老挝南立水电站采石场开采设计规划

王芳

主题：本文介绍了老挝南立水电站帕登山石料场开采设计规划，包括开采方法，爆破参数的确定。

关键词：南立水电站、爆破参数、质量控制

1  工程概述

帕登山石料场位于坝址下游3.5km南立河左岸,为南立水电站大坝堆石料、过渡料及砂石骨料的主产地。帕登山是一座由中厚层～厚层状白云岩夹灰质白云岩构成的孤山，面积3.6km2, 山顶高程1208m，四周坡脚地面高程在230m～250m间。北西和南西侧均靠近南立河，岸坡高陡，自然坡度大于60°；北东和南东侧坡度稍小，约30°～45°，坡脚阶地宽阔。

采区岩石为白云岩,为灰、浅灰、局部深灰色中厚层～厚层状白云岩夹灰质白云岩，下部夹数层厚度小于1m的灰、绿灰色薄层状泥灰岩、灰质泥岩。白云岩隐微节理发育，溶蚀不发育~微弱发育，强风化岩体呈灰白色砂土状。灰质白云岩，溶蚀弱发育，局部中等发育，部分溶蚀裂隙有粉质粘土充填。分布于坝址下游帕登山。出露厚度大于500m。

石料场地层属单斜构造，为晚古生界二叠系海相沉积的中厚层～厚层状白云岩夹灰质白云岩（PDm），下部夹数层厚度小于1m的灰、绿灰色薄层状泥灰岩、灰质泥岩。岩层总体产状为N70°～80°E，SE∠65°～75°。按具体岩性可细分为四层：

PDm1：为深灰色、灰色灰质白云岩夹少量白云岩、白云质灰岩，厚层状结构，岩体较完整，岩石块度适中。层厚约120m。

PDm2：为浅灰色白云岩，中厚层～厚层状结构，隐微节理发育，岩体完整性差，呈镶嵌碎裂结构，岩石块度小。层厚约135m。

PDm3：为深灰色、灰色灰质白云岩夹白云质灰岩，中厚层～厚层状结构，岩体较完整，岩石块度适中。层厚约25m。

PDm4：为灰、浅灰色白云岩夹极少量灰质白云岩，中厚层状结构，局部为薄层状结构，隐微节理发育，岩体完整性差，呈镶嵌碎裂结构～碎裂结构，岩块直径大多小于10cm。层厚约50m。

综上所述，帕登山石料场可供开采选择的范围较大，但白云岩、灰质白云岩两种岩层的岩体完整性差异大，表层风化、崩积层的分布也不同，应注意其在岩体块度和覆盖层剥离量上的区别，做好石料场开采规划。

帕登山与坝址工程区之间为南立河左岸低阶地，地形平坦，目前有乡村道路相通，交通条件便利。

岩石石质坚硬,容重2.7t/ m3，湿抗压强度大于60MPa。石料场北侧将修建2#路,末端路面高程为400m,2#路通往坝体回填区。

2 石料需用量和开采量平衡计算

2.1 石料需用量

根据技术规范规定,石料场开采中,覆盖层、裂隙密集带、断层破碎带及影响带等夹层应按弃料处理；强风化岩可用于大坝次堆石区填筑；坝体填筑的垫层料毛料、过渡料、主堆石、下游堆石、下游坡面砌石、坝顶路基填筑料及砼骨料毛料,均从石料场弱风化及微新层中采取,并留有余量。有用料需用开采量见表1-1。

表1-1 有用料需用开采量表

类   别	方量()	系数	需用开采量 ()
			隧洞石渣料	弱微层	合计
坝体垫层料	45800	1.05		48090
坝体过渡料	64200	1.08		69336
坝体堆石料	1745100	1.15	272000	1694865
坝体下游坡面砌石	28900	1.15		33235
砼骨料	210000	1.05		220500
合  计				2066026	2338026

2.2 石料场的开采范围及可开采量

1.开采范围的确定

(1) 开采高程

2#路修至石料场北侧400m高程处,进行上部覆盖层开挖、有用层开采及爆破碾压试验。因此,我们利用2#路进行上部开挖和开采,石料场的顶部开挖高程为400m。

(2) 开采长度

石料场可开采量很大,应缩短石料场的开采长度,考虑到道路布置及施工强度的要求,采用的开采长度为130m。

(3) 开采范围

根据分层方量计算,满足有用料需用量(2685833 m3)的石料场开采高程为400～232m,考虑到1.3节所说的诸多因素，确定开采范围应考虑需用储量，因此规划的石料场开采长度为130m，开采高程为400～232m，开采范围见“帕登山石料场开采规划图”

