第３１卷第４期 ２０１４年１２月 河北工程大学学报（自然科学版） Ｖｏ１．３１ Ｎｏ．４ Ｄｅｃ．２０１４ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—９４６９．２０１４．０４．０２７ 文章编号：１６７３—９４６９（２０１４）０４—０１０９—０４ 精细爆破技术探讨与应用研究 王明新 ，刘治峰。，张学东 ，李益铭 （１．新兴铸管股份公司，河北邯郸０５６０３８；２．河北省水利厅工程局， 河北石家庄０５００２１；３．河北工程大学土木学院，河北邯郸０５６０３８） 摘要：围绕定量设计，精心施工，实时监控和科学管理的精细爆破理念，采取控制爆破技术，实现 了溢洪道闸室快速安全拆除，建立了开挖爆破块度预报系统，控制了爆破危害，形成了具有水利 行业特色的“精细爆破”技术体系。 关键词：控制爆破；闸室拆除；深孔梯段；塑料导爆管毫秒雷管 中图分类号：ＴＤ２３５ 文献标识码：Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｉｎｅ ｂｌａｓｔｆｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ＷＡＮＧ Ｍｉｎｇ—ｘｉｎ，ＬＩＵ Ｚｈｉ—ｆｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｘｕｅ—ｄｏｎｇ ＬＩ Ｙｉ—ｍｉｎｇ （Ｘｉｎｘｉｎｇ Ｄｕｃｔｉｌｅ Ｉｒｏｎ Ｐｉｐｅｓ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｈｅｂｅｉ Ｈａｎｄａｎ ０５６０３８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｆｉｎｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｉｄｅａ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｒｅａｌ— ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｓｃｉｅｎｔｉｉｃ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ｔｆｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔｏｏｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ａ ｑｕｉｃｋ ａｎｄ ｓａｆｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ Ｓｐｉｌｌｗａｙ Ｃｈａｍｂｅｒ，ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｈａｚａｒｄｓ．ａ”ｆｉｎｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ”ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｈａｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ— ｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｗａｓ ｆｏｒｍｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｌａｓｔｉｎｇ；ｃｈａｍｂｅｒ ｒｅｍｏｖｅｄ；ｄｅｅｐ ｂｅｎｃｈ；ｐｌａｓｔｉｃ ｎｏｎｅｌ ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ ｄｅｔｏｎａｔｏｒ 近年来，在大型病险水库的除险加固施工中， 结合，节约生产成本，加快工程进度，有利于自然 涉及到溢洪道开挖、爆破石渣综合利用填筑坝体、 高边坡稳定、闸室快速安全拆除、周边环境复杂等 问题，对爆破开挖提出了极高的技术要求，必须采 用控制爆破技术，正确的进行爆破方案设计，合理 选择爆破参数，严格过程管理，加强科学的监测与 环境保护。