料中细颗粒径料的含量，操作简单，成本低廉。
附图说明
图1为空气耦合反向起爆、水耦合反向起爆、水耦合正、反两向同时起爆三种情况时炮孔壁岩石压力时程曲线图。
图2为水耦合装药结构正、反两向同时起爆爆轰压力叠加示意图。
图3为水耦合装药结构反向起爆的结构示意图。
图4为水耦合装药结构正、反两向同时起爆示意图。
图中，1为导爆管，2为堵塞段，3为水，4为炸药，5为孔内雷管，6为岩体，7为爆炸冲击波。
具体实施方式
实施例一
某心墙堆石坝进行过渡料开采，石料场料源岩性为花岗岩，岩石呈弱-微风化，岩质致密坚硬，饱和湿抗压强度为94.5-120 MPa，天然密度为2.61-2.99 g/m3。炮孔直径120 mm，炮孔深度11.7m，堵塞长度1.7m。采用二号岩石乳化炸药，药卷直径90 mm。设计技术要求小于5mm的颗粒含量不大于30%，不小于10%。采用传统的装药结构和起爆方式时，爆破开采料的细颗粒径料含量不足，为7-9%，小于规范要求的最小值10%，导致级配料的级配不满足要求。
在炮孔中按照原来的爆破设计在炮孔中装入设计药量的二号岩石乳化炸药，然后在炸药与炮孔壁之间用水填充，将起爆雷管设置在的基础上在距离炮孔底部2.5-3m处，孔口炮泥堵塞填充。
根据本发明依次进行以下步骤：
1、布孔、钻孔
在需要爆破开挖的料场岩体中，合理地布设钻爆孔的位置，钻爆孔的尺寸为：炮孔直径120 mm，炮孔深度11m，超深0.7m，孔间距为2.5m，排距2.2m。
2、装药
在炮孔中装填Φ90mm药卷，药卷的长度为10m，炸药选用2号岩石乳化炸药。由于虽然细颗粒径料含量不足，但缺量不大，故采用水耦合装药，设置一个起爆点即可，反向起爆，起爆点设置在距离炮孔底2.5-3.0m处，起爆雷管无特殊要求。
3、充水
在药卷和炮孔壁之间用水填充至接近孔口约1.7m处。
4、堵塞及起爆
用炮泥堵塞炮孔，堵塞长度为1.7m，在确认起爆网络安全后反向起爆。
实施例二
某面板堆石坝进行垫层料开采，直供上坝料，石料场料源岩性如含铁砂岩，岩石呈微风化，岩质致密坚硬，饱和湿抗压强度为120-150 MPa，天然密度为2.70-2.88 g/m3。设计炮孔直径110 mm，炮孔深度16.5m，堵塞长度2m。采用二号岩石乳化炸药，药卷直径90 mm。设计技术要求小于5mm的颗粒含量不大于30%，不小于10%。采用传统的装药结构和起爆方式时，爆破开采料的细颗粒含量严重不足，仅为4.5-5.7%，远小于规范要求的最小值10%，导致级配料的级配不满足要求，需要大幅度提高开采料中的细颗粒含量。
根据本发明依次进行以下步骤：
1、钻设共线的成排爆破孔
在需要爆破开挖的料场岩体中，合理地布设钻爆孔的位置，钻爆孔的尺寸为：炮孔直径110 mm，炮孔深度15m，超深1.5m，孔间距为3m，排距2.4m。
2、装药
在炮孔中按照原来的爆破设计在炮孔中装填Φ90mm药卷，药卷的长度为14.5m，炸药选用2号岩石乳化炸药。由于需要大幅度提高开采料中的细颗粒含量，故需设置两个起爆点，底部起爆点设置在距离炮孔底3.5-4.5m处，上部起爆点设置在距离孔口5.5-6.5m处，起爆雷管均采用高精度雷管或电子雷管。
3、充水
在药卷和炮孔壁之间用水填充至接近孔口约2m处。
4、堵塞及起爆
用炮泥堵塞炮孔，堵塞长度为2m，在确认起爆网络安全后两起爆点同时起爆。
5、爆破效果检测
在爆破完成之后，可采用颗分试验分析爆破开采料的级配，特别是细颗粒含量是否满足设计要求。
Claims (5)
1.一种提高堆石坝过渡料细颗粒径料含量的水耦合装药及其起爆方法，其特征在于包括如下步骤：
⑴根据岩石条件和过渡料级配要求，选择宜采用的不耦合装药系数，进而确定炸药直径；
⑵装药，设置起爆点：采用反向起爆方式，在靠近炮孔底部设置一个起爆点；
⑶注水，堵塞：装药完成后，药卷与炮孔之间用水填充，然后用炮泥堵塞孔口，检查网路后起爆。
2.如权利要求1所述的一种提高堆石坝过渡料细颗粒径料含量的水耦合装药及其起爆方法，其特征在于：当需要较大幅度提高开采料细颗粒含量时，采用正、反两向同时起爆方式，在靠近炮孔上端增设一个起爆点，上、下两个起爆点宜采用电子雷管或高精度非电塑料导爆雷管，使两端同时起爆。
3.如权利要求1所述的一种提高堆石坝过渡料细颗粒径料含量的水耦合装药及其起爆方法，其特征在于：反向起爆时，起爆点设置在距离底端（1/4-1/3）Le处，其中Le为装药长度。
4.如权利要求2所述的一种提高堆石坝过渡料细颗粒径料含量的水耦合装药及其起爆方法，其特征在于：正、反两向同时起爆时，底部起爆点设置在距离孔底（1/4-1/3）Le处，上部起爆点设置在距离孔口（1/4-1/3）Le+ Ls处，其中Le为装药长度，Ls为堵塞段长度。
5.如权利要求1所述的一种提高堆石坝过渡料细颗粒径料含量的水耦合装药及其起爆方法，其特征在于：所述水不耦合装药系数Kw取值为1.2-2。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140219 |