布侖口—公格爾水電站發(fā)電引水隧洞高地溫洞段爆破技術(shù)研究

陳 蕾，袁 媛

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊 830000)

1 工程概況

布侖口—公格爾水電站位于新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿克陶縣境內(nèi)的蓋孜河流域中游河段，電站總裝機容量110 MW，發(fā)電引水隧洞總長約18 km，2′#、3#和4#施工支洞在2008年6月的掘進過程中，分別發(fā)現(xiàn)高地溫的問題，其中2′#和3#施工支洞的溫度比4#施工支洞高。

發(fā)電引水隧洞發(fā)現(xiàn)高地溫洞段的圍巖巖性為云母石英片巖夾有石墨片巖，該洞段有一條大致平行發(fā)電引水隧洞的F2斷層，有石墨片巖沿F2斷層走向呈窄條帶狀分布，條帶寬5～10 m，由于石墨的高導(dǎo)熱性，使地殼深部熱源熱量沿F2不斷被傳導(dǎo)至地表淺層，形成局部高地溫現(xiàn)象。初步分析認為發(fā)電引水隧洞主洞樁號K2+680 m～K6+779 m段為高地溫洞段，該段開挖斷面為圓形，開挖直徑為4.6～5.0 m，洞底高程 3 258.6 m ～3 238.1 m。

高地溫洞段施工利用河流夏季水溫12℃、冬季2℃的低溫河水有利條件，采用以通風(fēng)為主，輔助低溫冷水綜合降溫技術(shù)(采用直接用水泵將河水輸送至設(shè)在掘進工作面的空氣冷卻器)，使開挖掘進面環(huán)境溫度降到28℃以下，滿足了地下工程施工對環(huán)境溫度的要求，但是圍巖內(nèi)部的溫度依然很高，影響了爆破材料在炮孔內(nèi)的結(jié)構(gòu)性能，致使爆破材料感度提高，可能導(dǎo)致在溫度超過爆炸材料的臨界溫度時爆炸事故的發(fā)生或者使拒爆率提高，給爆破安全工作帶來嚴(yán)重威脅。高溫條件下的爆破工作，已成為影響該水電站引水隧洞能否安全掘進和如期完成的重要因素。

2 掘進作業(yè)面溫度測試

2′#和3#施工支洞內(nèi)的溫度相對較高，選擇這兩個施工支洞進行掘進作業(yè)面的溫度測試。2′#施工支洞內(nèi)溫度測量使用的水銀溫度計，洞環(huán)境溫度為38～67℃、炮孔底部溫度為58～82℃。在3#施工支洞掘進工作面分別選取上、下、左、右和中間的炮眼進行溫度測試，炮孔深度約為2.2 m，間距30 cm，溫度測量儀器采用熱電偶，炮眼孔底溫度測試結(jié)果為82～91℃。

3 爆破器材耐溫性能室內(nèi)試驗

試驗主要目的是檢測發(fā)電引水隧洞高溫掘進作業(yè)中使用常規(guī)爆破器材的安全性和可靠性、以及爆破器材可達到的最大耐溫性能參數(shù)。

用于試驗的爆破器材:瞬發(fā)電雷管、煤礦許用電雷管、s/2延期電雷管、ms延期電雷管、塑料導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆管雷管、2#巖石乳化炸藥。

試驗方法:用恒溫箱創(chuàng)造高溫環(huán)境，分別將炸藥、雷管、塑料導(dǎo)爆管等試驗樣品置于恒溫箱中加熱到一定溫度，保溫一段時間后，取出樣品，觀察外觀，并測試樣品性能參數(shù)。為保護恒溫箱，將雷管、炸藥等爆破器材裝入用鋼管自制的防爆筒內(nèi)，然后再放入恒溫箱加熱。

爆破器材耐溫性能試驗結(jié)果:爆破器材的耐溫性能遠高于爆破安全規(guī)程規(guī)定的使用條件。就試驗的樣品而言，在敞開的空間中，120℃的高溫環(huán)境下，樣品不會發(fā)生自燃或自爆現(xiàn)象。試驗用的8#瞬發(fā)電雷管、s/2延期電雷管和ms延期電雷管在100℃時，性能變化很小，可正常使用;導(dǎo)爆管雷管的耐溫性能受導(dǎo)爆管和卡口塞的影響，使用溫度不宜超過80℃，若能提高導(dǎo)爆管和卡口塞的耐溫性能，其耐溫性能尚可提高。2#巖石乳化炸藥在90℃的環(huán)境下外觀和性能均未發(fā)生改變，100℃時外觀開始改變，但性能變化不大。

