摘要：抽水蓄能电站地下厂房具有大跨度、高边墙、爆破质点振动速度控制要求严、工期紧、安全风险高等特点，相对于传统的开挖技术而言，深孔微差爆破技术在安徽绩蓄电站地下厂房中的运用不仅保证了施工过程中的安全，减少盲炮、瞎炮发生的概率，而且解决了传统爆破存在大块石产出率和根底率偏高的问题，大大缩短了工期，同时，降低了厂房的施工成本，使得项目的经济效益得到保证。本文主要对深孔微差爆破的原理进行分析，通过微差爆破的不同方式和爆破参数优化对爆破效果等方面进行总结，为类似工程提供借鉴。
关键词：抽蓄电站；地下厂房；微差爆破；技术
1引言
地下洞室爆破质量直接影响施工的安全、进度以及经济效益。爆破时，若围岩的破坏范围过大，不仅影响开挖结构的稳定，而且还会对周边的设备造成冲击破坏；爆破时常会出现大块石较多、炮根底不平、炮眼利用率不高等问题，将会大大降低装渣效率，增加作业循环时间；若结构线光爆效果差，超挖过大，后期采用混凝土进行回填，增加了项目成本。因此，合理爆破方式的选择和爆破参数的确定在地下厂房洞室开挖中极其重要，而深孔微差爆破技术的运用及爆破参数的优化使地下厂房洞室的开挖质量、施工安全、工期进度、经济效益等方面均得到了不同程度的改善。
2工程概述
安徽绩溪抽水蓄能电站主副厂房洞总长210.0m，下部开挖宽度24.5m，上部开挖宽度26.0m，最大开挖高度为53.4m。副厂房、机组段、安装场从左到右成“一”型布置于主副厂房洞内，其中机组段长144.5m；安装场长44.5m，开挖高度25.05m；副厂房长21.0m，宽度上下相同，为24.5m。主厂房机组安装高程233.0m，机组间距为22.5m。
3微差爆破作用原理
（1）增加了自由面作用
在深孔微差爆破中，第一排炮孔爆破形成自由面后，后排孔依次连续起爆，而对于后排孔而言，前排孔爆破后就会形成新的自由面。
（2）降低爆破振动速度
在大空间地下洞室的开挖中，就有可能大规模地进行爆破工作，而爆破质点振动速度必须满足规范允许要求。由于微差爆破利用的是炮孔之间的时间间隔，这种微差时间产生的振动波峰谷之间会相互作用，相互抵消，使振动速度明显降低。通过计算和试验，一次起爆大当量的炸药，不仅确保了爆破质点振动速度满足了规范要求，而且提高了炸药能量利用率，加快了地下厂房施工进度。
（3）作用力之间相互叠加
在深孔爆破中，在前排炸药起爆后几十毫秒内后排炸药才起爆，后排炸药起爆时，前排药包产生的应力、振动等仍在继续，两排炮孔爆破所产生的作用力相互叠加，从而改变了应力的状态，加强了爆破对岩石的破坏作用。
（4）易形成整齐、集中的爆堆
在前排炮孔爆破的岩石飞起尚未回落时，后排炮孔爆破产生的岩石也将朝刚形成的自由面方向飞散，两次爆破的岩石在空中可能会产生相互碰撞，相互撞击，这种相互之间的碰撞使得岩石回落后变得更加破碎。同时，前排炮孔爆破产生的岩石又会阻挡后排岩石的飞散，从而形成整齐、集中的爆堆，利于渣体的装卸和运输。
（5）提高炸药能量利用率
与瞬发爆破相比，微差爆破在爆炸的过程中，每排炮孔之间的微差时间不同，会相继形成多个新的自由面，减小了岩石之间的夹制作用，提高爆破质量，降低炸药单耗，节约成本。
4微差爆破起爆网络型式选择
在爆破过程中，大多数能量都会向着自由面的方向发展，而微差起爆网络型式的选择，直接影响着自由面的形成状态。因此，在多排微差爆破中，选用不同的起爆顺序对这些炮孔进行组合所得到的爆破效果截然不同，合理的选择起爆方案可以使爆破后的岩石块度均匀，爆堆形状保持松而不散，从而提高装渣效率，缩短开挖循环时间。
图1 梯形微差爆破网络图 图2 V形微差爆破网络图
