高塘水電站面板堆石壩壩料控制爆破設計和研究

論文類別:工學論文 > 水利工程論文
論文標簽:水電站論文
論文作者: 梁誌鴻 高新疆
上傳時間:2006/2/16 14:24:00

摘要:本文介紹了高塘水電站面板堆石壩采用大孔徑牙輪鉆進行深孔梯段爆破開采壩料的控制爆破設計參數,並結合碾壓試驗成果對爆渣顆粒大小級配和碾压後壩料顆粒大小級配進行了研究分析,對壩料的施工開采提出了改進措施。

關鍵詞:面板堆石坝 深孔梯段爆破 參數設計

1 工程概況

高塘水電站位於廣東省西北部懷集縣洽水鎮白水林場境內的白水河上。電站壩址以上集雨面積為170平方公裏,多年平均流量為6.51立米/秒,總裝機容量3.6萬千瓦。電站為引水式电站,以發電為主,結合、灌溉的樞紐,整个樞紐由蓄水大壩、溢洪道、引水遂洞、發電廠房、110KV升壓站組成,其中大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩,最大壩高為110.7m壩頂長為288.3m,壩體石料填筑總量為191.8m3是廣东省已建、在建壩體最高的堆石壩工程。

壩體填築料采用離壩址約1公裏的千里坑料場的花崗巖爆破料,其中過渡料4.9m3主堆石料96.4m3,次堆石料74m3,各填築區所需料質的設计要求如表1

1   壩體填築料技术參數設計要求

項目

填築方量

(m3)

最大粒徑

(mm)

壓实後幹容重

g/cm3

不均勻系數

cu

巖質要求

過渡區

4.9

300

2.15

15

新鮮、微風化花崗巖

主堆石區

96.4

600

2.10

10

新鲜、微風化和小量分散弱風化

次堆石區

84.0

800

2.10

10

新鲜、微風化和部分弱风化

2 料場的位置和地質條件

千裏坑料場位於壩址下遊河谷左岸,至壩址的直線距離接近一千米,為典型的河谷地貌。料場表層覆蓋層為12米,且局部巖石裸露。料場沿河谷分布,利用长度300m,高程在510m340m之間,儲量在200m3以上。料場巖石主要為燕山期灰白色细粒花崗巖和灰白、肉紅色中粒花崗巖,巖性单一,地質構造簡單。场區內分布有F102F165兩條斷层,且規模不大,充填較好,對坝料開采爆破、壩料质量及壩坡穩定影響不大。巖石分布的四組主要節理相互形成自然切割,有助於爆破破碎。巖石的物理力學性質,由現場開挖斷面及平洞内取樣進行室內試驗的結果表明:巖石的比重為2.642.65,密度為2.512.64g/cm3孔隙率3.034.92飽和吸水率0.21.01;新鮮巖石的抗壓強度在123.2178.1Mpa之間,巖石的普氏硬度系數f值平均在15左右,屬坚硬難爆巖石。

3 爆破的鉆孔机具和火工材料

壩料爆破所用的鉆孔設備為美國B-E公司生產的BE45R型牙輪鉆機,其钻孔直徑為170270mm,現用的鉆頭直徑為250mm。牙輪鉆機适合大規模的石料和礦巖爆破開采,是国內礦山系統采用較多的深孔梯段爆破的鉆孔設備之一;其主要優點是鉆孔效率高、钻孔孔壁光滑,鉆孔效率平均為2300m/月·臺,月完成巖石開采爆破方量最高達12m3 /臺,能滿足大壩填築施工用料高峰的要求。

炸藥采用湖南南嶺化工廠生產的乳化铵油炸藥,藥卷尺寸為Ф190×400mm,藥卷密度為1.051.25 g/cm3炸藥猛度1619mm,爆力301mL,臨界直徑12mm;起爆器材選用湖南湘南爆破器材廠生產的非電毫秒雷管。

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4 控制爆破參數的設計和爆破試驗

使用大孔徑鉆孔開采面板堆石壩料在國內、国外較為少見,為了使爆渣的顆粒組成位於設計包絡線的上限,碾压後的各項技術參數滿足堆石料的設計要求,必需在總結以往類似工程爆破經驗的基礎上,作好理論計算工作,並專門進行了現場爆破試驗,以确定最佳的爆破參數。

4.1 控制爆破參數的設計。

爆破参數的正確選擇是爆破取得成功的关健因素,在鉆孔直徑Ф250mm和梯段高度H=15m已確定的條件下,對爆破效果影响最大的是底盤抵抗線和單耗药量的正確選取。根據國内外大孔徑鉆孔爆破的常用理論及經驗公式可求得千裏坑料場巖石條件下適於Ф250mm鉆孔直徑常規爆破的底盘抵抗線值W=5.18.7m;根據面板壩对爆破石料最大料徑和級配組成的不同要求,可由B.M庫茲涅佐夫關於介質炸藥爆炸應力決定塊度平均尺寸的半理論半經验公式:

     高塘水电站面板堆石坝坝料控制爆破设计和研究

式中:X—爆渣的平均尺寸,cm;

   Q—炸藥重量,kg;

   V0—爆破巖石的體積,m3;

A—     與巖石堅固系数的相關系數。

和拉桑公式:

