雙聚能預(yù)裂與光面爆破綜合技術(shù)

湖南省長沙市城南中路2號水電八局技術(shù)管理部郵編:410007電話13908480841中國水利水電第八工程局

秦健飛前言

“雙聚能預(yù)裂與光面爆破綜合技術(shù)”是將聚能爆破應(yīng)用于預(yù)裂與光面爆破的新技術(shù)。該項技術(shù)已于2006年研發(fā)成功并已實現(xiàn)了生產(chǎn)性的推廣應(yīng)用，2007年1月19日由水電建設(shè)總公司組織我國爆破界最高權(quán)威專家通過了科技鑒定并已獲國家專利。該項技術(shù)總體達到國際先進水平！由于它具有超強的經(jīng)濟指標和優(yōu)越的技術(shù)性能目前水電建設(shè)總公司正在準備組織推廣應(yīng)用。為了不但從實踐上而且從理論上完全證明該項技術(shù)的先進性，經(jīng)水電建設(shè)總公司科技立項批準中國水電八局正在繼續(xù)進行二期研究，使之成為國際領(lǐng)先水平的高科技工程爆破技術(shù)！這樣在今后的工程爆破施工中有望使該項技術(shù)取代傳統(tǒng)的“預(yù)裂與光面爆破技術(shù)”！1一期研究簡介及成果

1.1一期研究簡介在聚能預(yù)裂爆破一期研究中我們研制成功“雙聚能預(yù)裂與光面爆破專用裝置”用它可以完全實現(xiàn)聚能射流面與預(yù)裂面完全吻合！預(yù)裂（光面）爆破在使用該裝置后，在裂縫開始形成的同時，聚能射流能夠沿著裂縫噴射，高能氣流的氣刃作用就更為顯著!這樣，爆破應(yīng)力波作用、爆轟氣體的膨脹作用和聚能射流的氣刃作用就會在巖體形成裂縫的瞬間能夠有機結(jié)合、相互作用，相得益漳,使裂縫更容易形成并且得到更充分的擴展和延伸，從而研發(fā)成功了“雙聚能預(yù)裂與光面爆破綜合技術(shù)”。并且向國家知識產(chǎn)權(quán)局申報了發(fā)明專利和實用新型專利，發(fā)明專利2007年９月１２日已由國家知識產(chǎn)權(quán)局在《發(fā)明專利公報》第23卷第37號上公布，實用新型專利已審查通過近日即頒發(fā)專利證書！雙聚能預(yù)裂與光面爆破綜合技術(shù)只能采用“雙聚能預(yù)裂與光面爆破專用裝置”才能實現(xiàn),詳見圖1、圖2、圖3。

圖1雙聚能預(yù)裂與光面爆破專用裝置透視圖

注：1、孔口對中環(huán)2、孔內(nèi)對中環(huán)3、聯(lián)接套管4、雙聚能槽管標準節(jié)圖2預(yù)裂面的雙聚能槽藥卷孔口對中圖3預(yù)裂(光爆)面的雙聚能槽藥卷孔內(nèi)對中

雙聚能槽管可以采用人工或者機器裝藥。粉狀炸藥可以采用錐形容器直接灌裝，詳見圖4。乳化炸藥全管裝藥必須采用裝藥機裝藥。雙聚能槽管裝藥還可以在炸藥廠進行工廠化生產(chǎn)，使用十分方便簡捷。雙聚能預(yù)裂與光面爆破實踐中可以在裝藥時采用特殊措施達到防水的效果,從而實現(xiàn)有水炮孔也可以進行聚能預(yù)裂（光面）爆破。經(jīng)過多次試驗我們確定裝藥機采用螺桿旋轉(zhuǎn)壓入法輸送比較安全、合理，詳見圖5。2聚能管的裝藥技術(shù)圖4雙聚能槽管裝藥圖5雙聚能槽管裝藥機

3.1經(jīng)濟效益

（1）單位面積裝藥量降低50.0～65%;

（2）單位面積造孔量降低50.0～65%;

（3）單位面積預(yù)裂（光面）爆破成本降低50～55%。3.2技術(shù)指標

（1）殘留半孔保存率大大提高

進行雙聚能預(yù)裂爆破效果檢查與統(tǒng)計分析得出，在微新巖體中其殘留半孔保存率為93％～98％，平均殘留半孔保存率大于95％，在局部地質(zhì)缺陷部位，其殘留半孔保存率也在80％以上，殘留的半孔未見縱向再生裂隙。相鄰炮孔間不平整度滿足不大于15cm的規(guī)范要求。除局部地質(zhì)缺陷處外，超欠挖均能控制在±20cm的規(guī)范范圍內(nèi)。3一期研究成果介紹

