辉绿岩人工骨料开采爆破技术

李 刚,李玉凡

(中国水利水电第三工程局有限公司，西安 710024)

0 前 言

随着世界各国基础建设的发展，混凝土使用量快速上升，占混凝土80%左右的砂石骨料用量巨大，仅在中国的年用量就远超过百亿吨。由于天然骨料储量不足，开采时破坏生态环境，因此使用人工骨料的占比高达90%。石灰岩、砂岩、花岗岩等作为人工骨料的爆破开采技术已有介绍，而辉绿岩人工骨料开采还鲜有介绍。非洲几内亚苏阿皮蒂水电站选用辉绿岩料场，经现场不断爆破试验，优化调整，找到了合适的爆破参数，值得同类工程借鉴。

1 工程概况

苏阿皮蒂水电站位于非洲几内亚孔库雷河中游，规模为大(1)型，总装机容量450 MW，混凝土总量350万m3，需砂石骨料约378万m3，毛料开采约430万m3，附近天然骨料匮乏，全部采用人工骨料，料源为大坝下游2.4 km的左岸辉绿岩料场。料场山势平缓，两侧冲沟切割较深，开采高程为155.00～217.00 m，岩体微风化或新鲜，呈深灰、青灰色，块状结构，水平构造，主要矿物成份为辉石、斜长石，致密坚硬，具体辉绿岩实测密度及抗压强度见表1。料场高峰期月开采强度26万m3，爆破粒径要求不大于80 cm。

表1 辉绿岩实测密度及抗压强度表

2 初期开采

前期料场爆破孔径120 mm，台阶高度10 m，为消除根底，超深2 m,孔深12 m，单耗药量选为0.45 kg/m3，间距4 m，排距3 m，封堵3 m，耦合间隔2 m装药，有效装药长度7 m,毫秒雷管分段起爆，最大单响药量600 kg。爆破后发现以下问题：① 单次爆破规模小，毛料供应无法满足骨料加工需要；② 炮孔利用率低，仅有58%；③ 爆破后大块率高，约35%；④ 爆破后冲破坏明显，保留岩体节理、裂隙和水平层面张开，对下一循环爆破影响较大。

3 解决思路

针对初期开采遇到的问题，解决思路如下：① 通过优化爆破网路，在控制最大单响药量的条件下，增大单次爆破规模，提高毛料供应能力。② 采用小直径爆破孔，耦合连续装药，提高炮孔利用率。③ 从火工材料、钻孔方向、炮孔间排距、微差起爆、单耗药量等方面进行爆破技术优化，提高爆破质量，降低大块率；④ 控制后排爆破减少爆破后冲破坏。

4 爆破优化

4.1 钻孔

(1) 孔径：辉绿岩岩体坚硬，最大抗压强度达170 MPa，可钻性差，120 mm大直径爆破孔钻进速度慢，且需要分段间隔装药，药量集中，工序多，孔口封堵段长，炮孔利用率低，施工速度慢，在孔口和间隔位置又容易出现大块。用小直径爆破孔，既能加快钻孔速度，又能耦合连续装药，减少工序，减短孔口封堵长度，提高炮孔利用率，降低大块率。经过现场多次试验，爆破孔用阿特拉斯D7液压钻机，钻头直径78 mm，钻孔扩大系数1.15，成孔直径90 mm。

(2) 孔向:考虑辉绿岩岩层接近水平，当地钻工技术水平不高，钻孔方向选用垂直向下，垂直钻孔精度宜控制，不易发生偏差，钻进速度快，爆破能量不会顺水平层面损失利用率高，能提高料场岩体破碎效果。

(3) 孔深:垂直孔孔深为台阶高度加超深，台阶高度根据岩性、地形、道路、钻孔机械和挖装机械性能等综合因素，选台阶高度为10 m，超深2 m,孔深为12 m。

(4) 孔间、排距:大孔距、小排距可增大爆破漏斗角，形成弧形自由面，为岩石受拉伸破坏创造有利条件；能防止爆炸气体从相邻炮孔间裂隙散逸，提高爆破能量利用率；能减弱炮孔间应力叠加作用，使单孔的径向裂隙、环向裂隙充分张开，提高岩石的破碎质量；能提高岩体推移破碎能量，使岩块相互碰撞，增强辅助破碎作用。鉴于以上优点，再结合初期炮孔间、排距经验，炮孔间距4 m、排距2 m。钻孔剖面见图1。

