水利水电工程中孤石爆破的飞石危害及控制

水利水电工程中孤石爆破的飞石危害及控制

在节水电工程中，单石经常容易分解小爆炸。特别是在石材开采过程中，为了降低项目成本，经常使用开孔和大爆炸。孤石爆破在水利水电施工中应用广泛,飞石危害的控制尤为突出。1爆破参数与飞石随着爆破技术发展,爆破技术人员对爆破飞石产生的机理及原因有着较为全面和深刻的认识,归纳起来有两个方面:一是设计原因,二是施工原因。合理科学的爆破设计建立在对爆破体介质特性完全掌握的基础之上;根据爆破体的特性选择合理的爆破参数,是达到预期爆破效果的关键。飞石的产生与爆破体力学性质及其与炸药匹配、地质结构和构造、爆破参数等因素相联系。一般情况下,岩石越“硬”、“脆”,越易产生飞石;岩体节理裂隙及片理、节理越发育,因不确定性更明显,炸药能量释放过快,越易产生飞石;在爆破体介质特性同等条件下,单位耗药量越大越易产生飞石或飞石距离愈远(有研究表明:浅眼爆破0.2kg/m3的炸药单耗不会使岩石向前有任何移动,只能破碎岩石;通常0.4kg/m3的炸药单耗可使岩石向前抛掷20～30m);孔网面积和孔径越大,炸药在岩体内分布越不均匀,越易产生飞石。另堵塞长度偏大或偏小,微差延时爆破的延时时间偏长或偏短,同样是产生飞石的原因。2单带爆炸石特征2.1最小抵抗线角度无变化天然孤石或大型爆破过程中形成的大块石几何尺寸极不规则,设计人员很难真正把握最小抵抗线的大小及方向,容易造成理论设计与实际之间的差距,在实际最小抵抗线方向飞石抛掷距离超出安全距离。2.2巨大全面飞石孤石岩体一般相对完整,但长期受各种自然因素风化后形成孤石(如巨砾石),其质地一般“硬”而“脆”,且临空面好,极易产生超距离飞石;有些孤石内部也存在不同发育程度的节理、劈理等地质结构,炸药爆炸时能量释放过快易形成个别远距离飞石。2.3和孔斜的设计要求形状的极不规则,导致钻孔位置、孔深和孔斜很难符合设计要求,如仍按设计装药,则炸药分布不均匀,爆炸时能量分布也不均匀,集中部位易产生飞石。3飞石、装药量的控制爆破设计人员应具有相当的地质学知识。设计前必须到现场对孤石进行观察,通过各种手段了解掌握孤石的力学性质、形状特点等。设计时采取以下措施达到对飞石的控制:①采取小直径造孔;②加大孔网密度;③控制最大单位岩石体积耗药量;④布孔遵循使炸药最大限度地均匀地分布于孤石内部的原则。设计人员必须在现场对施工全过程控制。装药时,根据实际孔位重新校核最小抵抗线,计算实际装药量;保证堵塞长度和堵塞质量。4覆盖材料的确定为进一步防止飞石,可采用能吸收能量的材料对爆破体进行覆盖。覆盖材料大致可分两类:重型覆盖物和防护碎石的轻型覆盖物。孤石临空面极好,产生空气冲击的能量比较大,故宜采用透气较好的轻型防护材料另加压重防护。5工程实例5.1路堤堤脚接入点51996年,我部承建福建省一中型水电站,该电站位于一山区性河流。主河床位于左岸,与鹰夏电气化铁路线(线路电压为2.7×104V)路堤堤脚相接。大坝分二期施工,在右岸一期工程具备过流条件后,进行二期围堰的进占。在二期下横围堰轴线位置有一孤石群,距鹰夏铁路线仅10m。为使堰体进占顺利,同时确保堰体的防渗效果,进占前要求炸除孤石群。孤石为质地坚硬的花岗岩,形状极不规则,大小不一,共6个,最大的近25m3,最小的大约2m3;2/3露出水面,底部与基岩相连。5.2爆炸设计5.2.1孤石顶面孔级最大的一个孤石共设7个孔,孔径42mm,孔网参数为40cm×50cm(排距×孔距),最小抵抗线取50cm,孔深4.5m;右侧5个孔单位耗药量按0.4kg/m3计,左侧2个孔按0.2kg/m3计算。次大孤石约12m3,为使药量能尽可能分散,设计时考虑“束孔法”,在孤石顶面中心位置布设3个孔,孔距10cm,孔径42mm,孔深4.5m,正三角型分布;单位耗药量按0.1kg/m3计(体积为孤石总体积),药量平均分布于3个孔内,间隔装药。其它孤石均布设1个孔,孔径42mm,孔深2～4.5m,单位耗药量按0.1kg/m3计(体积为孤石总体积)。炸药均采用抗水性能较好的乳化炸药。5.2.2管雷起爆口采用非电起爆网络,孔内毫秒延时塑料导爆管雷管起爆,孔外用导爆索连接,导爆索用火雷管起爆。最大的一个孤石孔间分段延时起爆,爆破方向朝右岸,分段延时为75ms。5.3施工和防护5.3.1药券爆破时的注意事项控制施工质量是确保爆破达到预期效果的关键。在此工程开工前不久,某单位承建的305国道在路堑开挖过程采用药壶爆破,由于设计施工不当,爆破时飞石将对岸的电气化电路高压线击断,使鹰夏线中断运行数小时,故本次爆破各方比较关注。施工前,设计人员到现场布孔;装药前,根据每孔实际位置和实际最小抵抗线,重新核定每孔装药量。材料运输和人员交通采用租用木船,起爆位置设在右岸纵向围堰位置。5.3.2竹保护之间的连接成网针对孤石爆破特点,本次爆破采用透气较好的新竹笆防护,竹笆之间采用8#铁丝连接成网;为增加重量,用编织袋装细砂(每袋装半袋),绑扎在竹笆上。5.4孤石群爆位置与铁路部门协商后确定起爆时间。起爆时安排专人在铁路线上巡视。从远处观察,朝右岸飞石距离约30m,左岸方向几乎无飞石,铁路线安然无恙;孤石群爆后大部分在水面消失,仅大孤石位置可看见少量堆碴。爆破声音低沉。6爆破设计的基本原理(1)爆破飞石的控制,除了防护方法外,应从两个方面着重考虑:一