4 現(xiàn)場試驗

4.1 炮眼降溫試驗

選取3#支洞掘進工作面上炮眼孔底溫度最高(91℃)的炮眼，用水進行降溫試驗。降溫時將水管伸入炮眼底，以確保整個炮眼降溫。注水降溫的時間為2 min左右，降溫后馬上將熱電偶伸入炮眼底部測量孔底溫度，然后將熱電偶保持在炮眼底部，測量溫度上升情況。從測量結(jié)果可看出，用水對炮眼進行降溫，雖然可將炮眼的溫度降下來，但很短的時間內(nèi)(約10 min)溫度就會復(fù)原。由于作業(yè)面共有45個炮孔，全部裝藥時間約為45 min，因此，單孔降溫措施對炮孔降溫效果不佳，宜采取多孔同步降溫措施。注水降溫后孔底溫度變化見表1。

表1 注水降溫后的炮孔溫度隨時間變化測量結(jié)果

4.2 孔內(nèi)炸藥溫升試驗

將熱電偶埋入1筒炸藥的中間，送入溫度最高的炮眼孔底，其溫度變化情況可看出，炸藥中間的溫度要低于巖石的溫度，這是因為炸藥的包裝紙具有一定的隔熱作用。炮孔底部炸藥內(nèi)部溫度變化見表2。

表2 炮孔底部炸藥內(nèi)部溫度隨時間變化測量結(jié)果

6 高溫洞段爆破安全技術(shù)措施

根據(jù)前面的實驗結(jié)果，按作業(yè)面溫度分為3個區(qū)域，即孔內(nèi)溫度為60～80℃的自爆安全區(qū)、孔內(nèi)溫度為80～120℃的自爆警戒區(qū)和孔底溫度高于120℃的自爆危險區(qū);針對不同的區(qū)域提出相應(yīng)的爆破安全技術(shù)措施。

6.1 自爆安全區(qū)的爆破安全技術(shù)措施

1)爆前應(yīng)加強通風(fēng)，并采取噴霧灑水、清洗炮孔等降溫措施;

2)爆破前必須測定工作面與孔內(nèi)溫度，測溫方法可選用:熱電偶和電位差計測溫或數(shù)字溫度儀測溫，測溫器材應(yīng)經(jīng)常標(biāo)定。測溫時，必須測得孔溫的穩(wěn)定值和最高值，以保證側(cè)溫結(jié)果的可靠性。

3)可以采用乳化炸藥、2#巖石膨化硝銨炸藥，但必須應(yīng)用瀝青牛皮紙將炸藥包裝完好，并不應(yīng)與孔壁接觸，從向孔內(nèi)裝藥至起爆的相隔時間≤1 h;

4)填塞炮泥，應(yīng)待全部炮孔裝藥完畢后，以最短的時間填塞炮孔，且炮泥不含硫化礦物;

5)應(yīng)采用孔口起爆方式;

6)出現(xiàn)盲炮就由爆破工程技術(shù)人員處理，其它人員應(yīng)全部撤離。

6.2 自爆警戒區(qū)的爆破安全技術(shù)措施

1)爆前應(yīng)加強通風(fēng)，并采取噴霧灑水等降溫措施;可采用往工作面噴射冰水降溫或采用 HPSCC—50型礦用高壓組合式空冷器進行強制通風(fēng)降溫;

2)裝藥前應(yīng)采取多孔同步淋水降溫措施，淋水降溫時間≥30 min;

3)爆破前必須測定工作面與孔內(nèi)溫度，測溫方法可選用:熱電偶和電位差計測溫或數(shù)字溫度儀測溫，測溫器材應(yīng)經(jīng)常標(biāo)定。測溫時，必須測得孔溫的穩(wěn)定值和最高值，以保證測溫結(jié)果的可靠性。如出現(xiàn)異常，應(yīng)中止爆破作業(yè)，并報爆破工程技術(shù)人員。