图1 钻孔剖面图

4.2 火工材料

图2 水胶炸药图

开采初期所有火工材料全部采用国产，由国内集中采购，然后运至施工现场，炸药采用散装2号岩石硝铵炸药和乳化炸药，保质期12个月，采购+运输时间6个月，运至工地后仅有6个月保质期，几内亚国气候炎热，超过保质期后，多次出现拒爆。经市场调查，该国市场有西班牙和法国火工材料销售，价格与国产火工材料基本相同，但炸药保质期为24个月，运输+采购时间为3个月。后选购西班牙火工材料(见图2)，由于散装硝铵炸药装填困难，炸药选用卷状水胶炸药，装药简便迅速；毫秒导爆管雷管与导爆索连接为卡扣式联接(见图3、4)，联网迅速，比国产绑扎速度提高2倍以上。

图3 毫秒导爆管雷管图

图4 毫秒延时连接块图

4.3 装药

依据初期实际爆破参数，查阅相关资料，料场开采单耗药量调整为0.64 kg/m3，单孔药量51.2 kg。采用Ø70 mm水胶炸药，单节长度50 cm，炸药密度1.25 g/cm3，单节药重2.4 kg/节，孔底1 m范围，装5节划开外包HDPE包装膜的炸药，耦合装药，延米装药8 kg，上部9 m，连续装18节包装完整的Ø70 mm水胶炸药，孔口封堵长度2 m。装药结构见图5。

图5 装药结构图

4.4 爆破网路

爆破网路采用微差爆破，前排孔爆破时产生的短裂隙有利于后排孔爆破时对孔间岩石的破碎，可提高破碎质量。孔内炸药用导爆索至孔底起爆，保证孔内炸药完全起爆。爆破网路采用高段位MS22(延时900 ms)孔内延时，用100 ms连接块排间延时，为保证最大单响药量不超过600 kg，同排间爆破孔用42 ms连接块延时间隔，控制最大单响药量，一次起爆孔数不超过11个。具体爆破网路见爆破孔布置及爆破网路(见图6)。起爆规模可根据需要，加大单次起爆孔数。该起爆网路具有起爆可靠，安全有保障，雷管段位少，易于采购和存储，现场操作简单，可实现快速联网等优点。

图6 爆破网路示意图

4.5 采区宽度

良好的临空面是保证爆破质量的关键因素，单次爆破选择合理的采取宽度，能保证爆破质量，提高石碴挖运速度，可为下一循环爆破创造良好的临空面。参照初期爆破经验和查阅相关资料，宽度选择在0.8～1.2倍的梯段高度效果较好，实际爆破中宽度选为与梯段高度相等，即10 m。

4.6 后排控制

初期开采爆破后冲未控制，后部保留岩体弱结构面张开，在临空面处较易形成大块。为保护下一循环岩体结构完整，给爆破提供一个优质的临空面，最后一排孔需要采取控制措施，降低后冲作用。在开采区内最后一排孔排距2 m、孔距2 m，不耦合连续装药，孔底2 m范围加强2倍装药，药卷为Ø40 mm水胶炸药，不耦合系数2.25，单孔药量为25 kg/孔。在料场开挖轮廓线位置采用光面爆破，孔距1.2 m，底部加强装药，药卷采用Ø32 mm水胶炸药，间隔装药，线装药密度450 g/m。

5 爆破效果

(1) 经过爆破技术优化，降低了钻孔难度，提高了炮孔利用率，将初期58%的利用率提高至83%，节约钻孔时间30%以上。

(2) 简化了火工材料采购和雷管分发操作，加快了爆破网路连接速度，提高了爆破作业效率和毛料开采速度。

(3) 爆破岩体大块率(粒径≥80cm)明显降低，据现场统计，大块率从初期的40%降至5%左右。

(4) 爆破后底板平整，无明显残留埂坎。后冲破坏得到有效控制，保留岩体基本完整，临空面处大块石明显减少。爆破效果见图7。

(5) 增大了单次爆破规模，提高了月毛料供应量，单次起爆规模可达2万m3/次，月毛料供应量达到21万m3/月。

6 结 语

图7 现场爆破效果照片

(1) 经过现场爆破实践，对于抗压强度高、韧性好、可钻性差的辉绿岩料场开采，采用小孔径、全孔耦合均匀装药、大孔距、小排距、梅花形布孔、微差起爆网路等爆破技术，将大块率从40%降至5%左右，既可提高开采速度，又能降低了开采成本。

(2) 料场经过近6个月的爆破开采，有用料累计开挖80万m3，各项爆破参数通过优化调整，已实用合理，料场毛料供应强度已满足工程要求，开采成本下降，取得了一定的经济效益，为主体混凝土施工提供了保障，值得类似工程借鉴。