     高塘水电站面板堆石坝坝料控制爆破设计和研究

式中:Y80—破碎的爆巖有80%通過的篩孔尺寸,m

   B—底盤抵抗線,m

S—孔網面積,m2

q—單耗药量,kg/m3

B—巖石系數,kg/m3

經過試算,可分別確定主、次堆石料和過渡料的孔網參数和炸藥單耗。同時根據地質條件和以往爆破經驗,控制底盤抵抗线與炸藥藥卷直徑之比在2030之間,而各孔的裝藥長度不小於兩倍的底盤抵抗線,以充分體現深孔梯段的特點。其余參數則根據已定抵抗線尺寸來確定,超鉆深取(0.20.3W,堵塞長度取(0.81.0W,而孔間距取(1.21.3W

根据以上計算,確定爆破試驗的參數如表2

2   爆破試验爆破參數設計表

項目

抵抗線

m

孔距

m

孔深

m

堵塞長度

m

孔數

(孔)

排數

(排)

总裝藥量

kg

爆破總方量

(m3)

單耗藥量(kg/m3)

過渡料

4.60

5.87

15.0

5.48

13

3

4596

5875

0.78

主堆石料

5.74

6.47

15.0

5.90

9

3

3612

6063

0.60

次堆石料

6.30

7.30

15.0

5.50

10

3

3396

5761

0.59

4.2 爆破試驗和顆粒組成 。

現场爆破試驗工作在完成臺階整理、機具調試、器材測試檢驗的基礎上于19979月上旬開始上鉆打孔,按計劃先後進行了次堆石料、過渡料、主堆石料三場試驗。第一場的次堆石料爆破試驗,受地形限制只能布置兩排孔,且爆破作用方向也只能向河床方向,為了減少爆碴大量落入河床,起爆采用“V”型起爆方式;第二場過渡料爆破試验,爆破作用方向調整为順山坡方向,起爆采用排間毫秒延時,“一”字型起爆方式;第三場主堆石料爆破試驗受F102断層分支切入的影響,岩石較破碎,其爆破作用方向和起爆方式同第二場。

三場爆破試驗,爆破後石碴都比較集中,最大拋散範围為臺階高度的34倍,由於集碴場地狹窄,三場爆破試驗均有少量爆碴滾落到下河槽。爆破後在挖碴运輸到碾壓場的同時,每場都随機選取30 m3 的爆碴專門進行了顆料分析試验。三場爆破試驗爆碴的篩分總重量為183.3其中過渡料篩分量為63.1主堆石料篩分量為57.6噸,次堆石料篩分量為62.6噸,顆分成果對各場爆破試驗料級配組成具有較好的代表性。三場爆破試驗的顆分成果如图123所示。

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結合同期進行的碾壓試驗顆粒分析成果曲线,可以看出,過渡料、次堆料的爆碴級配曲線在設計级配的左側,說明爆碴各級粒徑均较設計要求的偏粗,而經碾壓後的級配曲線又落在設計級配曲線的右側,說明爆破石碴經挖裝、鋪場、碾壓後有較明顯的二次破碎現象,而使各項粒径較設計值略偏一點。主堆石料的爆後石碴的級配曲線和碾壓後的級配曲線均落在設計要求的級配曲線附近,其中间段基本重合。由此可見,过渡料、主堆料、次堆料的爆破粒徑具有良好的級配組成和壓實效果,符合設计要求。通過相應碾壓試验得知,幹容重和空隙率等技術指標均能達到設計標準,具體見表3

3     碾壓試验成果表

項 目

碾壓遍數

加水量

()

沈降率

()

幹容重

(g/cm3)

孔隙率

()

不均勻系數

cu

過渡料

6

10

8.55

2.18

17.60

15

石料铺厚40cm,用10t振動碾碾壓。

8

10

8.73

2.20

16.80

15

主堆料

6

10

10.40

2.15

17.80

10

石料鋪厚80cm,用18t振動碾碾壓。

8

10

11.00

2.17

17.42

10

次堆料

6

10

6.38

2.09

21.00

10

石料鋪厚120cm,用18t振動碾碾压。

8

10

8.42

2.14

19.11

10

在以後大規模生產壩料對爆破效果的觀察,超徑大徑顆粒較一般Ф100mm孔徑的深孔梯段爆破相比明顯偏多,在生產實踐中,通過控制線装藥密度,減少不必要堵塞段長度等途徑可以達到較佳的效果。在坝料填築過程中,大量的挖坑取樣試驗進一步證實了Ф250mm大孔徑鉆孔開采壩料在高塘水電站大壩工程中取得了成功,其碾壓後的顆粒級配、幹容重、孔隙率等技術指標均能滿足設計要求。

5 结語

5.1 從爆破試驗、碾压試驗和壩體填築大量的挖坑取樣試验成果可知,三種築壩石料都呈现顆粒級配連續、不均勻系數Cu10(過渡料的Cu15)的特點,小於5mm的細顆粒占10%左右,有利於振動碾壓壓實,可見爆破所選用的鉆爆參數是合理可行的,可供有關工程作參考。

5.2 使用大孔徑Ф250mm钻孔進行深孔梯段爆破開采壩料容易出現較多的超徑塊石,應嚴格控制線裝藥密度在3040kg/m之間,盡量縮短堵塞段長度。對料場的超徑塊石要進行二次分解,禁止不合格的坝料上壩填築。

5.3 在壩料開采爆破中,為增加级配料中的中粗顆粒含量,可考慮適當增加鉆孔間距,所选用的底盤抵抗線值不宜作較大的變動。

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