4)裝藥前爆破作業(yè)面附近的非爆破工作人員應(yīng)全部撤離;

5)不應(yīng)使用硝銨炸藥、銨油炸藥、銨松蠟和銨瀝蠟炸藥，應(yīng)使用2#巖石乳化炸藥，并用石棉織物或其他絕熱材料嚴(yán)密包裝炸藥;

6)孔內(nèi)不準(zhǔn)裝雷管，可采用防熱處理的黑索金導(dǎo)爆索起爆;

7)裝藥時，應(yīng)按從低溫孔到高溫孔，從易裝孔到難裝孔的順序裝藥;

8)裝藥過程中加強安全監(jiān)測

通常炸藥裝入炮孔底藥溫上升到孔溫為止，若超過孔溫意味著炸藥產(chǎn)生了明顯的熱分解，或者包裝破裂，有自燃、自爆危險。為及時掌握裝藥中炸藥的溫升情況，必須進行安全監(jiān)測。其方法是將熱電偶置于炮孔的炸藥內(nèi)，通過補償導(dǎo)線連接在安全地點的測溫儀器觀察，記錄裝藥過程中的炸藥溫度變化情況，監(jiān)測炮孔中裝藥時，熱電偶放置在有隔離包裝的炸藥內(nèi)，并保證包裝的密封性。

裝藥時，發(fā)現(xiàn)炮孔逸出棕色濃煙等異?，F(xiàn)象時，應(yīng)立即報告爆破指揮人員，迅速組織撤離。

9)填塞炮泥，應(yīng)待全部炮孔裝藥完畢后，以最短的時間填塞炮孔，且炮泥不含硫化礦物;

10)從向孔內(nèi)裝藥至起爆的時間≤1 h;

11)出現(xiàn)盲炮須由爆破工程技術(shù)人員處理，其它人員應(yīng)全部撤離。

6.3 自爆危險區(qū)的爆破安全技術(shù)措施

1)爆前應(yīng)加強通風(fēng)，并采取噴霧灑水等降溫措施，可采用往工作面噴射冰水降溫或采用HPSCC—50型礦用高壓組合式空冷器進行強制通風(fēng)降溫;

2)裝藥前應(yīng)采取多孔同步淋水降溫措施，淋水降溫時間≥30 min;

3)爆破前必須測定工作面與孔內(nèi)溫度，測溫方法可選用:熱電偶和電位差計測溫或)數(shù)字溫度儀測溫，測溫器材應(yīng)經(jīng)常標(biāo)定。測溫時，必須測得孔溫的穩(wěn)定值和最高值，以保證測溫結(jié)果的可靠性。如出現(xiàn)異常，應(yīng)中止爆破作業(yè)，并報爆破工程技術(shù)人員;

4)裝藥前爆破作業(yè)面附近的非爆破工作人員應(yīng)全部撤離;5)不應(yīng)使用普通工業(yè)炸藥，必須使用耐高溫炸藥，并用石棉織物或其他絕熱材料嚴(yán)密包裝炸藥;

6)不應(yīng)使用普通工業(yè)雷管，必須采用如DX—1W218系列的耐溫雷管;

7)裝藥時，應(yīng)按從低溫孔到高溫孔，從易裝孔到難裝孔的順序裝藥;

8)裝藥過程中加強安全監(jiān)測;

9)填塞炮泥，應(yīng)待全部炮孔裝藥完畢后，以最短的時間填塞炮孔，且炮泥不含硫化礦物;

10)從向孔內(nèi)裝藥至起爆的時間≤1 h;

11)出現(xiàn)盲炮須由爆破工程技術(shù)人員處理，其它人員應(yīng)全部撤離。

7 結(jié)語

布侖口—公格爾水電站發(fā)電引水隧洞高地溫洞段爆破技術(shù)研究解決了本工程的施工難題，目前高地溫洞段的開挖正在順利進行。

［1］周菊蘭，鄭道明.地下工程施工中高地溫、高溫?zé)崴卫砑夹g(shù)研究［J］.四川水力發(fā)電，2011(05):81－84.