2. 石料场可开采量

帕登山料场开采总量约268.59万m3（自然方；其中用于坝体填筑、混凝土骨料、砌石料约为130万m3，开挖运输损耗按2%估算计2.6万m3）。表层无用料剥离、无用夹层、强风化岩开挖约为105万m3及开挖不合格料56.8万m3弃于帕登山弃碴场。

3  石料场开挖、开采方法

石料场采用自上而下分层、边坡预裂、深孔微差梯段爆破及挖掘机装自卸汽车的方法进行施工。石料开采顺序为：一次性清除植被→提前一层开挖覆盖层→开挖强风化层→弱微层开采。

3.1 分层

根据施工设备的型号及开采强度，并参考爆破试验情况，拟建石料场开采的分层高度h=8～12m，开采区共分为14层

3.2 覆盖层即(剥离层)开挖

开工后首先利用CAT320D反挖一次性清除开采区植被，集中在指定区域烧毁。覆盖层开挖应领先弱微层开采，提前一层进行施工，对于有岩石裸露、凹凸不平的场面，配浅孔钻、手风钻钻孔爆平，然后用推土机集料后装渣，对于覆盖层较厚的场面，采用反铲(日立350、CAT320C)挖除，装自卸汽车运往帕登山弃渣场弃料。

3.3 强风化层开挖

强风化层不能用于坝体区填筑，因此应在弱微层开采前挖除。强风化层开挖采用液压钻机钻孔，装2#岩石硝铵炸药，非电导爆管孔间微差爆破，挖掘机装自卸汽车运往帕登山弃碴场堆存。

强风化层开挖钻爆参数见表1-2。

表1-2  钻爆参数表

孔径 mm	段高 m	角度 度	超深 m	孔长 m	孔距 m	排距 m	药径 mm	装药长度 m	装药 密度	堵长 m	单孔药量 kg	单耗kg/
80	8	75	0.5	12.5	4	2.8	80	9.5	1	2+1	47.728	0.34

3.4弱、微风化层开采施工

帕登山料场弱、微风化层应为大坝填筑提供合格的主堆石料、次堆石及下游堆石料、边坡砌石及过渡料，四种填筑料的规格要求见表1-3。

表1-3   填筑料技术要求

填  筑  料	干密度(t/)	最大粒径(mm)	小于5mm含量(%)	小于0.075mm含量(%)
主堆石料	2.16	800	5～15	小于0.7～2.1
次堆及下游堆石料	2.15	1000		小于5
过渡料	2.25	300	10～20	1.1～2.1
边坡砌石料		400～600

3.4.1 开采施工方法

① 钻孔

采用4台带集尘器的液压钻机(Tamrock Ranger 600)钻爆破孔；边坡采用斜孔预裂，钻孔直径为φ102mm；在主爆孔与预裂孔之间布置一排缓冲孔；爆破后个别超径石采用手风钻解小。

② 装药起爆

装2#岩石硝铵炸药，非电导爆管孔外微差起爆。

③ 挖、装、运

采用日立ZX350H及CAT320D挖掘机和装载机装25t、15t自卸汽车，运往坝上或业主指定堆存场，有用料上坝的平均运距为3.5km。

3.4.2 钻爆参数

弱微层开采钻爆参数通过爆破试验确定如表1-4所示。

表1-4   弱、微层钻爆参数

项   目	单位	主堆料采区	次堆料采区	过渡料采区	干砌石采区
孔径	mm	80	80	80	80
层高	m	12.0	12.0	8.0	8.0
角度	度	75	75	75	75
超深	m	0.5	0.5	0.5	0.5
孔长	m	12.94	12.94	8.8	8.8
孔距	m	4.0	4.0	2.7	2.7
排距	m	2.8	2.8	1.8	2.5
布孔方式		梅花形	梅花形	正方形	梅花形
药径	mm	80	80	80	80
装药长度	m	5.4+2.4+2.5	5.4+2.4+2.5	3.5+1+1	3.5+2
装药密度		0.92	0.92	0.92	0.92
堵长	m	0.6+0.6+1.44	0.6+0.6+1.44	1.3+2	1.3+2
单孔药量	kg	47.606	47.606	25.421	25.421
单耗	kg/m3	0.354	0.354	0.654	0.471
起爆方式		排间微差	排间微差	梯形微差挤压	排间微差
堵塞段药量	kg	1.5	1.5	1.5	1.5

