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      綠色智能爆破施工技術助力公司踐行央企使命
      來源:技術部/技術中心 作者:王津若 時間:2022年12月1日 文字大。骸      

      摘要:概括總結了公司近年來充分融合智能建造、科技興安與綠色低碳理念,著力組織開發的爆破技術自主創新成果,對智能爆破系統、綠色礦山開采、抽蓄地下工程及近海軟基堤壩等爆破技術應用領域的關鍵成果應用技術成效和所取得的社會經濟效益,分析了爆破技術創新為公司高質量發展和踐行央企使命擔當所發揮的作用。

      關鍵詞:智能爆破  綠色礦山  地下洞室  爆炸擠淤  央企使命

      1 技術攻關需求

      在人類文明史上,工程爆破技術的發展,大大提高了人類改造自然的能力。中國水利史上著名的李冰,在修造都江堰時,采用了堆柴燒巖潑冷水的冷熱交替法,來開鑿山體,其勞作的艱辛和效率的低下,可想而知。

      隨著采掘業的發展,西方爆破技術持續革新,從黑火藥到硝化甘油炸藥,到20世紀的雷管、導爆索,再到現代應用廣泛的微差爆破、控制爆破、靜態爆破,現代爆破技術因其安全環保的重大影響,而與國計民生息息相關。

      從雪域高原,到東海之濱,在水電十二局具有技術品牌優勢的土石壩工程、抽水蓄能電站地下工程,和近海軟基堤壩工程中,爆破技術成為安全、環保、高效施工的重要基礎。為了適應復雜料源、破碎圍巖、深厚軟基等工程施工難點,需要不斷組織技術攻關,創新突破。

      2 關鍵技術成果

      近年來,公司著力組織爆破技術自主創新,開發形成了經行業專家鑒定達到“國際先進”和“國內領先”水平的關鍵技術15項,取得省部級工法18項。經過近五年的轉化推廣和二次開發,公司的爆破技術創新成果還取得了專利18項、軟著3項、QC成果15項,參編行業技術標準1項,獲集團及省部級科技獎16項、公司級科技獎23項。

      2.1 智能爆破系統

      雅礱江兩河口水電站位于雪域高原甘孜州雅江縣,大壩為礫石土心墻堆石壩,壩高295m,目前是亞洲第二高壩。兩河口大壩總填筑量達4300萬立方米,如果分解成1立方米的正方體,可以繞地球一圈多。針對工程爆破施工需求,我公司與長江水利委員會長江科學院聯合研發了“水電站級配料開采爆破智能設計系統”,該系統的核心為將復雜的設計與運算過程由計算機完成,設計人員只需輸入初始資料、地質條件與開采要求等信息,計算機自動運算輸出爆破設計,并根據工程需要對爆破級配分布、爆堆形狀及爆破振動效應等進行精確預報;同時該系統搭載施工信息管理信息模塊,可對爆破施工質量和爆破效果進行實時記錄,計算機可根據前期的試驗成果以及施工過程中不斷補充的篩分或碾壓檢測數據,自學習的修正預報模型并給出合理的爆破設計參數。該系統成功運用于兩河口水電站心墻堆石壩,為堆石料及過渡料的優質、高效、經濟開采提供技術保障。

      經中國爆破行業協會專家鑒定,該成果達到了“國際先進”水平,主要創新點包括:1、建立了融合巖體特征與開挖歷史的爆破級配預測模型;2、提出了基于深度學習的多目標爆破優化技術;3研發了圖元編程爆破智能設計系統架構與功能模塊。該成果已成功應用于兩河口水電站,開采壩料550萬方。

      2.2 綠色礦山開采

      溫州市甌飛一期圍墾工程位于溫州市甌江、飛云江河口間平直岸灘,圍墾面積約13萬畝,施工總工期為9年,工程概算約272億元。

      料場巖石巖性為流紋質玻屑晶屑凝灰巖,礦石物化性能測試為:中風化巖,礦石天然抗壓強度為(干燥狀態)118.1 MPa~139.3MPa,平均125.7MPa。弱風化至新鮮巖石的巖石堅固性系數f≈8~12,各指標等級均達到Ⅰ類石料質量指標要求。直接采用深孔爆破開采大塊徑石料產出率最高為10%~15%,無法滿足下游標段大塊石需求及合同要求。通過精細化爆破施工技術和礦山復綠技術,針對甌飛礦區的巖石特點、地質條件、供料粒徑等因素實行動態設計,對采區進行動態調整,對爆破方式進行差異化選用,提高了多粒徑石料爆破開采效率,大塊石產出率達到了32%~40%。項目被評為浙江省綠色礦山、部級爆破樣板工程。

