公伯峡水电站上坝料开采技术.doc

公伯峡水电站上坝料开采技术闫海平 陈永平（中国水利水电第四工程局第一施工局，青海 化隆 810902）关键词：上坝料；开采；开采技术；过渡料；主堆石料；公伯峡水电站摘 要：公伯峡水电站药水沟料场地质条件复杂，岩性多变。坝料要求直接上坝开采规模大施工技术困难，为此，在药水沟料场上坝料开采施工中，结合岩石情况进行分区分块钻爆开采。主要开挖施工技术及施工方法有：微差挤压爆破技术，宽孔距、大间距深孔爆破技术等。通过多次钻爆试验分析取得了合理的钻爆参数为在复杂地质条件下大规模开采坝料直接上坝积累了重要的开采经验。1 工程概况公伯峡水电站混凝土面板堆石坝，最大坝高为139.0m。电站坝体依据坝体分区原则和坝料平衡，所需部分坝料经各方勘察研究后最终选定在距坝址以上1Km处的药水沟料场作为专门的采石场开采所缺少的坝料，共设计在药水沟料场开采过渡料（3A）41万m3、主堆石料（3B1-I、3BI-II）54万m3、次堆石料（3C）25.5万m3、，垫层料（2A）用药水沟料场开采的过渡料（3A）加工而成。2 地质情况药水沟料场原貌山沟纵横、地形陡峭，表层为1015m的第四系黄土所覆盖。采区内岩性为花岗质混合岩夹花岗岩，局部夹有少量的薄层片麻岩为主，采区内发育有不同角度的4组裂隙，将岩体切割成1550cm的块体，局部为大于100cm的块体，岩石多为弱微风化岩，经试验强风化岩石干抗压强度为5976Mpa，湿抗压强度为4665Mpa，冻融后抗压强度3358Mpa，各项技术指标均满足规范要求。开采后在采区内发现1条较大的断层和2条1020m宽的全强风化片麻岩条带，该条带岩石风化严重，强度较低。断层和条带将可开采的花岗质混合岩和花岗岩分割成大小不同的区域，为可用料的分区钻爆和质量造成了一定的影响，增加了施工难度。3 上坝料技术指标项目单位过渡料（3A）主堆石（3BI-1）次堆石（3C）可用的岩性微弱风化的花岗岩微弱风化的花岗岩和片岩强风化的花岗岩和片岩小于0.1mm粒径的含量%7%5%8小于5mm粒径的含量%3%78%35%最大粒径mm300800800超径石含量%0%0%无要求级配要求连续连续连续4 坝料开采的钻爆参数4.1钻爆区划分由于采区内地质条件较为复杂，岩性多样。因此，为了避免造成全、强风化的岩石对强、弱风化岩石的污染和片岩、片麻岩对花岗岩料的污染，最终降低采区可用料的利用率，必须结合岩石情况进行分区分块钻爆。分区分块的原则一般为满足施工安排的同时将连续的相同风化级别、相同的岩性化分为同一个区，将全、强风化片麻岩条带和断层带尽量作为分区分块的边界，同时根据不同的岩性确定与该区岩性所符合的上坝料，一般微、弱风化花岗岩区开采3A料，而弱、微风化的花岗岩片岩区开采3B11料，强风化的花岗岩片岩区开采3C料，断层带或全风化片麻岩条带作为弃料运至弃料场。4.2 过渡料（3A）钻爆试验及钻爆参数确定为了降低成本，保证上坝料一次开采成功，在采区内进行了多组爆破试验，以便求得良好的爆破参数。爆破试验共进行了5组，爆破试验采用CM351钻机进行钻孔，炸药采用2#岩石硝铵炸药，具体钻孔参数见下表。试验编号梯段高度（m）布孔方式间排距（m*m）孔径(mm)孔深（m）单耗（kg/m）单孔药量(kg)堵塞长度（m）抵抗线（m）装药结构起爆方法A19梅花3.4*2.51209.50.6482.52连续逐排A29梅花3.5*21209.50.764822连续逐排A39矩型3.5*21209.50.64822连续V型A48梅花3.5*21208.70.6640.51.92间隔0.8m逐排A59矩型3.5*2.51209.50.66521.72连续V型试验区爆破后,经试验单位对爆堆现场取样后进行了级配筛分试验,经试验测定每组试验结果见下表试验编号筛分试验组数小于0.1mm粒径的含量小于5mm粒径的含量超径石含量级配情况A13组0.68%16.19%7.18%连续0.66%12.25%0.93%12.41%A22组0.29%11.73%11.40%不连续0.34%10.63%A33组0.36%16.65%3%连续,但颗粒整体偏细0.60%10.49%0.32%17.78%A43组0.46%15.26%13.40%连续,石料整体偏细,超径含量大0.36%7.21%1.78%23.42%A53组0.63%10.50%12.10%连续,细颗粒及超径含量均较大0.36%6.38%1.01%14.03%A1组：爆破试验采区筛分试验结果：小于5mm及小于0.1mm的颗粒含量均满足设计要求；且级配连续，满足设计级配曲线要求。