經(jīng)中國水電顧問集團西北勘測設(shè)計研究院工程物探研究所作聲波波速檢測，其成果完全滿足設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求。建基面巖體彈性波測試得出：爆破前其波速最大達5690m/s以上，最小為5120m/s。爆破后最大波速為5660m/s，最小為4580m/s。聲波平均最大衰減率為1.69％，最小衰減率為1.09％；距建基面孔口40cm處，聲波波速最大衰減率為4.1%，最小衰減率為0.8%，平均衰減率為2.96%。遠低于距建基面1.0m處聲波衰減率不大于10％的國家規(guī)范要求。

（2）爆后保留巖體聲波衰減大幅度降低測點編號測點位置儀器距離（m）水平向垂直向水平切向水平垂直速度(cm/s)頻率(Hz)時刻(ms)速度(cm/s)頻率(Hz)時刻(ms)速度(cm/s)頻率(Hz)時刻(ms)1#EL.655EXP-3841501.25235673.32317.51.719162#EL.670EXP-38220153.772392.2223738.51.8739103#EL.705EXP-37930503.19236943.8623301.3219404#EL.720EXP-3818165儀器未觸發(fā)（<1cm/s）5#EL.670BE1011422151.9277822.2517761.6236776#EL.695BE1055130403.220581.3188601.4217707#EL.710BE1055236551.03117530.43276820.8315408#EL.720.7BE101165065.71.43196821.54277900.631937溪洛渡右岸壩肩雙聚能預(yù)裂EL.655~640m，K0+206.5~K0+260爆破振動監(jiān)測資料

（3）爆后保留巖體質(zhì)點振速降低溪洛渡右岸壩肩EL.655m~EL.640mK0+140~K0+208.5普通預(yù)裂爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)測點編號測點位置儀器距離（m）水平徑向垂直向水平切向水平垂直速度(cm/s)頻率(Hz)時刻(ms)速度(cm/s)頻率(Hz)時刻(ms)速度(cm/s)頻率(Hz)時刻(ms)1#預(yù)埋EL.653EXP-38216.407.3435137.339467///2#EL.670BE105516.7156.0645243.23010505.6435163#EL.680BE101149.5253.4575922.5435845.7515274#EL.690BE1055214.3352.3345161.8735251.6435435#EL.714BE1011621.0591.5218001.1396421.3207666#EL.670EXP-37913154.2425664.0605185.731547注：“峰值頻率”是指在發(fā)生峰值速度時的相應(yīng)頻率，“距離”是指測點與爆區(qū)邊沿的最近距離。

小灣水電站弱風化花崗巖雙聚能預(yù)裂爆破爆前爆后保留巖體聲波實測

孔深（m）聲波波速(m/s)爆前爆后0.4508048700.6506048700.8510049701.8533053202.0536053502.2536053502.4528052702.6528052702.8531053003.0531053003.2528052703.4525052403.6523052103.852305190（4）雙聚能聚能預(yù)裂爆破孔壁不再有爆破再生裂隙普通預(yù)裂爆破孔壁再生裂隙明顯構(gòu)皮灘雙聚能預(yù)裂爆破孔壁未見再生裂隙小灣雙聚能預(yù)裂爆破孔壁也未見再生裂隙3.3小灣業(yè)主關(guān)于經(jīng)濟效益、技術(shù)指標證明

4推廣應(yīng)用及學術(shù)交流情況該項技術(shù)在云南小灣水電站水墊塘全面推廣應(yīng)用取得良好的技術(shù)經(jīng)濟效果之后又在南水北調(diào)、貴州光照水電站砂石采場、貴州思林水電站砂石采場、貴州格里橋水電站等工地推廣應(yīng)用。最近七局、十四局、一局等單位正準備把該項技術(shù)引進他們的施工項目推廣應(yīng)用。爆破效果詳見圖6～圖14。

2007年5月9日在昆明亞太地區(qū)國際爆破技術(shù)研討會議上介紹了該項技術(shù)，引起與會國內(nèi)外專家的高度關(guān)注；2007年9月18日《中、日、韓第二屆炸藥及爆破技術(shù)合作會議》在名古屋召開，中國爆破協(xié)會理事長汪旭光院士指名該項技術(shù)參會交流，再度引起與會專家的高度關(guān)注！認為該項技術(shù)可引發(fā)預(yù)裂（光面）爆破技術(shù)的大革命，與會專家希望我們能夠繼續(xù)進行深入研究，根據(jù)現(xiàn)有的實際效果進一步論證普通低爆炸藥同樣可以產(chǎn)生聚能作用，為推廣應(yīng)用該項技術(shù)提供堅實的理論基礎(chǔ)。為預(yù)裂（光面）爆破技術(shù)再上新臺階做出積極的貢獻。圖6溪洛渡電站強卸荷帶強風化玄武巖15m梯段雙聚能預(yù)裂爆破面圖7溪洛渡電站強卸荷帶強風化玄武巖15m梯段雙聚能預(yù)裂爆破孔距2.0~2.5m