此水库大坝因其防洪护坝的要求低、 拦河坝下游的坡度过陡、水库设备老化等被确定 为“三类坝”，现必须对其拆除与加固。 ２石方开挖爆破块度分布预报系统的建立 ２．１块度分布预报系统建立的必要性 评估，将爆破作业全过程进行精细化管理与控制。 本文以河北省某水库除险加固爆破施工为例，浅 谈“精细爆破”的理念与技术体系。 此水库大坝下游坡堆石填筑全长１ ２８１ ｍ，最 大填筑宽度３２．０ ｍ，填筑石料要求采用溢洪道扩 挖的弱风化及以下爆破石碴，全、强风化石料不允 许上坝。设计要求填筑石料有较好的级配，最大 块径不大于０．８ ｍ，土、石粉等粒径小于０．１ ｍｍ 的颗粒含量不超过５％，填筑体碾压后堆石孔隙率 小于２５％，干容重应不小于２０ ｋＮ／ｍ 。且石碴应 １工程概况 此水库位于河北省保定市曲阳县境内大清河 南支沙河上游，控制流域面积３ ７７０ ｋｍ ，水库总库 容１３．８９亿ｍ 。除险加固的主要工程项目有：溢 洪道扩挖、原溢洪道闸室拆除、拦河坝加高培厚堆 石填筑。下游坝坡加高培厚的填筑石料取自溢洪 道扩挖的弱风化岩石，将工程开挖与石料开采相 收稿日期：２ｏ１４—１ｏ一０９ 有连续级配，以利于振动压实，减小后期沉降量。 按设计要求，不能满足填筑要求的爆破石渣将被 作者简介：王明新（１９６３一），男，陕西咸阳人，高级工程师，从事采矿、工程管理等方面的研究。 ｌ１０ 河北工程大学学报（自然科学版） 作为弃料。这样，若不能很好控制溢洪道开挖石 渣块度及级配，将造成弃料增多，甚至造成填筑料 不足问题。若采取对不合格石渣二次处理或外购 石渣措施满足大坝填筑需要的话，工程成本势必 成倍上升。这就促使我们在溢洪道扩挖爆破施工 中建立块度分布预报系统，满足工程建设需要。 ２．２溢洪道扩挖爆破块度分布预报系统的建立 ２．２．１爆破块度分布模型的选取 结合现场实际条件，采用Ｋｕｚ—Ｒａｍ模型预估 爆破堆石料块度分布。 Ｋｕｚ—Ｒａｍ模型是南非人Ｃ．Ｃｕｎｎｉｎｇｈａ／ｎ在苏 联人Ｖ．Ｅ．Ｋｕｚｎｅｔｓｏｖ研究的基础上提出的。Ｖ．Ｅ． Ｋｕｚｎｅｔｓｏｖ提出了表达爆破平均块度ｘ与爆破能 量和岩石特性的经验方程（式１），Ｃ．Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍ 认为爆破块度分布服从Ｒｏｓｉｎ—Ｒａｍｍｌｅｒ（Ｒ—Ｒ） 分布函数（式２），Ｒ—Ｒ分布函数由下式表达，它 包含石料特征尺寸ｘ０和块度分布不均匀指数ｎ 两个变量，Ｋｕｚ～Ｒａｍ模型给出的ｎ值算法（式 ３）。 ＝Ａ。（ｑ）。。 Ｑ （１１５／Ｅ）１９／３０ （１） Ｒ＝１一ｅ一‘∥ ０’ （２） ｎ：（２．２—１４Ｗ／ｄ）（１一ｅ／Ｗ）［１＋（ｍ一１）／２］ × 日 （３） 式中， 为平均粒径，即筛余累积为５０％的块度尺 寸，单位：ｃｍ；Ａ。为岩石系数，中硬岩石取Ａ。＝１０， 坚硬岩石，节理不发育岩石取Ａ。＝１４；ｑ为炸药单 耗药量，单位：ｋｇ／ｍ ；Ｑ为单孔装药量，单位：ｋｇ； Ｅ为炸药相对威力，ＴＮＴ炸药取Ｅ＝１２０，２撑岩石铵 锑炸药取Ｅ：１１０，铵油炸药取Ｅ＝８５；Ｒ为小于某 一粒径的百分比； 为石料粒径； 为特征粒径，即 筛余累积率为６３．２１％的块度尺寸，单位：ｃｍ；ｎ为 块度均匀性系数；Ｗ为最小抵抗线，单位：ｍ；ｄ为 炮孔直径，单位：ｍｍ；ｅ为钻孔精度标准差，单位： ｍ；ｍ为间距系数，ｍ＝ａ／Ｗ，ａ为孑Ｌ距；Ｌ为为不计 超钻部分的装药长度；Ｈ为爆破梯段高度，单 位：ｍ。 