为保证爆破质量、减少堆石料及过渡料大块率并获得良好级配，施工中应采取下述措施：

① 堆石料采区采用宽孔距小抵抗线方式布孔，一般布6排孔，其中第一排采用正常布孔，孔距4m，排距2.8m。

② 为防止孔口产生大块，在孔口堵塞段装1.5kg炸药，装药点距孔口1.2m左右。

③ 过渡料采区采用微差挤压爆破，压渣长度8～15m，为保证挤压效果，应对后排孔进行能量补偿，后排孔药量增加系数采用5%。

3.4.3 装药及起爆

① 堆石料采区及砌石采区分二段装药，其间间隔0.6m，孔内用两发同管位雷管连接，采用排间微差起爆，排间微差时间为75ms。

② 过渡料采区分三段装药，其间间隔为0.5m，孔内用导爆索连接，非电导爆管孔外分段进行梯形微差挤压爆破，孔间微差为25ms，排间微差75ms，即后排孔导爆管比前排孔高2段，

 3.4.4 有害层的处理

根据规范规定，开采过程中遇到的裂隙密集带夹泥层、强风化层、断层破碎带及影响带，经工程师鉴定后，均按弃料处理，挖装后运往弃渣场。

3.4.5 边坡保护

在石料场边坡部位开采时，总药量和单段药量较大，与边坡的距离较小，产生的爆破振动速度将很大，甚至超过40cm/s，会使近区边坡岩石破裂。为此，我们采取侧向边坡光爆、后侧边坡斜孔预裂，层间留2m马道及设缓冲孔等措施，减小后冲破坏，维护边坡稳定。

⑴ 边坡坡比

采用分层高度为12m，预裂边坡坡比为1:0.25，每层留2m马道，边坡的综合坡比为1:0.416(坡度角为67.4°)，对于f=7～8、厚层微风化白云岩来说，该坡比可保持稳定边坡。

⑵ 边坡斜孔预裂

边坡预裂爆破参数应通过爆破试验确定，并在施工中不断修正。现根据帕登山料场的施工条件，采用如下参数：

① 孔径：D=8cm

② 预裂孔孔距a：a=80cm

③ 药径d=32mm，不偶合系数为2.5

④ 线装药密度q=0.042×(δP)0.63×A0.6=534(g/m)，取q=550g/m，采用200g/卷的药卷间隔15cm装药。

⑤ 底部1m采取2条φ32mm药卷连续装药。

⑥ 孔口端135cm采用炮泥条堵塞。

⑶ 缓冲孔

为改善预裂、光面效果，尽量减轻主爆孔对预裂面的爆破影响，在主爆孔与预裂面之间增设一排缓冲孔。缓冲孔与预裂孔平行布置，水平间距为1.2m，与主爆孔间距为2.5m，缓冲孔孔距为3m，孔内用φ50mm药卷连续装药，堵塞长度1.5m。

⑷ 及时处理边坡

开采过程中，应加强对边坡危石的处理和观察，开采一层处理一层，对于边坡局部较差部位，可采用锚喷支护，以确保施工安全。

4  成品砂石料质量指标

4.1 质量保证措施

1、料场开采前，先对现场进行适量的爆破试验，优选爆破方式和参数，确定合理的施工参数。

2、料场开挖严格按批准的爆破参数组织施工，并根据不同的岩层特性适当调整，确保开挖料符合坝体填筑质量要求。

3、开挖的超径料及时在料场解小，装料过程中，剔除超径块石，避免不合格料上坝影响大坝施工进度。

4、每次爆破后，及时对料源进行颗粒级配情况取样分析，若级配情况不好，查明原因并调整开挖爆破参数报工程师批准。

5、及时清除施工机械上夹带的泥土，防止料源污染。

6、料场开采中发现质量较次的料或岩石中有过多泥层，试验论证能达到填筑要求，经工程师同意后用于次要部位，否则作为弃料。

4.2 安全保证措施

1、开采开工前告知当地居民及所有施工人员定时爆破时间，并设立中文、英文及当地语言告示牌。

2、爆破时撤离警戒区内所有人员，并按爆破规定声音警报。

3、施工机械设备不便撤离的做好防护措施。

4、开挖布孔注意控制掌子面方向，控制飞石。

5、监测料场高边坡的开挖震动波速，临近高边坡面采用减振孔、控制一次性爆破用药量等手段，使开挖震动波速严格控制在设计允许的范围内，并密切注意边坡稳定情况，必要时采取相应的安全支护手段。

5  结语

根据现场爆破试验确定爆破参数，满足大坝不同填筑料的规格要求。。

作者简介：

王芳（1985-），女，湖北当阳，工程师，学士，从事建设工程施工技术与管理工作。