图3 波形微差爆破网络图 图4 斜形微差爆破网络图
（1）梯形或V形微差爆破网络
将相邻多排炮孔按照其起爆的先后顺序形似V字或梯形连接，靠近自由面的前排炮孔爆破为后排爆破创造的自由面相对较长且方向成斜交对称。这种形式加大了爆破间的孔距，并且左右两排爆破运动速度相交对称，有利于爆破岩石的之间的相互碰撞，从而降低大块率。
（2）斜形微差爆破网络
这种起爆网络设计简单，操作方便，同一段别的雷管装入同排炮孔中，在实际操作时，不容易装错。但是，地下洞室爆破对质点振动速度的要求相对较高，由于同排或者同段雷管之间没有延迟，单响药量过大，对周围的建筑物的危害较大。
（3）波形微差爆破网络
波形微差爆破网络与斜形爆破网络相比，波形微差爆破网络前排炮孔爆破为后排炮孔爆破创造了较大的临空面，同时，波形微差爆破时，岩体本身受到来自多个方面的作用力相互叠加，作用时间也相对较长，爆破效果在一定程度上得到改善。
5微差爆破延期时间确定
由于导爆管毫秒雷管段位数量有限，为实现大体积岩体多排孔依次连续起爆，需利于毫秒雷管微差采取一定的爆破网络连接型式延时方可实现。微差延时爆破网络型式分为孔内微差延时和孔外微差延时两种型式。
5.1孔内微差延时爆破网络
定义：利用适宜低段位的毫秒雷管作为孔外传爆雷管，采用不同段位的导爆管毫秒延期雷管作炮孔装药的起爆雷管，以实现各炮孔之间的微差爆破起爆。
根据爆破每循环所进行的爆破设计及各炮孔之间的微差起爆顺序可以计算出传爆雷管所采用的雷管段别及各段炮孔中起爆雷管的段别。靠近自由面的最先起爆的炮孔所使用起爆雷管的段别决定着以后各个炮孔所采用的雷管段别。如果首段雷管采用的段位较高，则最后一个炮孔所需使用的起爆雷管段位将较高，而在实际施工中，雷管通常由固定的厂家提供，厂家很少能够提供少量的高段位的雷管，如果首段雷管采用的段位较低，则会降低一次性起爆的循环进尺，影响厂房的工期，考虑到地下洞室爆破对质点振动速度的要求较高，如果采用瞬发雷管作为孔外传爆雷管，则孔内同段起爆雷管的所有炮孔将会同时起爆，这样，会导致单段装药量加大，从而使得爆破质点振动速度变大，影响爆破安全。因此，在地下厂房微差爆破施工中，需要通过严格的计算，从而选择起爆雷管以及传爆雷管的段别是相当重要的。为降低盲炮出现的概率，首个炮孔起爆雷管所使用的起爆雷管的毫秒延期时间，必须满足首个炮孔中的起爆雷管引起炸药发生爆破前，其余各个炮孔中的雷管受到激发而被点火。各个炮孔中的雷管的延期时间应满足以下公式：
t+TL1≥T（L+Ln）- - - - - ①
式中：t—最先起爆炮孔中起爆雷管的延期时间（ms）；T—导爆管每米传爆时间（导爆管爆速D=1600m·s-1时，T=0.625ms·m-1；D=2000m·s-1时，T=0.5ms·m-1）；L—爆破网路中传爆主线的长度（m）；L1—最先起爆炮孔中传爆支线长度（m）；Ln—第n段炮孔的传播支线长度（m）。
根据以上公式和实际爆破设计，计算传爆主线的长度和各段炮孔的传播支线的长度，可以确定出最先起爆雷管所需的延期时间，从而选择其起爆雷管的段别。然后再根据微差爆破设计各炮孔之间的起爆顺序及水电爆破规程中针对地下洞室的质点爆破振动速度要求，确定出以后各段炮孔中所适宜采用的起爆雷管的段别。
5.2孔外微差延时爆破网络
定义：各个爆破炮孔均采用高段位的雷管作起爆雷管，传爆干线或支线中的传爆雷管选用导爆管毫秒延期雷管（可用同段或不同段别的低段位雷管），使相邻炮孔间按照一定的微差起爆顺序进行起爆。如果起爆雷管采用低段位的毫秒延期雷管，根据公式①，在T，L1及Ln不变的情况下，t减小，L就会减小，这样减小每排炮的循环进尺，使得施工工期加长。