圖8彭水砂石料弱風化石灰?guī)r采場12m梯段雙聚能預(yù)裂面圖9彭水弱風化石灰?guī)r開采場12m梯段雙聚能預(yù)裂最大孔距3.1m圖10彭水弱風化石灰?guī)r開采場雙聚能預(yù)裂最大孔距3.1m測量圖11小灣水電站微風化花崗巖15m段水平預(yù)裂爆破對比圖12小灣水電站微風化花崗巖15m段水平雙聚能預(yù)裂圖13小灣水電站微風化花崗巖15m段水平雙聚能預(yù)裂圖14小灣水電站微風化花崗巖雙聚能預(yù)裂半孔特寫鏡頭5“雙聚能預(yù)裂與光面爆破綜合技術(shù)”具有較好技術(shù)性能的爆破機理分析

（1）在炮孔裝藥量確定的條件下，炸藥爆炸的總能量是個固定值。由于聚能作用，聚集（增加）了雙聚能預(yù)裂（光面）爆破孔炸藥爆炸的成縫能量，因此對保留巖體的爆破破壞作用能量也就大大減少。其結(jié)果是對保留巖體的爆破破壞作用相應(yīng)減小。（2）另一方面雙聚能槽藥卷是橢圓形斷面，它比普通預(yù)裂（光面）爆破的園形斷面而言會改變對炮孔邊壁爆破作用力的比值。換句話說它削弱了對聚能槽兩側(cè)炮孔邊壁的爆破作用力，增強了裂縫方向的爆破作用力，因此進一步減小了對保留巖體的爆破破壞作用。（3）由于雙聚能槽管是連續(xù)裝藥，它比普通預(yù)裂（光面）爆破的間斷裝藥的成縫作用（爆破應(yīng)力波作用、高壓氣體的膨脹作用、聚能射流的氣刃作用）會更為均勻，相應(yīng)的成縫作用力也自然更為均勻，這就再進一步削減了爆破振動等不利影響對保留巖體危害作用的峰值，使得整個縫面成縫變得格外均勻細膩?。?）由于“單耗——面裝藥密度”的大大減小，進一步削減了爆破振動等不利影響對保留巖體的危害作用！因此雙聚能預(yù)裂（光面）爆破孔再也看不到爆破再生裂隙。常規(guī)預(yù)裂（光面）爆破與雙聚能預(yù)裂與光面爆破的孔距、單耗見表5-1。倍率普通預(yù)裂（光面）爆破雙聚能預(yù)裂與光面爆破綜合技術(shù)孔距(cm)面裝藥密度（g/m2）孔距(cm)面裝藥密度（g/m2）2.0100/80350~450/438~5632002252.5100/80350~450/438~5632501803.0100/80350~450/438~563300150

表5-1普通預(yù)裂（光面）爆破與雙聚能預(yù)裂與光面爆破的孔距、面裝藥密度對比表

２００７年３月５日國家知識產(chǎn)權(quán)局受理了中國水電八局發(fā)明和實用新型兩項專利申請。專利申請受理通知掃描件6專利申請及審查情況發(fā)明專利申請初審合格通知書掃描今年６月１５日發(fā)明專利申請初步審查合格發(fā)明專利公布說明書掃描2007年９月１２日國家知識產(chǎn)權(quán)局在《發(fā)明專利公報》第23卷第37號上公布了我們的發(fā)明專利七推廣應(yīng)用“雙聚能預(yù)裂與光面爆破綜合技術(shù)”的意義(1)“雙聚能預(yù)裂與光面爆破綜合技術(shù)”充分利用了炸藥聚能爆破能夠產(chǎn)生集中爆破能的原理,并且能夠較好控制聚能射流面與預(yù)裂（光爆）面吻合，因此能夠顯著增大預(yù)裂（光面）爆破的孔距即減少造孔工作量并且能夠大幅度降低單位面積炸藥耗量。(2)由于面裝藥密度的減少和爆破能量的集中釋放，“雙聚能預(yù)裂與光面爆破綜合技術(shù)”對于保留巖體的爆破不利影響比普通預(yù)裂（光面）爆破明顯降低，從而提高了保留巖體的完整性和穩(wěn)定性！(3)采用“雙聚能預(yù)裂與光面爆破綜合技術(shù)”，施工進度快、施工質(zhì)量明顯提高、降低生產(chǎn)成本顯著。因此，推廣“雙聚能預(yù)裂與光面爆破綜合技術(shù)