由公式可知，在所有影响爆破石渣块度分布 的因素中，炮孔直径ｄ，台阶高度 ，一经确定，变 化不大，影响不均匀性系数的因素主要包括炸药 单耗ｑ，最小抵抗线 ，间距系数ｍ，钻孔精度ｅ，和 装药量长度 。 ２．２．２ Ｋｕｚ—Ｒａｍ模型的修正系数 修正后的Ｋｕｚ—Ｒａｍ模型为： ＝Ｋ１Ａ０（ｑ） Ｑ （１１５／Ｅ）１９／３０ （４） Ｒ＝１一ｅ一‘ ０’ （５） ｎ＝Ｋ２（２．２—１４Ｗ／ｄ）（１一ｅ／Ｗ）［１＋（ｉｎ一 １）／２］ＸＬ／Ｈ （６） 爆破试验或实际生产中进行的石料筛分试验 可以得到两个参数即：筛余为５０％的颗粒粒径 ｄ５０和筛分曲线中由ｄ５０推算出的实际块度分布 均匀性指标ｎ。，这两个参数就是现场实测的Ｘ和 ２／，则有平均块度和块度均匀性指标修正系数： Ｋ１＝ｄＳＯ／Ｘ （７） Ｋ２＝／２０／ｎ （８） ２．２．３爆破块度现场筛分资料统计 在溢洪道进行爆破试验后，取样进行了爆破 石料的筛分实验，结果见表１。 根据筛分试验数据绘制的爆破块度分布曲线 （图１）。曲线中筛分１、筛分２、筛分３分别为爆破 试验中的实际块度分布曲线，由图中可以查出 ｄ５０，并计算出不均匀系数Ｃｕ、曲率系数Ｃｃ和块度 不均匀系数‰（见表２），三组筛分结果不均匀系 数Ｃｕ＞５，曲率系数 在１～３之间，级配良好，爆 破石料满足堆石填筑工程要求。由ｄ６０、ｄ３０、ｄｌ０， 可以得到级配曲线的不均匀系数Ｃｕ＝ｄ６０／ｄｌＯ和 曲率系数Ｃｃ＝ｄ３０／ｄ６０ Ｘ ｄｌ０。 １１ 筛分 ＼ Ｉ ｌⅢ ■ｉＦＪ １ 略 、 啼身： －二 ｂ Ｉ １０００ １００ １０ １ ０．１ 粒径／∞ 图ｌ修正后的爆破石料预估块度曲线 Ｆｉｇ．１ Ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｂｌｏｃｋｓ ｏｆ ｓｔｏｎｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｃＨｒｖｅ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ 第４期 王明新等：精细爆破技术探讨与应用 表１溢洪道爆破石料筛分统计 Ｔａｂ．１ Ｓｐｉｌｌｗａｙ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｓｔｏｎｅ ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ 表２溢洪道爆破石料块度及块度分布情况 Ｔａｂ．２ Ｓｐｉｌｌｗａｙ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｓｔｏｎｅ ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ２．２．４试验所得参数修正后的Ｋｕｚ—Ｒａｍ模型 根据块度分布模型可知，在岩石开采试验中， 此水库溢洪道进行的堆石料开采爆破试验所 大于８００ ｍｍ的颗粒（石块）含量约为１０％，爆破试 得的Ｃｕ和 显示爆破块度满足优良级配的范围， 验梯段高度为７．５ ｍ，由于受溢洪道边坡设计马道 平均块度ｄ 。和不均匀性指标ｎ。取三组筛分结果的 影响，梯段高度多为１０～１５ｍ，在单耗不变的情况 平均值，ｄ５ｏ＝２６．２２ ｃｍ，ｎｏ＝０．９９，将其与计算的平 下，单孑Ｌ装药量将增加至５３～７９ ｋｇ，是试验装药量 均块度和块度分布不均匀性指标进行比较，作为确 的１．５～２倍，用爆破块度分布模型预测，大于 定Ｋ。和 计算的依据。根据式７、８分别计算修 ８００ ｍｍ的颗粒（石块）含量约为１８％一２３％，即将 正系数 、 ： 有１８％～２３％的爆破堆石因粒径过大而作为弃料。 ＫＪ＝ｄｓｏ／Ｘ＝２６．２２／３４．５５＝０．７５８ ９ ２．３．２设计参数调整的分析方法 Ｋ２＝ｎ０／ｎ＝０．９９／１．