6深孔微差爆破技术在地下厂房中的应用
在安徽绩蓄电站地下厂房的施工过程中，通过微差爆破设计时合理控制超深，选择合理的毫秒延期间隔时间，综合考虑岩体的结构面特征等因素，根据实际爆破效果，不断调整优化爆破参数，以得到最优的爆破效果。以地下厂房微差爆破为例，对三次不同爆破参数的深孔微差爆破效果进行比较，对爆破后的大块率和根底率进行分析，最终确定选择适宜的深孔微差爆破参数，详见表2 主副厂房微差爆破各组试验爆破参数：
图5 孔内微差延期爆破网络 图6 孔外微差延期爆破网络
表1 孔内微差延时与孔外微差延时的比较
表2 主副厂房微差爆破各组试验爆破参数
第一组微差爆破采用孔距为a=2.0m，排距为b=1.8m，钻孔共5排，采用阿特拉斯D9钻机进行垂直钻孔，钻孔深度为h=5.5m（其中超深0.5m），，堵塞长度为L1=3.0~3.5米。单孔装药量10kg，采用孔外延迟方式进行连网，具体爆破网络连接网图1：
第二次微差爆破采用孔距为a=1.6m，排距为b=1.4m，钻孔为5排，采用D9钻机垂直钻孔，钻孔深度为h=5.5m（其中超深0.5m），堵塞长度为3.0~3.5米。由单孔装药量q=Q/abh（Q为单孔装药量）计算出q=0.71~0.89kg/m，采用孔内延迟方式进行连网，具体爆破网络连接网图2：
第三次微差爆破采用孔距为a=1.7m，排距为b=1.5m，钻孔为5排，采用D9钻机垂直钻孔，钻孔深度为h=5.5m（其中超深0.5m），，堵塞长度为1.0~1.5米。由单孔装药量q=Q/abh（Q为单孔装药量）计算出q=0.62~0.78kg/m，采用孔外延迟方式进行连网，具体爆破网络连接网图3：
试验结论：①第一组爆破参数，孔距排距较大，装药量较少，且堵塞长度较大，爆破后出现大石块产出率和根底率较大，爆破效果较差。
②第二组爆破参数，孔距排距较小，装药量加大，但堵塞长度较大，且在装药过程中雷管段别装错，造成有部分大石块，出渣完成后，发现残留根底。
③第三组爆破参数，孔距排距和堵塞长度均得到优化，且每个孔按照原设计图进行装药和雷管，爆破效果较好，出渣完成后没有残留根底。
7结束语
（1）地下洞室开挖时岩石所受的夹制作用较大，不时存在着大块产出率和根底率偏高的问题，不利于出碴机械的装运，严重影响作业循环时间。而深孔微差梯段爆破技术在地下厂房中的运用不仅全面改善了爆破质量，提高了施工进度，降低了施工成本，而且有效控制了爆破有害效应。
（2）通过多次爆破生产性试验，将不同的微差爆破方式之间的爆破效果进行对比分析，不断优化爆破参数，改善了爆破效果。
（3）通过对微差延时时间的计算控制，不仅保证了爆破后的成功率，减少了盲炮的产生和二次爆破的安全隐患。同时，精确计算单响爆破装药量，有效控制爆破质点振动速度，确保了对大跨度、高边墙开挖围岩稳定。
参考文献：
[1]刘殿中.工程爆破使用手册，北京：冶金工业出版社，1999
[2]齐景岳.隧道爆破现代技术.北京：中国铁道出版社，1995
[3]曹腾芳.微差爆破技术研究现状.爆破.1997，（1）.
[4]龙源.硐室爆破微差设计原则及时间间隔选取研究.爆破.1997，（4）.
[5]张萌.露天矿爆破工程.徐州：中国矿业学院出版社，1986.
论文作者:许崇文
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/23
标签：雷管论文; 排炮论文; 厂房论文; 药量论文; 地下论文; 段位论文; 质点论文; 《基层建设》2019年第13期论文;