      研究發現,堵塞長度是經驗公式最大值的1.5倍,爆破大塊徑石料產出率高,此時單耗q=Q/abH=0.22Kg/m3,單孔裝藥量:Q=Q2+Q3=42.1+22.8=65Kg,比常規的經驗單耗小,節約成本的同時有效提高了生產效率。間隔裝藥炮孔結構優化設計方案見圖1。

      圖1 間隔裝藥炮孔結構優化設計

      該成果經專家鑒定達到“國內領先”水平,主要創新點包括:深孔梯段崩塌爆破+毫秒延時逐孔起爆,上下間隔不耦合裝藥結構+矩形布孔,以及爆破振動、飛石和噪音控制關鍵技術。

      2.3 抽蓄地下工程

      在抽水蓄能電站建設領域,公司依托承建的浙江桐柏、長龍山、江蘇溧陽,福建周寧,山東泰安等26座抽水蓄能電站,組織研發了引水系統與地下廠房洞室群施工關鍵技術,自主創新的大型地下廠房安全高效開挖支護技術、堅硬巖大直徑陡傾角長斜井開挖技術等成果達到國際先進水平,在抽蓄工程領域的技術品牌,為水電十二局承建寧海、撫寧、天臺等工程發揮了開拓市場的科技先導作用。

      以周寧抽水蓄能電站為例,其地下廠房中導洞爆破孔位優化設計方案見圖2,廠房頂拱變形觀測數據見表1。

      圖2 周寧抽蓄工程地下廠房中導洞爆破孔位優化設計

      表1 廠房頂拱變形觀測表

      監測表明,四個月的累計孔口位移達到-0.019mm~0.732mm,累計孔口位移較小,變化趨勢無異常,關鍵技術應用效果良好。

      2.4 海堤爆炸擠淤

      在中國1.6萬公里的大陸海岸線上,臺風、寒潮等自然災害頻發。以標準海塘、漁港防波堤為代表的海堤工程,為保護人民生命財產安全發揮了重要作用。在20多年的時間里,公司承建了海堤工程60多項,積累了豐富的近海軟基堤壩施工經驗。

      公司組織研發了復雜海況下超深軟基處理與深水筑堤關鍵技術,首創提出了“懸浮式”海堤爆破參數設計方法和“側爆推進”新工藝,在國內首次實現了爆破擠淤軟土置換深度超過30m。成果已廣泛推廣應用。

      循環爆破拋填石筑堤過程見圖3,堤頭拋填布藥優化設計見圖4。

      圖3 循環爆破拋填石筑堤過程示意圖

      圖4 堤頭拋填布藥優化設計

      3 社會經濟效益

      通過研究建立爆破技術成果綜合評價體系,公司對自主創新的爆破技術進行了安全、環保、質量、經濟四個方面八個效益點的四級評價,便于策劃實施進一步的推廣應用。綜合效益評價見表2。

      表2 綜合效益評價表

      經測算,公司爆破技術創新成果的應用,能夠在全公司范圍內每年產生5000萬元以上的增收節支效益,并以核心技術為公司承攬新工程帶來市場機遇。非煤礦山爆破工法碳排放量見表3。

      表3 非煤礦山爆破工法碳排放量計算

      更為重要的是,綠色、智能爆破施工技術的推廣應用,所取得的安全、環保等社會效益不可估量,為公司樹立良好社會形象奠定了堅實基礎。

      結語

      智建興安工匠志,山海驚雷筑豐碑。水電十二局爆破技術的自主創新發展,充分融合了智能建造、科技興安和綠色低碳理念,為公司踐行央企使命擔當,持續貢獻著科技驅動力,并為公司高質量發展保駕護航,助力公司在華夏大地上,筑造著一座又一座優質工程的豐碑。

      【責任編輯:周磊】

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