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摘要：卡洛特水电项目受复杂的岩石特性和地下水影响，爆破作业存在大块率高、根底严重的问题，导致挖装作业面不平整、二次破碎成本增加。本文通过解析影响爆破效果的原因，提出质量提升措施和安全控制措施。
关键词：不均质岩体；水孔；质量提升；安全控制措施。
1 概述
卡洛特水电站是巴基斯坦境内吉拉姆河规划的第4级电站，位于巴基斯坦旁遮普省与AJK特区交界处。该地区。岩性主要为砂岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩，成岩胶结程度差、岩石较软弱，泥岩与砂岩呈不等厚层状分布，岩层偏南北走向，存在大量的软弱夹层和高风化岩层。另该地区地下水量充沛，岩体受风化程度影响透水性较强，地表多处现泉水出露点，形成多股地表水。
受复杂的岩石特性和地下水影响，爆破作业存在大块率高、根底严重的问题，导致挖装作业面不平整、二次破碎成本增加。
2 产生大块及根底的原因分析
2.1 不均质岩体对爆破效果的影响
溢洪道岩体为泥岩和砂岩不等厚层状分布，且存在大量软弱夹层，属不均质岩体。不均质岩体由于炮孔各个方向的动态抗拉强度、抗压强度及抗剪力强度不同，使各个方向的动应力造成的裂隙密度和裂隙延伸长度不同，特别是对软硬互层或夹层，爆破作用更容易从强度较低、部位较松软的方向突破，使得爆生气体从缝隙中逸出，从而降低了岩石正常破碎的有效压力和压力作用时间[1]。同时，由于爆炸冲击波和应力波的衰减比均质岩体快，岩石得不到充分破碎，从而产生大块或根底。
2.2 地下水对爆破施工的影响
地下水会给钻孔和装药作业造成困难。潜孔钻机遇水钻孔时钻孔速度下降，效率降低。水孔装药时线装药密度降低，无法按设计炸药量装药，且容易造成堵孔或卡孔，导致拒爆或爆破不充分的现象。
2.3 爆区表面易产生大块
爆区表面易产生大块，一方面是溢洪道原始地貌受常年风化和雨水冲刷形成不均质结块和裂隙，另一方面是受上一台阶超深及前部爆破的影响，次级台阶作业面产生新的裂隙，爆破作业时堵塞段爆炸做功能力弱，在裂隙处自然断开，从而形成大块。
3 爆破质量提升措施
为克服不均质岩体和地下水对爆破效果的影响，我们在均质岩体爆破施工经验的基础上不断的实验和改进，通过优化不均质岩体的爆破设计参数以达到提升爆破质量的目的。
3.1 均质岩体爆破参数设计
在项目运行过程中，根据前期不断的摸索和实验，总结出了均质岩体全台阶爆破最优参数如下。
台阶高度：15米
钻孔直径：Ф138mm
布孔形式：梅花形布孔
底盘抵抗线：3米
钻孔深度：16.5米（超深1.5米）
孔网面积：7*4
装药单耗：0.42～0.45kg/m³
堵塞长度：3-3.5米（爆区表面为硬岩层时取3米，为软弱岩层时取3.5米）
布孔排数：3-4排
装药结构：连续装药（底部装猛度较高、装药密度较大的成品乳化炸药，为总装药量的1/4，以克服根底；上部使用猛度较低、装药密度较小的铵锑炸药连续装药，为总装药量的3/4）
补充措施：爆区表面为硬岩层时，进行浅孔加密（2.5米），以降低堵塞段形成的大块率。
3.2 不均质岩体爆破设计优化
3.2.1 布孔参数及装药结构设计
不均质岩体爆破时，根据爆破破岩机理和现场不均质岩体形状和软弱层所在台阶位置，爆破参数设计和装药结构需在均质岩体爆破参数设计的基础上做相应的调整。
布孔形式采用梅花形布孔克服不均质岩体爆破因作用力不够造成边角孔爆破不充分的现象，布孔时侧面边孔亦呈直线型，即使整个爆区呈前宽厚窄的喇叭口形状（见图一），既有利用网络敷设，又能有效避免夹角部位因挤压造成大块或拉裂，以保证爆区的稳定性。
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图一
具体参数因软弱夹层位置的不同分以下几种情况：
位置一 软弱层处于台阶底部时，底部属于较松软、低强度部位，爆破易产生破碎，可适当增加前排抵抗线、减小底部装药密度或者减小超深，在保证爆破效果的同时控制底板超挖现象。上部为硬岩面，则适当的减小堵长或者进行浅孔加密，以降低表面大块率。