对爆破后的爆堆现场取样试验，超径石含量为7.18%。但块度较大，最大达到800mm左右，分析原因认为，由于试验区临空部分的岩体爆破是一般深孔梯段爆破，间排距及药量均较大，致使爆破后预保留边坡的岩石被爆松拉裂，而在试验区爆破时未充分受到爆轰力即被抛掷，主生了较大的超径块石。A2组：将间排距由A1组的3.5m2.5m调整为3.5m2.0m，堵塞长度由A1组的2.5m调整为2.0m，单耗也相应提高为0.76kg/m3。筛分试验结果分析结果：小于5mm及小于0.1mm的颗粒含量均满足设计要求，级配虽然连续，但偏向两个极端，即超径石及细颗粒含量较多，若用于填筑碾压后，石料颗粒将更加偏细，所以较A1区试验差，分析认为爆破孔的间排距不应该再小于3.5m2.5m。A3组：本组爆破试验在A1组爆破试验基础上，调整了布孔方式及爆破网络，爆破后，现场观察超径石块度比A1组要小。三筛分试验结果显示，小于0.1mm的颗粒含量均满足设计要求，但小于5mm的颗粒含量有一组偏高；级配虽然连续，但石料颗粒整体偏细，有一组级配曲线超出下包线。A4组：将装药结构高速为间隔0.8m竹筒的不连续装药，爆破后，现场观察超径石含量比前三组要多。3组筛分测试验结果显示，小于5mm的颗粒含量，有一组偏高，小于0.1mm的颗粒含量均满足设计要求；级配虽然连续，但与A2组结果相似，石料颗粒整体偏细且超径石含量较多，有一组级配曲线超出上包线。A5组：采用矩形型布孔，“V”型起爆网络,连续装药结构，3组筛分试验结果显示，小于5mm及0.1mm的颗粒含量均满足设计要求，且级配连续，满足设计级配曲线要求。但与过渡料（3A）组结果相似，超径石含量较多且块度较大,细颗粒含量也较多。从以上五组试验可以看出，每组爆破试验均不同程度出现超径块石，且超径块石主要出现在爆堆表面及爆堆前部。分析原因主要有发下几点：1） 爆堆表面超径块石是由于堵塞段较长造成。2） 爆堆前沿的超径石较多,一方面是由于受相邻已爆区爆破时的后冲震动影响，产生较多的裂隙，而本试验区爆破时未充分受到爆轰力即被抛掷，另一方面是由于第一排孔前沿的岩体在爆破抛掷过程中，没有与微差其后爆破的第二排孔所抛掷的岩体没有充分碰撞产生二次破碎的效果。经过试验效果分析，结合成本控制和现场岩石情况，最终选定过渡料（3A）开采钻爆参数为：1） 钻孔孔径为120mm条件下，钻孔间排距为3.5*2.5m，为了减少第一排孔产生较多的超径块石一般前沿抵抗线略小于排距，并控制在2m左右。2） 采区梯段高度为9m左右，孔内采用连续装药，孔底1.5m加强装药以便于减少采区的残留根底，堵塞段长度为2.0m，单耗一般为0.60.7kg/m3，根据岩石情况现场进行调整。3） 孔内采用MS-19段或MS-20段非电管起爆，排间采用MS-3段非电管(微差时间为50ms)传爆，但由于第一排孔爆破时临空且抵抗线较小,岩体抛掷时间较短,因此为了使第一排孔与第二排孔抛掷的岩体在抛掷过程中能产生较充分的碰撞挤压,第一排至第二排孔之间采用ms-2段雷管(微差时间为25ms)传爆。4） 为了减少最后一排孔爆破时对保留岩体的拉裂松动，降低后续爆区第一排孔所产生的大块率，爆区周边采用适当加密孔（一般孔间距为2m左右），降低单孔药量保持单耗不变的方法，同时最后一排孔与前一排孔之间采用ms-4段雷管（微差时间为75ms）传爆，以便于有足够的时间为最后一排孔的起爆形成抛掷空间。5） 适当控制单响药量，保持边坡的稳定。