２１７＝０．８１５ ５ 在矿山石料开采中，为充分利用料场石料，一 修正后的爆破块度预报模型见式９、１０、１１： 般控制允许大块率为３％，则 。，可表示为： ＝Ｋ Ａ０（ｑ）加・ Ｑ （１１５／Ｅ）１９／３０＝０．７５８ ９Ａ０ Ｘ９，＝２．４２６ （１２） ×（ｑ）。。。Ｑ （１１５／Ｅ）１９／３０ （９） 为降低蜀 ，可以采用降低爆破块度 和增加 Ｒ：１一ｅ一（ｘ／ｘｏ） ：１一ｅ一（ｘ／ｘｏ） （１０） 不均匀性指标ｒ／，的方法，由前面计算知道，ｎ值变化 ｎ＝ （２．２—１４Ｗ／ｄ）（１一ｅ／Ｗ）［１＋（ｍ一１）／ 范围小（在１附近）， 变化范围大， 与 。 是线性 ２１× Ⅳ＝０．８１５ ５×（２．２—１４Ｗ／ｄ）（１一ｅ／Ｗ）［１ 函数，而凡与 是幂函数， 变化对 的影响比ｎ ＋（ｍ一１）／２］× ／日 （１１） 快速；由式（１０）知，增加单耗ｑ和调整单孑Ｌ装药量 从图１可以看出，修正后的Ｋｕｚ—Ｒａｍ模型预 Ｑ可以降低爆破块度 ；由式（１１）知，为增加不均 估爆破块度曲线筛余在２０～８０％的范围内与现场 匀性指标 ，可以采用增加 、ｍ、ｄ和降低日、 等 筛分结果是基本吻合的，Ｃｕ＝８．６３，Ｃｃ＝１．３，预估 方法，日和ｄ受爆破区开挖尺寸和钻孔设备的制 块度在优良级配范围内。 约，不易变化；增加 和调整Ｑ表明，采用间隔装 ２．３利用块度分布预报系统对设计参数的调整 药、不耦合装药或炸药上面加空气柱等可以降低 。按上述方法，为有效降低大块率，控制大于 ２．３．１需调整的设计参数 ８００ ｍｍ的颗粒（石块）含量不宜超过１５％ ¨２ 河北工程大学学报（自然科学版） ２０１４正 说明：图中尺寸以ｍ计。 图３原溢洪道闸室平面图 Ｆｉｇ．３ Ｓｐｉｌｌｗａｙ Ｃｈａｍｂｅｒ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｆｌｏｏｒ ｐｌａｎ ３溢洪道原闸室爆破拆除 ３．１原闸室概况 护与预处理措施得当，溢洪道复杂结构的闸室得 以快速安全顺利地拆除。周围水工建筑物和高压 线均安然无恙。 此水库溢洪道原闸室由高堰、低堰及底孔三 部分组成，最大泄洪能力为１４ ６３６ ｍ ／ｓ。溢洪道 原闸室平面图见图３。 参考文献： ［１］Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍ．预估爆破破碎的Ｋｕｚ—ｒａｍ模型［Ｃ］．长沙 岩石力学技术公司编译．／／第一届爆破破岩国际会议 论文集． ３．２拆除工程的特点和要求 ［２］刘治峰，张戈平．大型病险水库除险加固控制爆破技 术［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２０１１． ［３］吴新霞，彭朝辉，张正宇．Ｋｕｚ—ｒａｍ模型在堆石坝级配 开采爆破中的应用［Ｊ］．长江科学院院报，１９９８，１５ （４）：３９—４１． （１）闸墩形状特殊，上小下大，结构复杂。 （２）闸墩四周自上而下密布一层钢筋网。 （３）墩体中有方形窗、气孔、闸门槽等结构物。 ３．３安全防护 ［４］胡子建，周勇，朱建群，等．隧道开挖过程中软弱围岩 的爆破技术研究［Ｊ］．河北工程大学学报：自然科学版， 为严格控制个别爆破飞石逸出，确保闸室上 ２０１２，２９（３）：７３—７６． 游１００余米处１１万伏高压线的安全，对闸墩爆破 体上游进行Ｉ级防护，采用两层草帘、一层尼龙网 防护，从墩顶垂到墩底。闸墩与桥面炮孔上表面 均进行覆盖。 ［５］王民寿，蒋晓明，隆文非，等．修正Ｋｕｚ—ｒａｍ模型预报 爆破堆石料块度［Ｊ］．四ＪＩＩ水力发电，１９９９，１８（４）：７７ —８０． ［６］冯海暴，郭明章，邹崇焰．破碎围岩半裸露型隧道洞口 进洞方法探讨［Ｊ］．河北工程大学学报：自然科学版， ２０１０，２７（１）：８５—８７． ４结论 因爆破拆除方案设计合理、参数选择正确、防 （责任编辑王利君）