位置二 软弱层处于台阶中部时，在保证均质岩体爆破设计参数的前提下，选择间隔装药，即在软弱段进行填塞间隔减少药量，以延长爆炸作用力在上部或底部硬岩部分的作用时间，保证硬岩部分的破碎程度。另外根据爆破作用机理，药包处于软弱夹层上方的爆破效果要优于药包处于软弱夹层下方[2]，因此，在满足炮孔充填质量要求的前提下采用间隔装药，尽量使药包处于夹层的两侧，这样既保证了台阶的稳定性又保证了爆破后岩石块度的均匀性（见图二）。
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图二
位置三 软弱层处于台阶顶部时，底部装药结构正常装药，可适当增加堵长，减少上部装药量，既有利于控制爆破飞石，也能节约炸药使用量。
如表3-1所示：
表3-1 布孔参数及装药结构调整
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3.2.2 起爆网络设计
卡洛特项目所用炸药和爆破器材为属地化采购，因巴基斯坦经济技术落后，炸药性能、爆破器材精度等均不稳定，且所使用的雷管1-20段，每段别间隔时间均设计为25ms，但实际偏差较大，项目根据现有条件和现场实际情况进行网络设计，设计原则有：
①为避免因雷管延期时间精度不够而造成相邻两个段别延期时间混乱的现象，为保证逐孔起爆时能够按设计起爆顺序进行，原则上相邻两个孔不使用连续段别的雷管，即延期时间不应低于50ms[3]，且应使用双发雷管同时下孔，作二重保险。
②根据微差爆破原理确定微差时间经验值为25-50ms为依据，结合现有条件，规定相邻两个孔微差时间控制在100ms左右。
③为控制爆破震动对临近结构面的影响，网络敷设应控制单响药量，尽量做到单孔单响或者两孔一响。
④只有一个自由面时，网络敷设采用“V”型网络，见图三。
⑤当有两个自由面时，网络敷设采用斜线型网络，见图四。
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图三
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图四
4 水孔处理方案
4.1 降低地下水位
采用超前边坡预裂爆破和超前拉槽爆破方法可降低地下水位，对不均质岩体尤其有效。超前预裂爆破是指在进行梯段爆破前，提前完成本台阶边坡预裂爆破，以切断岩石的裂隙水和潜水地下水补给，对降低地下水有显著作用。超前拉槽爆破是指在进行本台阶梯段爆破时率先在下一台阶进行拉槽爆破，以形成一个大的集水坑，可有效降低上面台阶的地下水位。
超前边坡预裂爆破和超前拉槽爆破不仅能解决地下水的问题，而且对最终台阶坡面的形成及稳固起到积极作用。
4.2 排水装药法
排水装药法是将风管伸入到孔底，利用空压机高风压，将孔内积水吹出孔外，在地下水补给前立即用乳化炸药完成装药的方法。此方法可简单有效的排除孔内水，保证孔内线装药密度。
5 爆破安全技术措施
①不均质岩体爆破飞石可能性较一般高，爆破警戒应扩大警戒范围。
②爆破作业前夕，相关人员应对爆区范围进行安全风险辨识和评价，周边受影响的人员和设备，应提前协调撤离或防护。
③爆破施工前安全管理人员应向所有施工人员进行技术交底，强调安全注意事项和隐患预防措施。
④爆破作业应统一指挥，统一信号，由专人警戒并划定安全警戒区。
⑤起爆完成后须经爆破人员检查，确认安全后，其他人员方能进入现场。
6 结语
①不均质岩体爆破设计应充分考虑岩层特性及软弱夹层位置，布孔参数根据具体情况弹性调整。
②不均质岩体布孔孔位分布应利于爆炸力的推动作用，避免布设夹角孔。
③爆破网络敷设应使每个孔有尽可能多的自由面。
④装药结构设计应充分考虑岩层及岩性情况，调整线装药密度。
⑤通过降低地下水位排除孔内水的方法保证线装药密度符合设计。
参考文献：
[1] 马冲、詹红兵、姚文敏等.爆破振动作用下含软弱夹层边坡稳定性及安全判据。爆炸与冲击，2018。
[2] 韩新平、李世丰、苏荣华等.含软弱夹层的顺层岩体台阶深孔爆破试验研究。辽宁工程技术大学，2016。
[3] 许江鹏、凌昊、谭劲松.非均质岩体安全爆破网路设计与应用。西部探矿工程，2018。