4.3主堆石（3B1-1）料钻爆试验及钻爆参数的确定。主堆石（3B1-1）料共进行了6组爆破试验，钻孔机械为CM-351，炸药采用2#岩石硝铵炸药，具体钻爆参数见下表。试验编号梯段高度（m）布孔方式间排距（m*m）孔径(mm)钻孔倾角孔深（m）单耗（kg/m）单孔药量(kg)堵塞长度（m）装药结构起爆方法B19梅花43120769.50.37402.5不偶合间隔逐排B29梅花4.53120769.50.33472.5不偶合连续逐排B39梅花53120769.50.2636.52.5不偶合连续逐排B48.5矩型3.541207690.26312.6不偶合连续逐排B58.5矩型451207690.2341.42.6不偶合连续逐排B68.5矩型441207690.25382.7不偶合连续逐排试验区爆破后,经试验质控单位对爆堆现场取样后进行了级配行筛分试验,经试验测定,每组试验结果见下表试验编号筛粉试验组数小于5mm粒径的含量级配情况B13组22% 45% 2.54%10mm以上的颗粒级配不光滑超出了下包线,颗粒略有偏粗B24组7.44% 3.84% 颗粒基本在上下包线之内且级配连续2.98% 4.83%B32组7.75% 0.38%级配连续,细颗粒含量略偏少偏少B41组4.88%组长配连续并在上下包线之内,但爆破后出现大量根底,需进行二次处理B58.19%细颗粒含量略有超标,但级配连续光滑爆破后出现大量根底需进行二次处理B63组21.19%细颗含量偏多,且级配超出了上包线根据爆破试料的筛分试验结果和对爆堆的现场目测，对3B1-1料的爆破试验总结为：1） 地质构造是影响爆破效果的一个关键因素；根据现场爆破情况，在相同爆破参数下，片岩区和断层发育带爆破料细颗粒含量普遍超标，而花岗岩和混合岩区爆破料符合上坝要求。同由于采区内发育有4组不同角度的裂隙，将大部分岩体切割成1550cm大的块体，因此6组试验区的爆破料均存在50cm80cm的块体不足的缺陷。2） 由于堵塞段及孔底加强药包的影响，爆堆顶部、中部及底部料的级配存在一定的差别，一般情况爆堆顶部粒径较大，细颗粒含量偏低，中部料级配较为合理，而下部细颗含量偏大，因此合理的装料方式及坝面的摊铺碾压工作成为控制上料和填筑质量的一个重要下节。3） 通过6组爆破试验结果对比分析，3B1-1料开采的钻爆参数宜采用梅花形布孔，孔间距5.04.5m，排距3.0m，孔边距2.53.0m，装药采用不耦合连续，堵塞长度宜为2.53.0m，单耗为0.25 0.33kg/m3，排间微差在75ms以上的松动爆破。但由于岩性对爆破料的影响较大在实际施工中必须结合地质状况及爆破作业环境对钻爆参数做适当调整。4） 为了减少根底，降低二次处理的成本，孔底装药必须应有一定的加强，一般加强在孔底2m范围内装药量约为23kg。5） 爆破后粗颗粒含量偏低的先天缺陷及料堆顶部、中部及下部料不均一性的存在，致使上坝料装运的控制成为影响供料质量的一个重要因素，因此在上坝料装运过程中，必须派技术人员指挥重机科学装料，做到单车控制装料质量。4.4次堆石（3C）料钻爆参数次堆石料位于坝体下游干燥部位，为强风化花岗岩和弱风化片岩，级配连续，根据对主堆石3BI-1爆破试验爆后检测情况来看，爆堆底部部分能够满足次堆石料级配要求，结合采区地质情况次堆石料的钻爆参数确定如下：布孔方式间排距（m*m）孔径（mm）钻孔倾角（。）孔深（m）单耗（kg/m3）堵塞长度（m）装药结构起爆方式梅花型5*3.5120769.50.260.332连续逐排为了减少工程投资，对于细颗料含量较高的爆破料通过筛分试验检测可作为3B1-2上坝，而对于岩性较差的强风化岩石可通过监理工程师和地质工程师联合鉴定后作为3C料上坝。5 结论在公伯峡地区地质条件较差的情况下，通过多组试验，取得了较成功的爆破参数，实现了过渡（3A）料、主堆石（3BI-1）料、次堆石（3C）料的直接开采上坝，并通过加强现场的控制确保了上坝料供应的质量。参考文献：汤旸等 水力发电J 北京 中国电力出版社 2002（8） 第34页